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Tesis de-Grado previa a la obtención del titulo
de•Ingen i ero Eléctrico con la Especialízacíón Poten-
cia'de la ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL.
PEDRO ALVAPxEZ H.
P R O L O G O
La creciente demanda de energía eléctrica en la vida de
las personas y en el consumo industrial hace que continua-
mente se investiguen fuentes de energía que satisfagan d i -
chas neces idades.
En los ü"i t irnos años ha ex i st ido una seria preocupación y
un arduo trabajo para electrificar al país, no solamente
-en la zona urbana e i n d u s t r i a l , sino lo que es más en el
sector rural que aunque no rentable incorpora a la pobla-
ción al ejada de los centros urbanos al desarro l i o del país
hac i endo los partícipes de los elementos necesarios para e-
levar su nivel de vida,
La energía eléctrica se puede generar a base de recursos
variados: hidráulicos, técn i eos, nucíeares, etc. En nues-
tro país existen ingentes recursos hidráulicos que aún no
han sído explotados y que constituyen una energía en po-
tencia de gran valor que debemos aprovecharla.
£1 presente trabajo es un modesto aporte para despertar el
interés sobre el estudio de centrales hidroeléctricas.
La energía producida por medios hidráulicos tiene ventajas
aprecíables sobre otro tipo de energía. Aunque la inversión
i n i c i a l es elevada debido sobre todo al costo de obras civí-
es una generación libre de contam í nac ion y u t i l i z a un re-
curso" natural, renovable.
El estudio hidráulico del proyecto hidroeléctrico Guaylla-
bamba se realizó como tesis de grado de la Escuela Politéc-
nica Nacional, en el presente trabajo se analizan turbinas
y generadores y parte de equipos eléctricos así como se In-
cluye un 'modelo de especificaciones que debe llenar el fa-
bricante'y el cual es de u t i l i d a d para la adquisición de las
máquinas y equipos de la Central.
Í N D I C E G E N E R A L
CAPITULO PAGINA
I. Proyecto Hidroeléctrico Guáyllabamba(General idades) ........... ................. 1
1 . 1 Local ízacíón del Proyecto .................. 1
1 .2 Esquema general del aprovechamiento ........ 1
1.3 Al turas d íspon i bl es para gen e rae ion ... ..... 2
1 . k Aportaciones utilizadas ..................... 3
1.5 Caudal de ut í 1 ízac ion .................. . . . . . ¿f
.1.6 Descripción de la Central Hidroeléctrica ... ¿f
I I . Turbina y eq u i pos h idráu 1 icos ............... 7
2.1 Característ i cas ............................ ^
2.2 Regulador de velocidad ...................... 21
2.3 Válvula de admi s ion ........... .............. 2*f
I 1 I . Generadores ..... . ...................... • . . . . 29
3 . 1 Generador (Características) ................. 29
3-2 Tipo de ex ítatr iz ..... .................... ¿f3
3-3 Regulador automático de voltaje ............. ¿f6
3 . k Serv íc ios aux i 1 i a res de la estación ...... , . ¿f7
3-5 D imens iones de la casa de máqu i ñas ......... ^2.
3 . 6 Diagrama u n í f í l a r de la estación ........... 56
CAPITULO PAG I NA
IV. Estudio de Cortocircuitos
4.1 Representación del s ístema
A.2 Impedancias equival entes Theven ín ....,
¿i.3 Fallas trifásicas
¿í. k Fal las monof as icas
¿í.5 Corriente máxima de falla a tierra,..'.
V . S Esterna Eléctr ico
5.1 Sistema de puesta a tierra
5 .2 Dispos i t i vos de protección
5-3 Transformadores de medida y protección
5-4 Operación y sistema de control
5.5 Tableros de control y maniobras
5.6 Patio de maniobras,
5.7 Transformadores de elevación
5-8 Selección de interruptores
5-9 Secc ionadores , . . . .
ANEXOS
60
60
66
68
70
75
75
135
1/fO
lif?
, .--.; • •, ":• yr 7-: ?::: "'V ;1--1LS ^ ^ ,.•,•
Í N D I C E DE PLANOS
1A : Localizacíón del proyecto Hidroeléctrico Guayllabamba
18 : Esquema general del aprovechamiento,
1C : Túnel de conducción.
1D : Tubería de presión y casa de máquinas.
T E : Cortes dé la tubería de presión.
2A : Cabina de control de la turbina.
3 A : Servicios auxi 1 i a res de la estación .'
3B : Casa de máquinas : Corte lateral
3.C : Casa de maquinas : Corte inferior
3D : Sal a de turb inas, - '
3F : Sala de Generadores.
¿iA Ma l i a de puesta a tierra de la Central.
4B : M a l l a de puesta a tierra de la Subestación
5A : Tableros de Control (Vista frontal)
5B : Tableros de Control (V ísta posteníor)
5C : Tableros de relés y auxiliares.
5P : • Subes tac ion • V Ísta en planta
5E : ' Subestación:' Cortes • . .
I . PROYECTO HIDROELÉCTRICO GUAYLLABAMBA
La Fábrica TextÍ1 "La Internacional" concibió la ídea de cons-
truir un aprovechamiento hidroeléctrico en el tramo del rfo Guayllabamba
ubicado en terrenos de la haci.enda Vi ndobona" de su propiedad.
1 .1 Local Jzacíon. -'
El proyecto hidroeléctrico Guayllabamba está situado al no'reste'
de la ciudad de Quito de la cual dista aproximadamente 0 Km.por
carretera. Está localizado en los terrenos de la hacienda Víndo-
bona perteneciente al -cantón Quito de la Provincia de Pichincha
(Plano 1A).
1 . 2 Esquema General del Aprovechamiento.-
El proyecto hidroeléctrico Guayllabamba emplea las aguas del rfo
del mismo no/ubre, 6 Km. aguas abajo de su confluencia con e] río
P isque.
Se captan 25 m-Yseg. que se conducen a lo largo de 3-5 Km. hasta
el lugar de la casa de máquinas y desfogue en el mismo río u t i l i -
zando un salto de 63 metros con lo.que se obtiene una potencia de
13000 KW (Planos IB, 1C) ..
Pag. 2
La elevación de la central es de 1691 metros sobre el n ivel del
ma r.
Las temperaturas promedias a través del año son bastante unifor-
mes. En Quito, aproximadamente a 2850 metros sobre el nivel del
mar, el rango de niveles diarios de temperatura oscila entre 25
y 27°C máximos y 3 a 5°C mínimos. La temperatura anual promedia
en Quito es de 13°C. La temperatura en la zona del proyecto es
varios grados más alta que en Quito.
La precip itación anual es aproximadamente 1190 milTmetros. El
nivel de precipitación es alto entre Noviembre y Mayo, la esta-
ción seca se presenta en los meses de J u l i o , Agosto y Septiem-
bre.
1.3 AJturas disponibles para la Generación.-
Las cotas del n *vel 1 ib re del agua son las s¡gu i entes:
Sitio de captación (río) 1756.50 msnm.
Tanque de carga ,..., 175^-60 msnm.
Canal de desfogue de las turbinas ....;1691.49 msnm.
Desagüe del río , . 1691 ,,03 msnm
Pag. 3
1.3:1 Desnivel Tota].-
La diferencia de nivel entre la cota del nivel libre del agua
del río "y el canal de desfogue es de 65 metros.
1.3.2 Caída Bruta.-
Es la diferencia de presión a la entrada y salida de las turbi-
nas; este desnivel es el que utilizan las turbinas y en el pre-
sente caso resulta igual a 63-11 metros,
1,3.3 Caída Neta.-
Considerando que las pérdidas totales en la tubería de presión
son aproximadamente el 1.0% de la caída bruta; por lo tanto la
caída neta disponible será de 62,5 metros.
1,k Aportaciones U t í 1 izadas.-
Se aprovechan exclusivamente las aguas del río Guayllabamba 6
Km. aguas abajo de su confluencia con el río Pisque. La cuenca
de aportación es de 3-820
Pag.
1 .5 Caudal de Utilización.-
En la operación normal de la central se emplean 25 nP/seg. cau-
dal que se mantiene en el río durante el 90% del tiempo.
1 ,6 Descripción de la Central H fdroeléctri ca.-
La Central Hidroeléctrica Guaylla bamba generará unos 13000 KW .
y unos 76000 MW-H anualmente con una descarga máxima de 25 m3/
seg. y una caída efectiva de aproximadamente 62.5 .metros.
La casa de máquinas estará ubicada en una playa junto al río
según se indica en el plano 1B e irá cimentada sobre material
a l u v i a l terrazado.
La tubería de presión tendrá una longitud de aproximadamente
140 metros y sus diferentes cortes y perfiles se pueden obser-
var en los planos 1 D y 1 F.-
V
La casa de Máquinas alojará dos unidades de 6.500 KW cada una;
estas serán de eje vertical, turbinas tipo Francts, directamente
acopladas a generadores de 8000 KVA que generan a 60 ciclos-y
4.16 KV.-
Pag. 5
Dos transformadores principal es de 8000 KVA. cada uno serán ins-
talados en el patio exterior de maniobras, situado junto a la
casa de máqu inas.
1.6.1 Lugares de Consumo.-
La energía generada será elevada a 46 KV. por medio de dos trans-
formadores y será transmitida a la subestación # 19 situada 'en
Sotocollao y que dista de la Central unos 20 Km. aproximadamente,
para de ahí ser distribuida a Quito.
Si el cree i miento de la Fábrica "Equ inoccial" lo requ i e re, se
podría construir un ramal que si rva a d i cha fábrica a través de
una subestación de bajada,
1.6.2 Producción de Energía.-
Los estudios de producción de energía se han llevado a cabo con-
siderando que la central suministra energía base en función de
los caudales disponibles en el río Guayl1abamba. La siguiente
tabla nos Índica esta producción.
Pag, 6
'Energía en
MWH.
ARO .
S eco
76,100
Med Í o
82.600
ENERGÍA
FÍ rme
76.100
Secundario
6.500
uM- :I&K.^4:f-.'k.-"-.M !.-
. TURBINA HIDRÁULICA
2.1 Características.-
2.1.1 * Selección del número de unidades.-
La tendencia actual es el empleo del menor número de unidades
ya que existen ventajas económicas en el costo del generador
y equipos; se consigue una mejor automatización, el costo de
la instalación es menor y las probabilidades de falla y acci-
dentes se reducen; sin embargo, en el presente estudio se han
escog ido dos unidades por las siguientes razones:
a) Mantenimiento: En períodos de baja producción se puede
realizar el mantenimiento en una unidad
y en esta forma no se suprime el 100% de la generación.
b) Debido a que la central no tiene reservorío y las varia-
ciones del caudal son grandes, la operación con una sola
unidad a cargas parciales sería de un rendimiento bajo y
se produciría cavitación,
d) Se necesita una grúa de gran capacidad.
2.1.2 Típo de Turbinas.-
Con una caída netra de 62.5 metros y con una potencia aproxima-
da de 6'.500 KW podemos escoger turbinas Francis, eje vertical,
rodete simple, con caracol espiral de acuerdo al gráfico 1.
2.1.3 Ve loe i dad Nominal.-
Se calcula a base de las siguientes relaciones recomendadas por
los fabricantes:
N =5 H + 20
1/2
donde: N = Velocidad específica
N = Velocidad sincrónica
P = Potencia en KW.
H = -Altura efect í va .
,5A
de (1) J3-QQO - -f 50 = 207.58
62.5 + 20
de (2) N
N = 2°7'58 451.26 (RPM)C.46
62.5= 0.46 N
Adopto 450 RPM
2.1.4 Velocidad específica (aproximadamente)
1/2
N s == 450 x 6.500 1/2
- 62.5S/k= 206.45
Pag. . 9
2.1.5 Velocidad de embalamiento.-
Nr = N x 1.8 = A50 x 1.8 = 810 RPM
2.1.6 Capacidad final de la Turbina.-
Pt = 9.8 x Q x H x 1 t
donde P : Capacidad en KW
H : Caída efectiva en metros
Q. : Descarga en metros cúbicos/seg-
rí t : Eficiencia de la turb Ína
La eficiencia de la turbina difiere de acuerdo al tipo, velo-
cidad específica, capacidad y además varía con la carga. La
máxima eficiencia en turbinas Francis se produce a una veloci-
dad específica entre 150 y 130; la eficiencia disminuye cuando
la velocidad es peeífi ca está fuera del rango indicado.
La eficiencia para capacidad normal y la máxima eficiencia
de una turbina Francis de alrededor de 10.000 KW se puede de-
terminar a base de la tabla que se indica a continuación y en
la que se consideran los ajustes debido a la velocidad espe-
cífica .
Pag. 10
Tabla
Ns (m-KW)
Ef . en Sa 1 idaNormal r\_t %
Max. ef. nt %
Turbina Francís
60
86,5
83
90
88
90
120
88,5
90,5
150
89
91
190
89,2
91,2
250
88,5
91-
300
87,5
89,5
350
88
90
Para los ajustes de ef ic iencia debido a la capacidad de la unidad
s e u t i l í z a r á l a s i g u í e n t e t a b l a . • " •
Capacidad y eficiencia adicional de una turbina Francis
Capacidad normalpor turbina
Eficiencia -añadida r\t%
1 .000
- 2,5
2.500
- 1,5
5-000
-0,5
10.000
0
30.000
+ 0,5
60.000
+ 1 ,0
100.000
+ 1,5
En nuestro caso Ns = 206 y tenemos una eficiencia de 89% pero de-
bemos hacer un ajuste de - Q.k ya que nuestra turbina es de aproxi
madamente 6500 KW.
Luego 't ="0.886
= 9.8 x 12.5 x 62.5- x Ó. 886 = 6.783 (KW)
Pag. 11
En todo caso el fabricante deberá garantizar la eficiencia final
de la turb ina.
2.1.7 Coeficiente de cavitación de la planta.-
Para una turbina Francis que tiene una velocidad específica Ns="
206 el coeficiente de cavitación es de 0.15 como se puede obser-
var en la figura 2,
2.1.8 Al tura de Succión.-
En las turbinas Francis se denomina altura de succión a la dis-
tancia ení:re el rodete y el nivel superior del agua en el canal
de descarga; una excesiva altura causa un gran vacío a la salida
del rodete y produce cavitación, en cambio una altura de succión
muy pequeña demanda una excavación profunda para la construcción
de la planta produciéndose incremento en los costos, dificultad
en la inspección del rodete y la planta se expone a inundación
del agua.'
Donde: Hs: Altura de Succión
• Hs = B -£7-~H B : Presión atmosférica en ellugar.
¿T-: Coeficiente de cavitación
H : Caída efectiva (metros)
B = Ha - Hv = 10.3 - 0.0012 hsnm - Hv. . '
Pag. 12
Hv: Presión de vapor saturado correspondiente a la temperatura
del agua; a 2$? HV=0.32 de acuerdo al cuadro siguiente:
Temperatura de agua (°C)
Hv (columna de agua en m.)
0
0.06
5
0.09
10
0.13
'15
0.17
20'
0.24
25
0.32
30
0.43
35
0.57
B = 10.3 - 0.0012 x 1691 - 0.32 = 7-95
Hs = 7-95 - 0.15 x 62.5 = -1-42 (m)
2.1 .9 Sobrepresión y sobrevelocidad.-
La variación momentánea de velocidad ¿YI (%) y de presión - H (%)j
tiene relación con el tiempo de cierre del regulador, el efecto
volante del generador y diseño de las tuberías; cuando se corta
la carga es deseable que el flujo de agua a la turbina decrezca
rápidamente. La excesiva energía hidr á u l i c a que fluye hacia la
turbina incrementará la velocidad de giro del generador aumentan-
do su velocidad en on
Para min i m i z a r este aumento de velocidad, el momento de inercia
(expresado por el efecto volante GD^) de la parte giratoria de-
berá ser grande o en su defecto el tiempo de cierre pequeño; un
GD^ grande en un generador incrementa su costo, un tiempo corto
de cierre produce una elevación de la presión hidráulica lo que
obliga a aumentar el espesor de la tubería.
Pag. 13
ÓTI podemos asumir 0.35 ya que el regulador es capaz de contro-
lar esta sobrevelocídad y en tuberías largas es ventajoso este
valor.
Tl'máx = 450 x 1.35 = 608 (RPM)
: Se calcula en base a la formula de A l l í e v í que toma en
cuenta la condición de la tubería y el tiempo de cierre
del regulador.
<SH = N + 1 ,/Nz + 4N (%)
2N = ( , — * J donde L: Longitud de una sección de
ghotla tubería en metros,
v: Velocidad promed i o del agua
en dicha sección (m /seg.)
g: Aceleración de la gravedad
= 9.8 m/seg2
. t: Tiempo de cierre del regula-
dor (seg) .
H.: Fres ion estát i ca del agua en
el centro de la turbina (m)
= La-17 2a + Lb, tf 2b + Le. 17 2c + Ld ^d + U> .
= 45x3.54+4.06+45x4.71+25x4.41+11x0,5 = 669.7
Pag. 14
M - 669'7 " 1 1 - 0N ^. 9- 8x3x63. 11 ' 7
= 0
= 0
= 0
< u 0.16 ^ 1 /0. 1 62 + 4x0.16 = 0e)H 2 + 2 1
= 0
= 0
= 0
Máxima el evacíón de la pres ion .
P máx = Ho x (1 + á.H)
= 63.11 (1+0.49) = 94.03 con
= 88.35 con
= 85.20 con
= 82.04 con
. 1 6 con t -
.116 con t =
.09 con t =
.07 con t =
.49 con t =
.40 con t =
.35 con t =
.30 con t =
-
t = 3 seg. .
t = 3.5 seg.
t = 4 s eg .
t = 4.5 seg.
3 seg.
3.5 seg
4 seg .
4.5 seg
3 seg.
3.5 seg
4 seg.
4.5 seg
(m)
(m)
(m)
(m)
(*)
A continuación podemos observar los rangos de variación de velo-
cidad y presión para los diferentes tipos de turbina.
Pag. 15
Tipo
de turbina
Turbina Peí ton
Turb ina Francís
Turbina Propel 1
Reí ación
de elevación
(sin deflector)
(s in regul ador depres ion . )
er (sin regula-dor de pre-sión) .
-
0.10 - 0.15
0.25 - 0.30
0.30 - 0.40
bn
0,05 - o.io
0.30 - o,4o
0.30 - o.4o
2.1.10 Efecto Volante.-
El efecto volante que requiere una turbina para mantener su es-
t a b i l i d a d durante fluctuaciones de la carga se calcula de la s¡
gu iente ecuación :
GD2 = 364 x KW x (Z+t/2) x
7f x S <
donde KW; Carga interrumpida = 6780 KW.,.
n : Velocidad de- giro en el tiempo de interrupción de la
carga. n = 450 RPM.
An. : Elevación de la presión del agua
H
Pmáx - HH
Caída efectiva
z : Tiempo muerto del regulador = 0,25 seg.
K : Coeficiente 0.8^0.9 ; usualmente 0.85
Pag. 16
Nr : = Nr - N = 1 . 8 - 1 = 0.¡
GD'
H
1 u . 3 con t j62.5
= 0.41 con t = 3
= 0.36 con t = 4
= 0.31 con t = 4
364 x 6780 x (UO.5/2)372 x (0.25 + 3/2)
4502 x 0.35
= 61 .42 (t-m2) con t = 3
=- 66.18 con t = 3
= 72.30 . con t - 4
= 77.72 con t = 4
seg.
-5 seg.
seg .
.5 seg.
x 0.8 - 0.352 x 0.85
0.8
seg.
-5 seg.
seg .
.5 seg.
Los valores calculados podemos resumirlos en el siguiente cuadro,
Sobreveloc í dad
(%}
0.35
0.35
0.35
0.35
Sobrepres ion
(*)
0.50
0.^1
0.36
0.31
GD2(t-m2)
61.42
"66.18
72.30
77.72
Tiempo de cierre(seg.)
3
3.5
4
4.5 ' '
Pag. 1?
2.1.11 Dimens iones de P iezas principales .^_
Podemos dimensíonar las piezas pr incipales uti l izando los grá-
f icos 3, ¿t y 5.
Ku = 0.8 at Ns = 206
Di = Kui
Di = 0.8
02 = 1 .15 D.
= 0.31 D.
H x 1
62.5
0.0118
1
450 0.0118= 1 .19
= 1.37
= 0 ? 3 7
I 7 3 7
A
B
C
D
E
= 1.9 D2
= 1 .8 D2
= 1.5 D2
= 1.3 D2
= . 1 . 7 D2
= 1.2 D.
= 2.6
= 2.47
= 2.06
= 1.78
= 2.33
= 1.64
2,06
- Pag. T í
h = 3 D2
1 = 5 D2
X = 3.2 D,
Y = 1.2 D,
X4,38
Y
.
1,64
i
2.1.12 Peso de la Turbina.-
El peso de la turbina varía en gran magnitud de acuerdo a su
clase, tipo, caída, capacidad y otras especificaciones,
En el siguiente gráfico se puede determinar el peso en función
de los Kilovatios de salida / y altura nominal.
Para nuestra turbina:KW 6.500 = 822
Pag. 19
coI-
1000
700
500400
300
20C
¡00oen 70tu 'u^ 50
40
30
10100 10000
PESO DE LA TJRBINA"KW. ( S o l i d o nominal)
y H (Al tura nomina ! - - m)
Pag. 20
Según e] gráfico: Peso: 70 toneladas (incluida la válvula),
En el gráfico se notan variaciones del 10% dependiendo de los
accesorios utÍ1 izados,
2.1.13 Turbí na Hídráulica: Espee ifI cae Jones.-
1 , Numero requerido, 2.
2. Tipo: Las turbinas serán de eje vertical, rodete simple,
t ípo Francis, con carcasa espí ral.
3 , Valores Nom i na les:
3.1 Máxima caída estática: 63.11
3.2 Descarga : 12,5 m^/seg . por cada unidad
3-3 Capacidad normal : No menor a 6783 KW
3.4 Velocidad nominal : 450 RPM
3.5 Dirección de rotación: De acuerdo a las agujas del reloj
visto desde el lado del generador.
4. Lugar de Funcionamiento: La elevación de la línea del cen-
tro del distribuidor será de 1683-79
mts.
5. Carácteríst i cas:
5-1 Variación de la velocidad y de la presión:
La variación momentánea de la presión en el centro.de la
turbina no será mayor que 30%. La variación de la veloci-
dad bajo las condiciones arriba mencionadas no será mayor
. que 35%. -
Pag. 21
5.2 Velocidad de embalamiento:
La turbina soportará en forma segura la velocidad de emba-
lamiento que será alcanzada cuando esté sin carga y con el
distribuidor abierto 100%, bajo una caída de 63-11 metros.
6. Cabina de control de la turbina.
La cabina de control de la turbi na d ispondrá de los s igu i en-
tes instrumentos de medida y equipos;
a) Indicador de la pres ion del agua en la turbina (P)
b) Termómetro para los coj fnetes del generador (T1)
c) Termómetro para el cojinete de la turbina (T2)
d) Suiche de parada de emergencia mecánica (5E)
e) Suiche selector de operación manual-automátíca ( 3S)
f) Suiche de control del freno (39 8K)
g) Suiche de control de la válvula de admisión
h) Suiche de control de la vá l v u l a de admisión (20)
2. 2 Regulador de Velocidad.-
Su función es mantener la velocidad y frecuencia nominales ante
las fluctuac iones de la carga. El regulador control a el acceso
de agua a ,1a turbina^ ésto se realiza generalmente por medio de
servomotores accionados por aceite a presión.
Pag, 22
Posee un elemento detector de la velocidad; en unidades grandes
es un generador de imán permanente el cual transmite la veloci-
dad de la turbina a un motor que a su vez acciona un sistema de
péndulo el cual permite el cierre o la apertura de las paletas
'del d i s t r i u í d o r manten i endo la velocidad constante. Un aumento
de carga produce una disminución de la velocidad de la turbina
y viceversa.
Se requiere mantener un sistema de presión de aceite permanente-
mente con el fin de accionar el distribuidor; este sistema está
constituido por:
Deposito de aceite
Bombas de aceite
Tanques de presión
Servomotores
Las bombas de aceite trabajan las 2-4 horas y es necesario tener
una unidad de reserva para cada regulador.
Específícac iones:
1. Número requerido 2
2. Tipo: Regulador de velocidad tipo electromecánico
Pag. 23
3. Característ ícas :
3 - 1 Rango de velocidad ajustable: Desde no más que - 10% hasta
no menos que + 3%.
3-2 Rango ajustable de la caída de velocidad: Desde O hasta no
menos que 8%.
3-3 Tiempo muerto del regulador: 0.25 seg.
Tiempo muerto: Es el tiempo entre el rechazo de plena car-
ga y el comienzo del movimiento del servo-i f\r tomando en cuenta que el GD^ de las
partes rotativas es de 77-72 t-m^
Diseño y fabricación.-
El regulador deberá ser construido de tal manera que el ajuste
manual y el chequeo del mecanismo pueda ser realizado de manera
fácil durante 1 a. inspección de la turbina.
Generador de imanes permanentes del regulador: El generador del
regulador será de corriente alterna, de inducción, directamente
acoplado al eje del generador p r i n c i p a l .
Cab i na del regulador: La cabina del regu1 ador (Plano 2A) aloja-
rá a los equipos e instrumentos de medida enunciados a continua-
ción:
Pag. 2k
a) Vatímetro trifásico (w)
b) Tacómetro eléctrico (N)
c) Indicador de posición de la apertura de los alabes (Pl)
d) Limitador manual de la carga (77)
e) Control manual del regulador (65)
2.3 Válvula de Admisión.-
Los órganos de obtu rae ion denominados en general válvulas se
utilizan para abrir y cerrar el paso del agua por los conduc-
tos -forzados.
• Según el enpleo a que estén destinados los órganos de obtura-
ción se clasifican en lo siguiente:
1). Órganos de seccionamf ento, cuya misión es cerrar ei paso
del agua hac i a las turbinas cuando sea necesario.
2) Órganos de seguridad, que deben obturar el conducto no so-
lamente para el c ierre del ducto hacía la turbina si no tam-
. - - bien en caso de embalamiento de ésta.
Estas válvulas están prov ístas cas i s íempre de dispos i t i vos auto-
máticos de cierre que entran en acción cuando la presión del a-
Pag. 25
ceíte ha llegado a un límite inferior que impide el accionamien-
to de los servomotores.
Los órganos de obturación están frecuentemente provistos de un
dispositivo para el mando a distancia del cierre. El acciona-
miento de la válvula puede realizarse desde un lugar cualquiera,
nosotros lo realizaremos desde el tablero de control de la Plan-
ta. '
Tipo de válvula
Utilizaremos válvulas mariposa las cuales son usadas como válvu-
las de cierre en bajas y medías caídas, hasta aproximadamente
250 metros. Estas valvulas serán colocadas entre la tubería de
presión y las turbinas.
La válvula mariposa consiste esencialmente de un cuerpo cilin-
drico o cónico con un disco circular montado sobre un eje trans-
versal soportado en dos cojinetes diametraímente opuestos. Un
mecanismo externo de operación gira la válvula 90°desde la posi-
ción abierta a cerrada. ,
Para eliminar,las fugas de agua es necesario el suministrar el
disco con un dispositivo ajustable de sello.
001711
P a g . 26
V A L V U L A M A R I P O S A
¡ Cu erpo de la válvula
2 Disco de !a v á l v u l a3 Meca nlsmn de operacio'n
Pag. 27
Sistema de operación.-
La válvula mariposa es generalmente operada por presión de acei-
te de 13 Kg/cm2 a 70 Kg/cm2. La apertura y cierre se realiza
por el accionamiento del mecanismo de operación que u t i l i z a el
aceite a presión el cual es suministrado por el sistema de a l i -
mentación de aceite.
El mecanismo de operación tendrá capacidad suficiente para abri r
y cerrar la válvula en 2 minutos incluida la operación de la vál-
vula by pass.
La válvula debe ser diseñada para impedir el flujo del agua baja
condiciones de embalamiento de la turbina.
La cantidad de filtraciones del agua no será mayor a 5 lit/mín
bajo una presión máxima de 63 metros.
EJ mecanismo de operación será equipado con los siguientes díspo-
sí t i vos :
a) Indicador de apertura de la válvula mariposa y de la válvu-
la by pass.
íT W - ^ :1:"':"'' Sí;:-::S*P p
Pag. 28
b) Topes apropiados para l i m i t a r el recorrido del disco en la
. posición completamente cerrada.
c) Dispositivo indicador de presión de la tubería de presión
el cual deberá instalarse en el tablero de control de la
turbina. (Plano 2 A )
Peso de la valvula,-
El peso de la válvula se puede dar en forma aproximada de la s
guíente ecuación:
= 0,211 Hm°-6090 ' (t)
W =0.211 .x 63-110-609 x 1.92-3i)3V
W =.11.85 (t)v
I I I . G E N E R A D O R
En el generador consideraremos dos aspectos:
1. Determinación del tipo y capacidad del generador
2. Diseño del generador:
La relación de cortocircuito, capacidad de carga y
efecto volante son necesarios para un diseño i n i c i a l . -
Se necesitan las dimensiones del generador para la
preparación y diseño de planos.
Problemas ínherentes a la seleccíón de equ i pos auxí-
liares se necesitan conocer para el diseno y especifi-
caciones.
3-1 Característ feas.-
3.1.1 1. Numero requerí do: 2
3-1.2 Tí po: Generador trifásico, corriente alterna, sincrónico, de
polos salientes, campo rotatorio, de eje vertical,
Sistema de enfriamiento: Se utilizará el tipo "Circulación de
aire en circuito cerrado "el cual con-
siste en un sistema de refrigeración
del aire caliente que circula a tra-
vés de radiadores enfriados por agua.
29
Pag. 30
Este tipo de enfriamiento tiene las siguientes ventajas:
a) No produce ruido.
b) Polvo e insectos no se adhieren a los equipos de genera-
ción.
c) Se puede u t i l i z a r el sistema de dióxido de carbono para
', el caso de incendio o cortocircuito.
3-1.3 Pispos Í ción de los coj Jnetes: El generador t ípo convencional
se utilizará en este caso; el
tipo estandard para esta clase
de generadores se .sumí n Íst ra con
un 'cojinete combinado de guía y
soporte sobre el estator y un
cojinete guía inferior ubicado
sobre el acople con la turbina.
La disposición mencionada podemos apreciar en el siguiente grá-
fico.
ACOPLAMIENTO
EL"TT— COJINETE DE EMPUJE
Pag. 31
— ROTOR
COJINETE GUIA INFERIOR
COJINETE GUIA DE LA TURBINA
TI PO C O N V E N Cl Q N A L
3.1 .4 Capacidad del Generador.-'
P (KW) = Pt (KW) xT|G donde PG: Poteñe i a del generador
en KW.
P : Potencia de la turbina
en KW.
'• E f i c i e n c i a del genera-
dor.
tomaremos 0.96 de acuerdo al gráf ico 6
Pr (KW) = 6.783 x 0.96 = 6.500b
P (RVA) = 6.500/factor de potencia (eos
Pr (KVA) = 6.500/0.8 = 8.125u
(eos!/1 = 0.8)
Pag. 32
3 - 1 - 5 Voltaje y Corriente.-
El generador tiende a aumentar su costo a medida que aumenta
el voltaje debido al aumento de aislamiento. Un voltaje bajo
es económico desde el punto de vista del generador pero las
corrientes son el evadas y producen pérd i das en los conducto-
res, interruptores, etc. y se producen caídas de voltaje.
Existen estandars aproximados para escoger el voltaje; se es-
pecífica que para potencias de 5 a 10 MVA es conveniente usar
voltajes de hasta 7 KV. Para escoger el voltaje nos guiaremos
por la regla de que la corriente no sobrepase los 1500 amperios,
Escogeremos ¿í.16 KV como el voltaje de nuestro generador ya que
el equipo eléctrico para 5 KV está muy estandarizado y por con-
siguiente se puede obtener a un costo menor.
Corriente del Generador:
I(A) - 8125
T E (KV) "v/Jx 4.16
Este valor nos será necesario.no solamente para el generador sino
también para los circuitos conectados a él y otros instrumentos. •
Pag. 33
3.1.6 Valores Nominales.-
Factor de Potencia: 0.8 (inductivo)
Frecuenc i a : 60 Hz
Velocidad : ^50 RPM
Número de polos :
P = 120 X f 120 X 60 l £ i /fin u ^= = l£ polos (60 Hz)
N ' 450
Máquina motriz generadora: Directamente acoplada a la tur-
. . bina h idráulica.
Di receíón de rotación: Según el movimiento de las agujas
del reloj visto desde el lado de
la exci tatr iz.
Excitación: El generador será excitado por una excítatriz
s i n escob i l l a s , di rectamente acop1ada.
Conexión de los bobinados del estator: Los bobinados del
estator será conec-
tados en estrel1 a
y el punto neutro
será puesto a t ie-
rra a través de una
resistencia de pues-
ta a tierra.
Pag.
3.1.7 Constantes características del generador.-
Relación de cortocircuito (<**- )
es la relación entre /( : Corriente de campo necesaria
para inducir el voltaje nominal en vacío a la velocidad nominal,
e 1% : Corriente de campo necesaria para inducir la corriente
nominal de cortocircuito trifásico según se Índica en la figura.
'i
Un < ¿ mayor significa un gran flujo magnético en el núcleo del
generador] <=<- pequeño significa la existancia de una fuerza mag
netomotriz debido a la corriente de armadura.
Pag. 35
Máquinas con una relación de cortocircuito grande son en general
de tamaño considerable, costosas y con perdidas de consideración
en el hierro y bobinados pero tienen la ventaja de una buena re-
gulación de voltaje y gran estabí1 i dad.
Debido a que necesitamos cargar una línea de transmisión relati-
vamente corta asumiremos &<• = 1
Capacidad de carga de la línea de transmisión.-
Generalmente los .generadores deben conectarse a una línea de trans-
misión en vacío; la capacidad electrostát ica produce una corrien-
te adelantada que trae como consecuencia un aumento en el voltaje
del generador debido a 1 a sobre-exci tac ion,
v )
0.' (KVA) - -LL2SJJlÍ_(o.9)2 = 5983 (KVA)1 + 0 . 1
donde Q, : Capacidad' del generador para cargar la línea
Q_ : KVA nomínales.
V : Voltaje de carga en KV 'V = 0.9 V.
g^ : Factor de saturación a voltaje nominal = 0,1
&<. \n de cortocircuito = 1.0
Pag. 36
2Efecto Volante del Generador (GD )
El efecto volante de las partesrotativas del generador no deben
ser menor que el valor requerido por la turbina hidráulica.
2GD característico normal de un generador — 8125 KVA
450 RPM
pGD n = 45 (t-m2) según la figura 7
2GD requerido por la turbina
GD2t = 17-72 (t-m2) para t ="4.5 seg.
Por consiguiente debemos compensar esta diferencia aumentando las
d imens iones del generador.
3-1.8 Dimensiones y peso del generador.-
P = K0D2Ln
donde: P : Potencia del generador
n : Velocidad s i nerón ica
K0: Coeficiente (se toma K0= 5)
D .: Diámetro del rotor
L : Espesor dal núcleo
8125 - 5 D L x 450
Pag. 37
D?L = 3.61 (m3)
60 x 120 ,, ,P = — = 16 polos L = (0.75 2 ) Z = 1.252
Z - ir D/P
L = 1.25 I b
D2L = 0.245 D3 = 3.61 ==í> D3 = 14.71 D = 2.45 .(m)
D límite = 3.18 para una velocidad periférica de 120 m/seg.
D2L = 3.61 (m3) ; 2.452x L = 3-61 L = 0.60 (m)
2 2 2GD requerido por la turbina: 77-72 ton-m el cual es mayor que el GD n
por lo que es necesar io aumentar las dimensiones del rotor.
GD2 = KfD\t - m2) Kf = 2.2 3 - 0 .
77-72 = 2.2 x 2.60' x 0.78 = 78.42
GD2n
_ 78.42 _
45= 1.74
Valores fi nales:
D = 2.6 m
L-= 0.78 m
Pag. 38
En la siguiente tabla se puede apreciar el incremento de peso
2 2del generador de acuerdo a la relación GD / GD n.
GD2/GD2 n
Relación de peso
1 .0
1 .0
1.5
1 .1
1 .8
1 .2
2.0
1.3
A continuacíón' se observa el generador y con sus dimensiones
aproximadas de acuerdo a los gráficos 8 y 9.
Pag. 39
O
oH— l—~f=íí
^-
rr\g
i
Di - —fí-ni.
,
!
2.0; i
O
1
/ —////////////////// /^
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•
,Is
,
Hi = 1.5
Ha = 1 .2
Hs = 0.4
H-v" 3 0
\^^\ís
il
N 1
Di = 2 -6
Di =2-6'2
Os = 4.00
= 6.00
(m)
Pag. 40
3.1.9 Generador: Especificaciones.-
1. Número requerido
2. Tipo: Trifásico, corriente alterna, generador sincrónico,
eje vert ícal, campo rotatorio sin escobilias, t i po
circulación de aire en circuito cerrado (con radia-
dores) .
3. Condición de servicio: Con dicíón de servicio continuo.
4. Valores nomínales:
4.1 Clase de operación continua
4.2 Capacidad 8125 KVA •
4.3 Voltaje 4160 volts
4.4 Corriente 1128 Amp.
4.5 Factor de potencia 0.8 (inductivo)
4.6 Frecuencia 60 c/s
4.7 Velocidad 450 .RPH
4.8 Máquina motriz: Directamente acoplada a la turbina h i d r á u l i -
ca.
4.9 Dirección de rotación: De acuerdo a las agujas del reloj vis-
to desde el lado de 1 a excitatríz.
4.10 Excitación: El generador será excitado por una excítatríz
sin escobillas directamente acoplada al eje del
generador.
Pag.
4;11 Conexión de 1 as bob ínas del estator.
Las bobinas del estator serán de conexión tipo estrella y
el punto neutro será puesto a tierra a través de una "re-
sistencia de puesta a tierra".
5. Características:
5.1 Relación de cortocircuito: No menor que 1,0
5.2 Capacidad de carga de la línea:
No menor que 5983 KA/A a voltaje y frecuencia nominales
5.3 La relación del valor calculado de la resistencia subtransí-
toria Xq del eje en cuadratura al valor calculado de la reac-
tancia subtransEtoria Xd del eje directo no será mayor que
1.35.
5.4 La regulación de voltaje a los KVA y frecuencia nominalesr
no excederá lo s iguiente:
Factor de Potencia Regulación
0.80 _ kO%
1.0 . ^ 30%
5-5 Efecto volante (GD2)
El efecto volante de las partes rotantes del generador no
será menor que el va lor requerido por la turbina hidrául i-
2ca igual a 77.72 t-m .
Pag. 42
5.6 Elevación de 1 a termperatura. -
La elevación máxima de la temperatura de las bobinas del
estator no será mayor que 80°C y de 1 as del rotor no ma-
yor que 90°C en condiciones nominales de operación. La
temperatura del agua de refrigeración no será mayor que
25°C.
5. 7 Sobreveloe i dad.-
Todas las partes del generador soportarán en. forma segura
la máxima sobrevé1ocídad de 1 a turbina.
5.8 Res isteñe iá contra fal 1 as de cortocí rcuito.-
Todas 1 as partes del generador soportarán en forma segura
las fallas de cortocircuito que se produzcan en los termi-
nales de 1 as bob inas u otras partes, sin deformac ion de las
bobinas u otros defectos.
5.9 Aislamiento clase B
6. Resistencia de puesta a tierra.-
1, Número requerido. 2
2. Descripción: El dispositivo consistirá de una resisten-
cia de hierro, suiche de desconexión y
transformador de corriente; será utiliza-
do para poner a tierra el neutro de los
terminales de las bobinas del generador.
Pag. 43
3- Res í stencí a :
KV x 103 4160R =
VT ! (amp) VY x 100
3-1 Valores nominales: 4.16 KV, 100 Amp. 24 ~/x.
3.2 Tiempo nominal: 30 segundos
3-3 Elevac ion de la temperatura : 35Q°C
4. Suiche de desconexión:
4.1 Tipo: Monopolar, operación manual
4.2 Valores nominales: 4.16 KV, 400 Amp.
5- Transformador de corriente:
5.1 Tipo: . Interior, tipo seco, monofásico
5.2 Valores nominales: 4.16 KV, 100/5 Amp, 60 c/s , clase 1
3-2 Tipo de excítatríz.-
Utilizaremos la excítatriz rotativa sin escobillas con unidad
rectificadora rotativa la cual provee corriente de excitación
al campo rotatorio de los alternadores. La unidad de excita-
ción sin escobi 1 1 as es en efecto un refinamiento de 1 a exci ta-
tríz convencional de corriente directa la cual utiliza escobi-
l l a s y un conmutador. El diseño óptimo de la excitatriz sin
Pag,
escobillas simplifica el mantenimiento del equipo ya que se e l i -
minan las partes sujetas a desgaste normal, asegurando por con-
siguiente períodos prolongados de confíabi 1 idad y una operación
1 i b r e de problemas.
La unidad completa de exítación consiste en dos componentes bá-
sicos: Un generador de.corriente alterna de armadura tipo rota-
toria y unos diodos conductores que están fijos a una cuba ais-
lante. Se proveen supresores de onda para proteger a los dio-
dos contra sobrevoltajes.
La armadura de la excitatriz y el conjunto de rectificadores se
montan sobre el eje del rotor del generador y se interconectan
eléctricamente entre si y con las bobinas de campo del alterna-
dor.
Durante la operación del al temado r s ¡nerón ico, la energía tri -
fas ica generada en la armadura de 1 a excí tatriz rotatoria es a-
plícada directamente al conjunto de rectificadores rotatorios.
La corriente directa que sale del rectificador es aplicada al
campo rotatorio por medio de conductores instalados en el eje
el rotor.
Pag. 45
Por consiguiente los tres ensamblajes.... armadura de la excíta-
triz, rectificador rotativo y campo del alternador.... forman
un conjunto rotatorio simple que permite conexiones eléctricas
que se realizan sin el uso de escobillas, a n i l l o s colectores o
conmutador.
Armadura del alternador(estator)Armadura de la
exc i t a f r i z ( r o t o r )
Montaje del rectificadory supresor de ondas
Sensor de corrienteS_e_n_5QC. _de v o l t a j eREGULADOR DE VOLTAJESUnidad de energía
-A/VYAPotenciómetro db ajuste manual
del voltaje
La corriente de excitación para las bobinas de campo estaciona-X
rio de la unidad excitadora es alimentada por el alternador a
través del regulador automático de voltaje tipo estático útil i -
Pag.
zado en la instalación. El regulador de voltaje compara conti-
nuamente el voltaje de salida del alternador con un voltaje es-
table de referencia. La diferencia entre los dos voltajes cons-
tituye una señal de error la cual Índica un voltaje de salida
que es más alto o más bajo que el punto de operación del alter-
nador. Esta señal de error es amplificada y utilizada para con-
trolar la salida de corriente directa del regulador de voltaje
la cual es api icada a las bobinas de campo de la exci:tatri;z.
3.3 Regulador automático de voltaje tipo "Thyrístor Dívert".-
El regulador automático de voltaje tipo "Thyrístor Divert" es una
unidad estática diseñada para controlar la corriente de campo de
la excitatriz, para un alternador que posea excitatriz sin esco-
b i l l a s .
El regulador automático de voltaje, tipo "Thyristor Divert" tiene
varias ventajas sobre 1 as formas convencionales de los Thyri stor
serie:
1. El reactor a i s l a efectivamente el thyristor desde la alimen-
tación de tal manera que la conmutación, del thyristor no dis-
torsiona la forma de onda del voltaje.
Pag.
2, El control de onda completa es realizado por un simple thy-
V
rístcr en vez de dos thyrístores.
3. Cuando se aplica la excitación a un alternador ésta es ca-
paz de llegar a su propio régimen sin la necesidad de un
reí é.
k. Posee control manual estable.
5- Asegura que la excitación se mantenga bajo condiciones de
falla con el fin de asegurar una operación positiva de1 los
dispositivos de protección.
3.4 Servicios auxiliares y de la estación.-
Toda máquina generadora necesita la ayuda de cierto numero de ór-
ganos auxiliares para su operación correcta, económica y sin in-
terrupciones. A continuación mencionaremos los elementos u t i l i -
zados .
Cargador de baterías
Compuerta canal de descarga
. Compuerta tanque presión
Compresor de aire # 1
Compresor de aíre # 2
Bomba aceite # 1 /
Bomba aceí te # 1 (auxi1 i ar)
Pag.
Bomba aceite # 2
Bomba aceite # 2 (auxiliar)
Tratamiento de agua
Equipo a u x i l i a r unidad # 1
Equipo a u x i l i a r unidad # 2
Tablero de control
Compresor para interruptores
interruptor # 1 (CD)
Interruptor # 2 (CD)
Control línea de transmisión
Control unidad # 1 (CD)
Por otra parte la estación como todo edificio o espacio con fun-
ciones propias requiere ciertos servicios muy necesarios o aun
indispensables los cual es mencionaremos a cont inuación.
Servicios de la Estación.-
Instalación exterior de fuerza
- Instalación interior de fuerza
I l u m i nación ínteríor
Iluminación exterior
Iluminación de emergencia (CD)
Pag.
Grúa de Montaje
Bomba drenaje # 1
Bomba drenaje # 2
Control de servicio de la estación (CD)
Utilizaremos dos transformadores, el uno para reducir el nivel
de voltaje de 4.160 a 80 volts y alimentar las bombas, grúa,
compresor de aire, etc, el otro para alimentar equipos a u x i l i a -
res, iluminación, etc. los cuales necesitan 120 o 208 volts. Pa-
ra el efecto dispondremos de un transformador tipo seco 480/120-
280 volts, trifásico a cuatro hilos. (Plano 3F).
Es necesario además corriente continua para ilu m i n a c i ó n de emer-
gencia, control, mando de interruptores, etc. Esta la consegu ¡-
remos por medio de las baterías instaladas _en la central o a par-
tir de corriente alterna rectificada.
3.4.1 Alimentación de auxiliares y servicios de la Estación.-
Para alimentar los auxiliares y servicios necesitamos tomar ener-
gía de algún sitio, pero existen varías posibilidades de hacerlo
teniendo en cuenta siempre la situación de p r i v i l e g i o que debe
existir en este servicio ya que debemos pensar en que no puede
producirse en ningún momento una interrupción general.
Pag. 50
La alimentación se puede obtener de los-síguientes lugares:
1 . Barra de transferencia o s i nerón ísmo.
2. Termina les del generador.
3. Barra de alta tensión secundaria.
^ . Un generador sepa rado, especial de serví ció.
5- Un generador a u x i l i a r acoplado al eje principal.
6. Ba rra principal del generador.
7. Terminal es de baja del transformador.
Adoptaremos la alternativa J: "Terminales de baja del transfor-
mador" ya que como el circuito secundario queda conectado a la
barra de alta tensión es excelente para estaciones interconecta-
das; el interruptor de auxiliares y servicio es de capacidad re-
ducida comparada con los otros métodos siempre que no estén ce-
rrados los desconectadores 1 y. 2 al mismo tiempo. Al ocurrir una
falla en la barra sería alimentada por un solo generador directa-
mente y por el resto del sistema a través del transformador prin-
cipal y el de servicio para bombas y motores.
Para evitar la interrupción durante el cambio, se puede cerrar
durante un instante los dos seccionadores antes de abrir el cir-
cuito anteriormente cerrado; pero si en ése momento ocurre una
falla.su magnitud será mayor de lo previsto.
DS
Pag. 51
DS DS
bloqueo 2 1
T~
Pag. 52
3 - 5 Dimensiones de la casa de máquinas.-
Las dimensiones de las salas de la turbina y generador se deter-
minan de acuerdo al número de unidades que serán instaladas.
En el caso de unidades de eje vertical como en el presente, la
altura del piso de la sala de la turbina, la longitud del eje
pr i n c i p a l de la turbina y generador y la altura de instalación del
generador se diseñan teniendo en cuenta las dimensiones de la tur-
bina y generador y el espacio necesario para el chequeo, montaje
y desmontaje de la turbina.
Las dimensiones de la casa de máquinas están sujetas al tamaño de
la válvula de admisión y el espacio necesario para la conexión de
1 as tuberías.
La altura del techo de la sala del generador depende del método de
montaje, especialmente la suspens ion del rotor determina la al tura
de las vigas de soprote de la guía y la capacidad, estructura y ta-
Pag, 53
maño de este.
Espacio para el montaje,-
Se prevé de un espacio en la sala del generador con el fin de
montar las máquinas con la suficiente, comodidad. Es necesario
para esto tener en cuenta las dimensiones del estator, rotor,
soporte superior, excítatriz, rodete, etc. Se debe considerar"
el rango efectivo de la wincha de la grúa y la carga que puede
soportar la sala durante el montaje,
A base del gráfico 10 obtenemos las dimensiones aproximadas de
la casa de máquinas;
D • = diámetro del generador = 6 metros
3 + b = 2 a + b = 12
— = 1.2 a - 7,2D
-X- = 0,8 b = 4,8
c+ d + e = 26,4
Pag
- = 1.6D
C = 9.6
d = 10
= 6
' 9,6 10,8
En los planos 3B, 3C, 30, 3£ y 3F se observan las diferentes
plantas de la casa de máquinas y la disposición de los equipos.
Sa1 a de control.-
Los equipos de la sala de control como son tableros de control
y pupitre de maniobras se han escogido tomando en cuenta el mí
nimo espacio y la necesidad de un mando centralizado.;
Ya que emplearemos el sistema de control operador único "la sa-
la de las turbinas no necesita operador y la inspección directa
de la sala de generadores no es necesario. Lo que sí se ha tra-
tado es de que esta sala esté cerca de las turbinas y generado-
res.
Pag. 55
Es conveniente localizar la sala de control en el lado que da
al patío de maniobras ya que un gran número de cables se concen-
tran desde turbinas y generadores así como desde los d íspos iti-
vos de protección, medida y comunicación.
Equipo Eléctrico.-
Los d isposti vos eléctr icos se han dispuesto cerca de la unidad
generadora, swiches de desconexión, interruptores, transforma-
dores de instrumentos y transformador de la" estación de servi-
cio.
Los auxiliares del generador tales como equipo de excitación,
regulador automático de voltaje y resistencia del neutro se alo-
jarán en los cubículos preparados para el efecto en el piso de
la sala de] generador.
i
Galerías ' a u x i 1 í á r e s ' d é l a t u r b i n a . -
Se han dispuesto galerías en y bajo el piso de la turbina para
alojar la bomba de aceite, tanque sumidero de aceite, bomba de
alimentación de agua y tablero de control para auxiliares. La
bomba de drenaje interior y la.bomba para desalojar el agua del
tubo de succión de la unidad principal pueden ser instalados en
Pag.. 56
estas galerías.
Disposición del equipo eléctrico.-
La sala de baterías estará cerca del tablero de control y con.
conveniente alimentación de agua y drenaje. Son necesarios co-
locar un 'ducto de ventilación y un ventilador.
El sistema contra incendio de CO se colocará junto al genera-
dor.
Transformadores de elevación y patio de maniobras.-
El patio de maniobras se ha dispuesto junto a la' casa de máqui-
nas y al mismo n i v e l , tomando en cuenta la mínima distancia des-
de el generador. La instalación será a la intemperie lo cual re-
sulta económico hasta transformadores de 30 MVA.
3-6 Diagrama U n i f í l a r de la Central.-
Los diagramas unifilares se preparan con el fin de mostrar la in-
terconexión del generador, transformador e instrumentos auxilia-
res. Estos diagramas varían de acuerdo a -la capacidad e importan-
Pag. 57
tancia; el numero de generadores, transformadores, etc. Se pue-
den clasificar en los sigu i entes diagramas un ífi lares:
a) Sistema u n i f í l a r estándar, que a su vez puede ser:
1. S ístema un ico
2. Sistema complejo de acuerdo a los sistemas conectados
del generador y transformador.
3. Sistema de sincronización en bajo voltaje.
A. oistema de sincronización en alto voltaje de acuerdo
al sistema de sincronización del generador y el siste-
ma .
5. Sistema doble barra.
6. ' Sistema ba.rra simple de acuerdo al sistema en el cual
el transformador y las líneas de transmisión son conec-
Pag. 58
tadas a la barra de a l to voltaje en el pat io exterior de
maniobras.
Una unidad Una unidad Una unidadsincroniza- sincroniza- dos lineasci&n en baja ci&n en sincroniza-tensión alta ten^- ' ción en al-
sión ta tensión
Dos unidades Dos unidadessincronización un transforma-en alta tensión dor,dos lineas
Ejemplos de Diagramas unifilares principales
b) Sistema de a l imentación de la estación de serv ic io .
Para la estación de servic io hay dos s is temas: en uno
de e l los la fuente de energía se obtiene desde la barra
A
IV. ESTUDIO DE CORTOCIRCUITOS
El cálculo de cortocircuitos proporciona corrientes y voltajes
que se producen en un sistema de Potencia durante condiciones
de falla. Esta información es necesaria para el diseño de la
protección adecuada, capacidad de interruptores, mallas de tie-
rra, etc.
Para la solución utilizaremos el. método que emplea la "matriz
impedancia de barras" como modelo matemático. Dicho método de-
termina las corrientes de cortocircuito y voltajes de falla a
base de pocas operaciones matemáticas que utilizan valores de
la matriz impedancia de barras.
Representación del sistema.-
La representación trifásica del sistema de potencia bajo condi
ciones de falla se indica en la siguiente figura.
Matriz ¡mpedancia de
barras
(Sistema de transmisióny reactancias de generadores)
Ei
60
Pag. 61
Se han real izado las s igu i entes sí m p l i f i cae iones:
1. Se desprecian los elementos shunt tales como cargas, capa-
cita ncias de 1 as 1 meas , etc.
2. Se cons íderan los transformadores con .su reí ación nominal.
3. Se representan cada generador por un voltaje constante (i
pu) , detrás de la reactancia de la máquina.
^. Es suficiente emplear la reactancia de la máquina despre-
ciando su res ÍsteñeÍa.
Además se u t i l i z a el sistema por unidad y las componentes simé-
tricas para el caso de fal 1 as desequ i 1 í bradas.
A continuación se muestran los diagramas generales, de secuencia
positiva, negativa y cero del sistema de potencia en consídera-
c ion.
DIAGRAMA GENERAL DEL SISTEMA
SUBESTACIÓN N£ 19
LJNEA DETRANSMISIO'N
INTERRUPTOR N^ 3
Pag. 62
TRANSFORMADOR N
INTERRUPTOR N
TRANSFORMADOR N
INTERRUPTOR N° 2
.DIAGRMA DE SECUENCIA
P O S I T I V A Y NEGATIVA
Pag 63
A 2
0,056
—ABARRA I
0,043;
BARRA 2
BARRA 3
Pag
DIAGRAMA DE SECUENCIA CERO
0,06
BARRA
0,15
B A R R A 2
B A R R A 3
0,2
Pag 65
Se han real izado las siguientes consideraciones:
1. Subestación #19
De acuerdo a datos proporcionados por la Empresa Eléctrica
Quito tenemos para el año 1982 y en la barra de A6 KV las
siguientes corrientes de falla:
Ice 3 0 = 2250 amperios
Ice 1 0 = 2200 amperios
2. Línea de Transmisión
Hemos utilizado un modelo de línea de transmisión que tie-
•ne los -siguientes valores:
^ = 0.12207 + j 0. 5782 _/L/K/n (Secuencia + y -)
Z = 0.37958 + j 1.59263 -Ti/Km (Secuencia cero)
3. Transformadores y generadores
Se asumen .las siguientes reactancias:
Generadores: 20%
Transformadores: 1 0%
Pag. 66
MVA, = 1 O MVA .base
KVU = KV nominalbase
Nivel de A6 KV I, = 125.5 amperios
X = KVA, .base base
3 KV,, Nivel de k.16 KV I, = 1388 amperios11 - base •
Transformando todos los valores al sistema por unidad hemos ob-
tenido los valores que se indican en los gráficos.
Impedancías equíva 1 entes Theven ín.~
Conociendo las corrientes de cortocircuito en la subestación
# 19 se pueden calcular las impedancias equivalentes de Theve-
n ín de acuerdo a las s ígu íentes reí aciones:
Zth " Zth1
Ice 3= 0.056 pu
1°. (Secuencia cero)
1 = 1 = I = Ia_= 17.53
3 3pu
ZT. + Z.. + Z°i ii i i i
Pag. 6?
5.84 = 10.056 + 0.056+ Z CU
+n
= 0.06 pu
Matriz admitancia e impedancía de barras
Y BARRA =
Y Y12 13
Y Y22 23
Y Y32 T33
donde Y.. = Suma algébrica de las admitancias que llegan a la
barra i con el signo cambiado.
Y.. - Y.. = Admitancia que se encuentra entre las barras i -jtj j i M J
Z BARRA ='
13
21 '22
Z31 Z32 Z33
« Y_ 1
BARRA
donde Z.-, Z el ementos que resultan de la invers ion
de la matriz admitancia de barras.
P a g . . 6 8
,-t-j 4 l . 1 1 J23.26 O
J23 .26 -J36.6 j10
O j 10 j 1 5
= J
0.043 0.034 0.022
0.034 0.06 0 .04
0.022 0 .04 0.093
J23 .3 J'6,6? O
J 6 . 6 7 - J26 .67 O
O O J5
z° _ •B J
0.05
0.01
0
0.01
O.o4
0
0
0
0.20
Pa l !as t r i fas í cas . -
A base de la matr iz ímpedancía de barras se deducen las corr ien-
tes y voltajes de f a l l a en las diferentes barras ut i l izando las
s igui entes reí aciones:
vq: barra fallosa
y
_ w° _ 7 :
Zq + Zpara todo Í •£ q
v; = • Vc1qq
Considerando cortocircuito solidólas fórmulas se simplifican a
1 as s iguíentes:
-/ _ 1Iq =
Zqq
= v
Vq= O
v. - v.
Z entre í - j
Ejemplo de cal culo.-
Barra f a ] l o s a : Barra 1
- _ _ - „ 9í;-l - - = - = 23.26 pu' 0.04311
= o
Pag 69
. Vo = 1 - ' a ü.2090.043
^ = 4.86 pu
Pag. 70
corriente por cada generador - transformador.
UGT 4.¡ = 2.43 pu
Los resultados de los cal culos real izados para 1 as barras 1, 2
y 3 podemos resumí ríos en el s ígu íente cuadro:
Barra 1
Barra 2
Barra 3
1} (pu)
23.26
16.67
10.75
J in t 3
¿t.86
10.0
4.5
ílnt 1
2.34
3 - 3 3
1 .2
I. 2-Snt
2.34
3.33
5 - 7
46 KV
4.16 KV
4.4 Fallas monofásicas.-
Es importante conocer esta falla ya que en ocasiones es mayor
que la falla trifásica. Se u t i l i z a n las componentes simétricas
y operaciones se^uencíales de acuerdo a las fórmulas menciona-
das a cont i nuación:
1
Z. .i i Z.. + Z?. + 3Z/u M
(Corriente secuencíal de fa-l l a en la ba rra i).
Pag, 71
Ejemplo: Fal la en la barra 3 (fasea a)
i0.093 + 0.093 + 0.2 + 3 x 13-87
= 0.024
1 1 1
x 0.024 = 0 .02^
Voltaje en la barra fa l losa
1
0.093 + 0.093 + 0 . 2 + 3 x 13.S7
0.093 + 0.2 + 3 x 13-87
- 0..093
- 0.2
0.398
0.002
0.005
- 0 .024
0.04
0.004
O
0.999
0.001
O
Voltaje en la barra 2
(no fallosa)
-l - CO (I O (Corriente de fase en la barra i)s i
donde: CD -1 1 1
** C¿ -,
-2
Vo l ta je de f a l l a en la barra fa l losa
Z + Zqq qq
Z° + 3qq
2 + Z° + 3 Zqq qq
- z 1qq
- zqq
- CTD
Voltaje de fa l la en las otras barras
1
0
IV
Vq
Z+ + Z + 2= + 3Z-fqq qq qq 7
"z|q"
Z™
z?
Corriente entre dos barras
Ci * O =s i JJ
vt. (v~IJ if
--v¡f)Y» (Ví f - V )
Pag.73
10(0.999 - 0.998)
10(0.001 + 0.02)
10 (0.005)
Corrientes de fase X.P23
0.01
0.03
0.05
1 1 1
^ * 1^ °^ 1 .
0.01
0.03
0.05
=
"0 .09 "
0.03
0.03
Corriente por el otro generador= 0.09 x ' ^ - 0.02 pu
De la misma manera se obtienen las corrientes por la línea de
transmis ion.
Las corrientes de falla se resumen en el siguiente cuadro.
Barra 1
Barra 2
Barra 3
4 (pu)22.05
18.75
0.07
• Z. _ 3 -int
5.26
9.0
0.07
X. 1 *int
2.63
4.9
• 0.02
Z. . 2 *i nt
2.63
k.3
0 .09 ' '
» Se toma en cuenta la corriente más s ign i f E cat.í va de las tres
fases.
V. SISTEMA DE PUESTA A TIERRA
5.1 General idades.-
En general los neutros de los sistemas de generación, transmi-
sión y distribución en un sistema de potencia son puestos a
tierra ya sea directamente o a través de elementos limitadores;
sus razones son las s i guientes:
1 . Limitar las sobretens iones neutro-t ierra y 1Tnea-tierra.
2. Proporcionar corriente suficiente para una correcta opera-
ción de los relés en el caso de fallas.
Las mallas de tierra se utilizan debido a las siguientes razo-
nes :
a) Seguridad para el personal que opera en la estación,
b) Protección para el equ ípo. •
c) Adecuada conexión del neutro de generadores, transformado-
res y equipo eléctrico en general.
d) Evitar diferencias de potencial peligrosas.
75
Pag. 76
La m a l l a es un método práctico para el control de voltajes lo-
cales que pueden ser peligrosos cuando la corriente a tierra
es muy alta ya que es posible obtener una resistencia a tierra
tan baja que asegure que la elevación total del potencial del
sistema de tierras no alcanze valores mortales cuando existe
contacto humano.
Cálculo del sistema de tierras.-
El cálculo se realizará a base del AIEE Substatíon Commítee del
año 1961 .
Carácter íst i cas del terreno . - *
La investigación del terreno donde va a instalarse la Central
es el primer paso para el diseño de la m a l l a ; se debe investí- •
gar la composición del terreno la cual se realiza a una conve-
niente profundidad, tener además una idea sobre la homogenei-
dad del terreno. S ¡n embargo, esta ¡ nvest igacíón resul ta com-
plícada para el alcance, del presente trabajo ya que se deben to-
mar mediciones en diferentes puntos del terreno y en diversas •?
épocas del año; por ello asumiremos P=80 „:. m que está dentro del
rango prupuesto por Rudenberg para un terreno húmedo.
Pag 77
Tipo de Terreno
Suelo orgánico húmedo
Suelo húmedo
Suelo seco
Suelo rocoso
Res íst ¡vídad promed i o
10 ohms mm
100 "
1000 "
10000 "
Estos valores son aproximados cuando el terreno es homogéneo
hasta cuando menos 3 metros de profundidad,
5 . 1 - 1 Determinación de la corriente máxima de f a l l a a tierra.-
De los cálculos realizados en el estudio de cortocircuitos se
tiene que el mayor valor de la corriente de falla es 2350 ampe-
rios. Para el cálculo tomaremos 2.500, Esta corriente debe co-
. rregírse por un factor llamado "Factor de decremento "ya que al
ocurrir la falla se origina una corriente transitoria que debe
ser tomada en cuenta en su aspecto más desfavorable a fin de ob-
tener segur ídad.
Los factores de decremento "D" se u t i l i z a n para determinar la
corriente efectiva durante un intervalo de tiempo transcurrido
desde el comienzo de la falla.
Pag. 78
La siguiente tabla nos proporciona algunos valores que se en-
cuentran comunmente en la práctica.
Tiempo de descarga o duraciónde la fal la (i)
0.08 segundos
0.1 "
0.2
0.3
O . A "
0.5 " o mayor
Factor, de decremento (D)
1.65
1.25
1.125
1.10
1.08
1 ,00
Es necesario que en el diseño de.las mallas se tomen en cuenta
cambios futuros que obligarían al aumento de la capacidad del
sistema de tierras. En general es más económico diseñar y cons-
truir el sistema de tierras para la capacidad futura posible que
hacer una ampliación del sistema ya construido. En el presente
caso no existirán ampliaciones futuras ya que hemos tomado la ca-
pacidad máxima de generación.
A base de lo expues'to y teniendo en cuenta que uno de los obje-
' tí vos primordiales es la seguridad del personal se asume .que pa-
ra la condición más severa el factor de decremento es 1.65.
Pag 79
Luego C = D x X3 ce
donde £ = valor simétrico eficaz de la corriente de falla
a tierra afectada por el valor de decremento.
X" : Corr iente de cortocircui to fase- t ier ra- ce
D : Factor de decremento
1= l . G S x . 2 5 0 0
- 4 1 Z 5 í\
5-1.2 Diseño p r e l i m i n a r del sistema de tierras. -
Para el d i seño i n i c i a l es necesario conocer la d i spos i clon de
los equipos de la subestación a base de la cual se efectúa un
esquema pre! i minar de la rej i l l a a base de las cond i c ion es s i -
gu ientes :
a) Un cable continuo debe rodear totalmente a la rejilla para'
abarcar la mayor área posible; deben evitarse puntas de ca-
ble sin conectar.
b) Los cabl es en el ínter ior de la rej i l l a deberán colocarse9
paralelamente a una distancia conveniente y lo más constan-
te pos i bl e, procurando 1 1 evarlos cerca de todas las sal idas
a estructuras, columnas metálicas, carcasas de motores, ge-
Pag. 80
neradores, etc.
La forma del terreno de la subestación es rectangular y de las
s i gu(entes d ímens iones:
Largo : 2k metros
Ancho : 22 metros
Área del terreno: El área del terreno en p r i n c i p i o correspon-
de a la superficie de la m a l l a
Área 2A x 22 = 528 metros
Radio equivalente de una sección circular de igual superficie
^= 12.96 m
Asumiendo un reticulado aproximadamente uniforme la r e j i l l a se-
ría la mostrada a continuación.
Pag. 81
1=24x6+22x6
= 276 metros
5• 1 • 3 Tipo de conductor.- . ' .
El tipo de conductor dependeré la magnitud de la corriente de
.. .. faTla, del tiempo durante el :cual circula y de otras considera-
ciones mecánicas. . .
Pag, 82
El calibre se determina de la siguiente ecuación
XA = -
Tm - Ta -
33 x
donde: A: Área de la sección del conductor en C i r c u l a r M i l s
T: Corriente máxima en amperes
Tm: Temperatura máxima permisible en °C (Para uniones
soldadas es de íf50°C y para conectores atornillados
es de 250°C.)
T : Temperatura ambiente en °C (generalmente 40°C)a
S : Tiempo en segundos durante el cual se aplica la co-
rriente I (para el diseño S = 1 seg.)
33 x 1
Sin embargo para no dar lugar a fallas mecánicas de los conduc-
tores se ha acordado l i m i t a r el calibre del conductor a 2/0 AWG.
Potencial de Paso: Es la diferencia de potencial entre dos pun-
tos cualesqu i era del pi so los cual es son to-
cados simultáneamente por ambos píes.
Pag, 83
E paso = (R, + 2. Rf) . I,
donde R,: Resistencia del cuerpo humano, muy variable, sin em-
bargo se asume 1000-H-- como valor aceptable.
_fs : Resistividad del suelo inmediatamente debajo, de los
' pies 2000-3000 _n_--m
I, = 0.165
t = Máxima duración del 'shock 0.5 seg
Reemplazando:
E paso - (1000 + 6 f ) 0.165.
0.5
E paso tolerable = '2970 a
Potencia.!'de toque o contacto.- •
V-íene expresado por E toque ~ (R, + Rf/2) . X,
• = (1000 + 1.5 f )0.165
0.5
= .1283 volts
Potencial de transferencia.-
Pag 8*t
Potencia de transferencia.-
Esta diferencia de tensión se produce cuando una persona esta
tocando un conductor puesto a tierra .en un punto remoto. Este
voltaje puede ser considerado como un caso especial de contac-
to o toque.
El diseño prel i m i n a r debe ajustarse de tal modo que la longitud
de los conductores enterrados incluyendo v a r i l l a s sea igual o ma-
yor al valor dado por la ecuación:
L Km Ki 5 v/t165 + 0.25
donde L : Longitud total del conductor enterrado en metros
(incluyendo las vari 1 las)
Km : Coefícíente
Ki : Coeficiente
J : Resistividad promedio del terreno en _nmetro
Determinación de Km y Kí
El coeficiente K toma en cuenta los conductores de la m a l l am
en cuanto a numero, calibre y disposición.
Km = Ln16H di Tí
Ln
donde: D: Separación entre los conductores de la malla en
metros.
d: Diámetro de los conductores que forman la malla
(mis.)
h: Profundidad a que está enterrada la malla (en me-
tros).
I-B- -4'
El número de factores en paréntesis debe ser igual a n-2 donde
n es el número de conductores paralelos en la rejilla básica
tomados' en una sola dirección,
n ' = 6
H = 0.30 metros
• - d =. 0.0056 -metros : . - '
' . D = 5 metros . . . .
.2 "
.K •. .m1
- 2TT
= O . í
Ln I 16 x 0.3 x 0.0056 Ln • 3
Pag.
El coeficiente K. es un factor de corrección por irregularidad
para tomar en cuenta la distribución irregular del flujo de co-
rrientes a tierra. Varía de 1.2 a 2 o más, dependiendo de la
geometría de la rejilla. Puede encontrarse según la fórmula em-
pírica.
K. = 0165 + 0.172 n
donde n : Número de conductores en una sol a d irección
K. = 0.65 + 0.172 x 6
K. = 1.68
Es necesario observar que los valores de K K. se encuentran enn m i
las esquinas y en las sa l ientes de las ma l l as por lo que es re-
comendable emplear conductores para carrar las célu las de las
esquinas y con el lo disminuir el valor de K K. .M 7 m i
, = 0.86 x 1.68 x 80 x ¿t125 x
165 x 0.25 x 3000
L = 368.
Pag 87
Esta longitud es mayor que la del diseno p r e l i m i n a r por lo tan-
to extendemos la malla o r i g i n a l y obtenemos los siguientes valo-
res:
largo: 35 metros
ancho: 30 metros
Área: 35 x 30 = 1050 m2» r = 18.28 m
Longitud: 7 x 35 + 8 x 30 = 485 metros
Cálculo de la resistencia a tierra del sistema de tierras.-
Una vez diseñada la red de tierras se necesita calcular la re-
sistencia de conexión a tierra de la red. Se considera con mu-
cha aproximación que la malla equivale a una superficie conduc-
tora circular con área igual a la cubierta por la malla.
Luego r =
donde r: Radio de la lámina circular conductora equi
valente (metros).
A: Área total encerrada por la rej i l l a (en m )
Pag
Luego la res i tenc ia a t ierra será
R -F\: R: Resistencia aproximada de la red a tierra (j\.)
f: Resistividad del terreno en ohms metros
r: Radío del cí rculo con área igual a la de la rej Í-
1 la diseñada.
L: Long Í tud total del conductor d íseñado
80 80R= k x 18.28 + T$5
R= 1.26 -rv
5.1.5 Cálculo del máximo aumento de' potencial de la red.-
£1 aumento máximo de potencial de la red respecto a la tierra
absoluta se calcula de la sigL'iente fórmula:
E = R x í
'donde E : Potencial máximo al que llega la rejilla respecto a
tierra (volts) .
R : Resistencia de la malla a tierra (punto k)
Pag. 89
I = Máxima corriente de f a l l a que circulará .de la rej i-
1 la a t ierra
E = 1.26 x 4.125 .
E = 5.200 volts
La tensión máxima E que puede•soportar una persona-se puede cal
cular de la siguiente fórmula:
• En = 165 + 0.25 fe '
Como el potencial de la red es mayor que la tensión tolerable
debemos investigar los puntos 6 y 7 propuestos a continuación.
5.1.6 Gal cu jo- de las tensfons del p:fso en al exterior inmediato a la
red..-
Se calcula de la siguiente ecuación: .
P - k- k1 9 ^ •• . t — is.- [\ y —¡—•s s ' L
donde: E :• tensión que se presenta entre los pies de una per-
sona al dar un :paso largo cuando está circulando
la corriente máxima de falla de la red a tierra.
Pag. 90
Coeficiente que toma en cuenta n, D, h y d definidas an
teriormente.
TT 2h D+h 2D 3D
El número de términos dentro del paréntesis debe ser igual a n
K =s Tí .2x0.3 5+0.3 2x5 3x5 4x5 5x5 6x5
K - 0.68s
E = 0.68 x i .68 x 80 x ¿1125
= 777.3 volts.
Este valor E no debe superar a E paso tolerable =
luego E está dentro de límites seguros.
volts,
Para evitar problemas con las descargas accidental es que pud íe~
ran sufrir algunas personas debido a las tensiones originadas
por una falla en las cercas del alambrado es recomendable am-
p l i a r la m a l l a del sistema de tierras 1,50 metros como mínimo
de modo que todos los puntos de la cerca queden interiores a la
red de t ierras; si la cerca se coloca fuera de la zona proteg i -
da por la red no se debe u n i r la cerca eléctricamente con la
Pag 91
red p r i n c i p a l de tierras, cuando más se deben introducir vari-
lla s en el terreno aisladas de la red principal y conectadas a
la cerca de tal modo que se forme un sistema de tierras exclu-
sivamente para la cerca,
5.1.7 Investigación de los potenciales de transferencia y puntos de
mayor peíig ro.-
Durante una falla que origine corrientes a tierra, el potencial
del distema de tierras de la planta o subestación aumenta consi-
derablemente respecto al potencial de la tierra remota que se
supone nulo. Esto hace que se tornen peligrosos los circuitos
o conductoras que "1 leguen a una distancia apartada de la red de
tierras ya que entre el extremo próximo a la red y el extremo
opuesto pueden aparecer tensiones de miles de voltios. Hay que
prestar especial atención a las líneas de comunicación, rieles
de ferrocarril, neutros de sistemas de alimentación a baja ten-
sión, equipos portátiles y herramientas que se alimenten desde
la subestación, tubos de conducción de agua, edificios auxilia-
res y en generaltodos los conductores que se proyecten a una d i s -
.tancia apreciable fuera de la red de tierras-. Para e l i m i n a r es-
te inconveniente pueden colocarse aisladores, transformadores de
aislación., etc,} que interrumpan sobretensiones originadas por
fa 1 las a tierra,
Pag. 32
Se debe prestar atención a las líneas de transmisión de alta
tensión cuyos hilos de guarda pueden disponerse en dos formas;
a) Si el h i l o de guarda está puesto a tierra conectado a la
red de tierras local el mayor peligro en el caso de falla
se origina en los lugares remotos donde ésta línea atravie-
sa como son las torres de la línea,
b) Si el h i l o de guarda está puesto a tierra conectado en lu-
gares remotos el mayor peligro se presenta en la propia
planta o subestación ya que en caso de falla habrá una d i -
ferencia de potencial de algunos miles de voltios entre la
red de tierras y el h i l o de guarda y por consiguiente entre
el terreno de la subestación y la estructura.de la primera
torre- de la línea de transmisión. Debido a que en el pre-
sente estudio no se analiza la línea -de transmisión se men-
cionan las s igu i entes recomendaciones:
En el caso a) es recomendable colocar una buena m a l l a de
tierras debajo de cada torre de tal modo que se asegure que
un contacto accidental de una persona con la estructura de
la torre no sea fatal. En el caso b) habrá que cercar una
de las estructuras de las primeras torres y evitar así que
se acerquen personas a ellas.
. 93
Deberá ponerse especial atención a los puntos de mayor pe-
ligro como son las manijas de operación, cercas, cables de
tens ion , puesta a t ierra de los pa rar rayos , tierras inde-
pendientes de la red p r i n c i p a l , etc.
Para el diseño de la m a l l a de tierras de la casa de máquinas y
siguiendo los pasos anteriores se ha llegado a un sistema como
el que se muestra en el plano donde se tienen los siguientes va-
lores:
2Área de la malla: 1330 m
Longitud : 528 metros
R : 1 .12
Para mayor seguridad ínterconectaremos la mal l a de la casa de
máqü i ñas con la de la subestación con lo cual habremos cumpl ido
con los objetivos propuestos.
Por último se debe realizar la construcción procurando que el
cable no sea dañado, raspado, etc., l i m p i a r bien los cables en
los lugares donde se deban colocar conectores ya sea soldados
ó atorn i.l 1 ados , para asegurar la máxima conductividad en todas
1 as un iones , etc.
Pag.
Cantidad mínima de v a r i l l a s . -
Se recomienda poner v a r i l l a s de puesta a tierra en ciertos dis-
positivos que están expuestos a corrientes elevadas debido a so-
bretens iones. -
Pararrayos
Poste de madera (hilo guarda)
Torre de acero "
Neutro común
Cerramiento (en c/poste)
—
N2
1
1
1
1
1
Tamaño
5/8" 8'
1 1
1 1
1 1
i 1
Cabl e
1/0 mínimo
2/0
2/0
M i smo que 1 a 1 ínes
2
5 . 2 Dispositivos de protección de la central . -
La exigencia mas importante de toda estación generadora es pro-
ducir energía en forma económica y libre de interrupciones.
La práctica general es tener los componentes del sistema de po-
tencia tal es como generadores, transformadores, 1íneas de trans-
mi s ion, etc. acoplados á los interruptores de tal manera que no
Pag. 95
importa en qué parte del sistema se produzca la falla ya que és-
ta puede ser aislada por medio de relés que i n i c i a n el disparo
de los interruptores. Esta operación debe ser llevada a cabo
de tal 'forma que salga de servicio una mínima parte del sistema,
permitiendo que la parte restante continúe en operación.
Los relés, además son los encargados de ordenar la correcta se-
cuencia de operación de los el ementes componentes del s istema,"
corregir características defectuosas de funcionamiento y evitar
o disminuir daños en el equipo que podrían ocurrir por fallas
o condiciones anómales originadas ya sea dentro o fuera del sis-
tema .
A continuación anal izaremos las protecciones requeridas por los
diferentes elementos de la Central,
Protección del Generador.-
En generadores de corriente alterna se pueden analizar los sí-,
guíentes tipos de fallas:
Falla fase-fase y falla a tierra de los bobinados del esta-
tor.
Pag. 96
Sobrecorriente en los bobinados del estator,
F a l l a a tierra en los bobinados de campo.
Motorización del generador.
Pérdida de excitación
Salida de sincronismo
Operaciones monofásicas y desbalanceadas.
Sobrecalentamiento.de! núcleo y bobinados y sobrecalenta-
miento de los cojinetes,
Sobrevelocidad y baja velocidad.
Sobrevoltaje y bajo voltaje.
Fallas en los bobinados del estator.-
Cuando se produce una falla interna en los bobinados del esta-
tor o en la línea que va hacia el interruptor que conecta al
sistema este debe dispararse inmediatamente e interrumpir la co-
rriente de falla desde la parte exterior. Además es necesario
desconectar el campo de la fuente o realizar una desexcitación
inversa para reduci r ráp idamente el voltaje inducido, En el
disparo de los interruptores se usan relés auxiliares los cua-
les detienen la máquina motriz y ponen en funcionamiento el C09
u otro equipo de extinción.
Pag. 97
Fallas en los bobinados de campo. -
Los circuitos de campo en general no están puestos a tierra así
que si se produce una falla a tierra en solo un punto del cir-
cuito del rotor no cambiara la corriente que circula por éste
y en estaciones atendidas no es necesario parar las máquinas.
Sin embargo, si se produce otra falla a tierra simultáneamente
en otro punto se tiene una condición de falla de fase la cual
trae como consecuencia vibraciones en la maquina; por consiguien-
te es necesario disponer de una alarma que detecte esta falla.
Protección contra cortocircuito fase-fase en los bobinados del
estator. -
Ut Í 1 izaremos relés d iferencia les (87) montados como- protección
diferencial longitudinal . Esta protección entra en funcionamien-
to cuando existen cortoci rcu i tos entre fases diferentes.
La protección diferencial utiliza el hecho de que durante el fun-
cionamiento normal o en caso de un defecto exterior a la parte
protegida, las corrientes a la entrada y a la s a l i d a del dispo-
sitivo protegido tienen la misma magnitud y sentido. En el ca-
so de que se produzca un defecto en el interior de la sección
cons ¡derada aparece una corriente diferencial que acciona el co-
Pag 98
rrespondíente relé el cual actúa sobre el dispositivo desconec-
tador y sobre el dispositivo desexcitador del generador,
f
Protección contra falla a tierra de los bobinados del estator.-
Cuando se produce una falla fase-tíerra en los bobinados del es-
tator se tiene una corriente de falla más grande que la corrien-
te nominal. Se puede utilizar un relé diferencial de porcentaje •
para proteger contra esta falla. Sin embargo, en el diagrama
u n í f i l a r hemos asumido la corriente de falla en TOO amperes la
cual es mas pequeña que la corriente nominal por lo que se nece-
s í tan reí es diferencíales separados de los anteriores (8?G) . La
magnitud de la corriente a tierra debe ser más grande que un cier-
to porcentaje de la corriente nominal,
Además dispondremos en combinación con el relé diferencial (87G)
de un relé de sobrecorriente en el neutro del generador (64N) .
El sistema propuesto no permite una operación incorrecta a pesar
de su alta se n s i b i l i d a d ,
Protección de los bobinados del rotor contra falla a tierra.-
Los rotores de las máquinas de corriente alterna no está pues-
Pag. 99
a tierra, por esta razón una f a l l a a tierra ocurrida en un punto
no produce una situación anómala; sí otra falla se produce ven-
drán complicaciones; por ello se utiliza un relé de sobrecorrien-
te a tierra (64E) el cual activa una alarma.
Protección contra la motorización del generador.-
Cuando el agua que acciona la turbina h i d r á u l i c a es retenida sin
que esté desconectado el interruptor del generador, este último
funciona como motor síncrono y acciona la máquina motriz.
i •
Para proteger esta situación hemos dispuesto el relé de poten-
cia inversa (67). Este relé es del tipo disco de inducción y
opera cuando fluye hacía el generador potencia trifásica balan-
ceada. El relé esta provisto de acción retardada de tiempo de
tal manera que no operará incorrectamente durante oscilaciones •
del sistema las cuales se producen cuando el generador se pone
en para lelo.
Protección contra pérdida de excitación.-
En el caso de desconexión accidental_ del circuito de excitación
de un generador síncrono, esta máquina toma de la red la excita-
ción que le es necesaria bajo la forma de potencia reactiva.
Pag TOO
Si estas condiciones de funcionamiento duran algún tiempo puede
producirse una sobrecarga térmica en la máquina o en las que fun-
cionan en paralelo con e l l a , Frecuentemente la máquina desexci-
tada perderá su sincronismo de lo que resultará un peligro para
el rotor. Por otra parte la tensión inducida en el circuito de
excitación abierto, puede alcanzar valores elevados, peligrosos
para el aislamiento del circuito de excitación,
Equiparemos la central con relé contra pérdida de excitación
Cto).
Protección contra sal ida de sincronismo.-
Como una regla general esta protección no se aplica a los gene-
radores; la razón es que no existe peligro de que un generador
pierda su sincronismo excepto cuando pierde su excitación. Cual-
quier pérdida de sincronismo entre dos estaciones debe proteger-
se en el sistema de transmisión que ínterconecta las estaciones.
Protección de respal do contra fallas externas.-
Para evitar un suministro continuo de corriente de cortocircuito
desde un elemento adyacente al generador debido a una falla en la
protección primaria se debe contar con un dispositivo que brinde
protección de respaldo.
Pag. 101
Para protección de respaldo contra falla fase-fase hemos optado
por un relé de sobrecorrí.ente con voltaje restringido (51 V) .
Como protección de respaldo contra falla a tierra un relé de so-
brecorríente a tierra situado en el neutro del generador es utí-
1 izado (64 N).
Cuando se tiene unidades generador-transformador como en el caso
presente, el relé de respaldo contra fallas externas se alimenta
de fuentes de tensión y corriente situadas en e] lado de baja
tensión del transformador de potencia,
Protección contra corrientes des balanceadas.-
En maquinas rotativas sobre los 2000 KVA se usan relés de balan-
ce de fases (46) los cuales protegen de los daños producidos por
una operación monofásica. El relé opera cuando la corriente en
cualquiera de las fases excede una relación predeterminada de la
corriente en las otras fases,
Protección contra sobrecarga.-
Una buena protección contra sobrecarga nos proporcionan los re-
lés de sobrecorríente pero además utilizaremos relés térmicos
los cuales tienen una característica muy dependiente de 1 a inten-
Pag 102
sidad con gran cons'tante de tiempo por lo que constituyen un
díspos i tivo ideal para sobrecargas,
5.1,1.2 Sobrecalentamiento de los coj inetes.-
Se usan relés del tipo H. Un bulbo metálico se inserta en el
cojinete. El relé funciona cuando el líquido contenido dentro
del bulbo se expande,
Protección contra voltajes anormales.-
Sobrevoltaj e: Es una práctica ordinaria el proveer protección
de sobrevoltaje en generadores accionados por máquinas motrices,
especialmente en generadores hidrául icos en los cuales una súbi-
ta pérdida de carga puede producir fácilmente sobrevelocídad y
sobrevoltaje, La protección de sobrevoltaje (59) se usa también
como protección de respaldo para los reguladores automáticos de
. voltaje y transformadores de potencial:
El relé de sobretensión provoca la desconexión del interruptor
principal de,la máquina y también del interruptor de excitación.
• Bajo voltaje: Cuando es excesiva la caída de Voltaje el genera-
Pag. 103
dor debe ser desconectado del sistema por medio de relés de ba-
jo voltaje (21). Este tipo de relés permanecen en reposo única-
mente cuando los voltajes de las tres fases están -en secuencia
positiva y el área formada por los vectores de los voltajes de
línea es más grande que un cierto valor.
Protección contra sobrevelocídad.-
Se requiere para máquinas rotativas las cuales tienden a subir
la velocidad a límites críticos bajo condiciones anormales de
operación. Se dispone de un relé de sobrevelocidad (12) el cual
dispara el interruptor del generador y cierra ..el distribuidor.
El elemento de sobrevelocidad debe ajustarse para que funcione
de 3 a 5% sobre la- velocidad de rechazo de plena carga,
El generador dispondrá además del dispositivo de velocidad sin-
crónica (13) el cual permite a la unidad entrar en paralelo con
el sistema y del dispositivo de baja velocidad (i 4) que funcio-
na cuando la velocidad del generador desciende a un valor pre-
determinado.
Pag
Dispositivos auxiliares de protección.-
En el diagrama u n í f i l a r se puede apreciar el conjunto pararra-
yos-capacitor'Situado a los bornes del generador cuya misión es
proteger al generador de sobretensiones y reflexión de ondas.
Se requiere además un relé que detecte fallas en los diodos de
la excitatríz.
Los dispositivos de protección se combinan con un dispositivo
extintor cuyo objeto es controlar cualquier foco de incendio.
El agente extintor más adecuado es el CCL que no afecta perju-
dicialmente a los aislantes ni forma gases tóxicos peíígrosos
para el persona 1 de servicio.
5.2.2 Protecc ion del transformador.-
Para la protección de transformadores que juegan papel importan-
te en la continui dad-de servicio se utilizan dispositivos selec-
tivos , sens íbles y de acción ráp i da como son la protección d i f e-
rencial y el relé Buchholz,
Para todos los transformadores de una potencia superior a los
1000 KVA equipados con tanques de expansión se recomienda el em-
pleo del reíé Buchholz y reí es di fe rene iales. Estos re]es ase-
guran la protecc ion prop jámente d i cha contra los defectos ínter-
Pag 105
nos de aislamiento, los cortocircuitos entre fases, los corto-
circuitos entre espiras y los defectos a masa recorridos por co-
rrientes intensas . Estos d íspos Í ti vos hacen pos i ble una desco-
nexión rápida, presentan gran seguridad de servicio y una selec-
t i v idad total .
El. relé Buchholz detecta únicamente los defectos originados en
el interior del transformador.
El relé diferencial (87T) detecta los cortocircuitos y las do-
bles puestas a. tierra en las que por lo menos una de las puestas •
a tierra se encuentra en su dominio de protección, así como los
defectos simples a masa cuando el arrollamiento afectado está
unido a tierra por medio de una resistencia ohmica de pequeño
valor.
Utilizaremos también un relé de sobrecorr iente a tierra (6k N)
para detectar fallas a tierra del transformador.
5.2.3 Protección de la 1 Tnea de Transmis ion . ~
La protección de la 1 mea de transmí s ion dependerá de las pro-
tecciones de que se dispongan en la subestación # 19 de Cotoco-
llao, sin embargom mencionaremos dos que tienen mucha importancia
Pag. 106
a) Relé de sobrecorrlente (51) el cual protege contra corto-
cí rcu i tos trifas feos o bífas icos en la 1ínea,
b) Relé díreccional de sobrecorriente a tierra (67 G) que o-
frece protección contra cortocircuitos fase-tíerra o dos
fases-tierra.
Son también necesar ios pararrayos con el fin de proteger la sa-
1 ida de la 1Tnea contra sobretens iones de origen atmosférico.
5.3 Transformadores de medida y protección.-
Los aparatos de medida y los relés de protección no están por
lo general construidos para resistir altas tensiones ni eleva-
das intensidades de corriente. Además han de estar protegidos
contra las altas tensiones para evitar desgracias entre el per-
sonal de servicio. Como tanto las mediciones como las condicio-
nes que provocan el accionamiento de los dispositivos de protec-
ción están referidas a la presencia de corrientes y tensiones,
los transformadores son de dos clases:
•a) Transformadores de corriente,
b) Transformadores de tensión-
Pag 107
Dentro de los transformadores de tens ion ut i 1 izaremos los d i vi -
sores de tensión capacitivos.
Transformadores de corriente.-
Son transformadores d i senados para conectar su en rol!ado pr Ima-
río en serie con el circuito cuya corriente se trata de medir o
controlar, --entregando su enrollado secundario una corriente pro-
porcional a la corriente de línea a los instrumentos de medida
y relés. . .
Caracterfst icas:
r . 4. - i j MVA X 103Corriente nominal de carga =
Ej.: Transformador del generador
8xJOÍ_
Para fines prácticos tomaremos un m ú l t i p l o de 100 •*-*• 1500
Luego: Corríente nominal primaria: 1500 amperios ' .
Corriente secundaria; 5 amperios
Conexión: De acuerdo a los requerimientos
Pag 108
Carga del transformador de corriente,-
La carga de un transformador de corriente es el vector suma de
1 as res ístencías y reactancias de todos los elementos conecta-
dos en serie en su circuito secundario, más la resistencia de
los cables de unión de los instrumentos.
En el siguiente cuadro se pueden observar las cargas normaliza-
das según las normas ANSÍ.
Des ígnación
de la carga
B 0.1
B 0.2
B 0.5
B 1
B 2
B 4
B 8
Res istencia
ohms
0.09
0.18
0.45
0.5
1
2
4
1 nductancía
mH
0.116
0.7:32
0.58
2.3
4.6
9.2
18. ¿í
Impedancia , factor depotencial y vol t- Ampe-res a 60 c/s Y con 5Amp . de corrientesecundar io .
ImpedanOhms
0.1
0.2
0.5
1.0
2.0
4.0
8.0
Volt -Amp.VA
2.5
5.0
12,5
25
50
100
200
en el
Factor dePotencia
0.9
0.9
0.9
. 0.5
0.5
0.5
0.5
Se debe anotar que el calibre de los cables de conexión de los
instrumentos influye decisivamente en la carga del transformador
de corriente.
El fabricante determinará la carga de los transformadores de co-
rriente de acuerdo al consumo de los aparatos de medida suminis-
trados en base al diagrama u n í f í l a r propuesto.
Precisión de los transformadores de corriente para medición.-
Los transformadores de corriente'no son perfectos, tienen pér-
didas que no permiten una relación de transformación exacta y
ademas no se produce un defasamíento perfecto de 180 grados en-
tre el primario y secundario.
La precisión de los transformadores de corriente para medición
se acostumbra a expresarla en porcentaje, anteponiéndola a la
des ignación de la carga; por ejemplo 0,3 B- será un transforma-
dor de corriente de precisión 0.3% con una carga de 25 voltam-
perios.
Las normas ANSÍ han establecido paralelogramos dentro de los
cuales se mantiene la clase de precisión; un porcentaje de error
de relación de transformac ion causa una lectura baja, en camb i o
un error angular en adelanto da como resultado una lectura alta.
Utilizaremos transformadores de corriente clase 0,3 cuya precí-
.síón se puede visualizar en el para 1 el og ramo de errores,
Pag. l io
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O 7
J-
1
clase 0,6
clase 0,3
Precisión de los transformadores de corriente para protección. -
El criterio de la clasificación de los transformadores de co-
rriente utilizados para- protección toma como base el valor de
la tensión secundaria más alta que pueda inducirse sin satura
ción y en consecuencia sin grandes errores,
Utilizaremos transformadores tipo 10 H TOO
los cuales están de acuerdo a las normas ANSÍ y tienen el siguien-
te s ign Efícado:
Pag 112
10 : Error máximo de la relación expresado en %
H : Impedancía secundaria interna elevada.
L : Impedancia secundar i a interna baja,
100 : Tensión secundaria máxima a la que puede tolerarse el
error espee ífi cado,
Los transformadores tipo H tienen arrollamientos secundarios
concentrados. Los transformadores tipo L tienen arrollamien-
tos distribuidos y se encuentran en los transformadores tipo
bushing.
5.3.2 Transformadores de Potencial.-
Un transformador de potencial es un dispositivo diseñado para
conectar su arrollamiento primario en paralelo con el circuito
/ cuya tensión se trata de medir o controlar, entregando su enro-
llado secundario a los instrumentos de medida y relés una ten-
s ion proporcional a la tens ion de la 1ínea.
Carga de los transformadores de Potencial.-
La carga de un transformador de potencial se acostumbra a darla
en voltamperios que son el resultado del multiplicación de la
tensión secundaria por la corriente que circula por los relés
Pag. 113
conectados en paralelo a su circuito secundario.
Las cargas normalizadas según las normas ANSÍ se muestran a
continuación:
Des ígnaciónde la carga.
W
X
Y
Z
zz
Vol t-amperessecundarios
12-5
25
75
200
400
.Factor de pot .de la carga
0.10
0.70
0.85
0.85
0.85
El fabricante proporcionará los transformadores de acuerdo a
las normas ANSÍ y ajustándose a los requerimientos del diagra-
ma un i f Í l a r ,
Precis ion de los transformadores de Potencia 1.-
Las normas ANSI han establec i do al jgual que pa ra los transfor-
madores de corriente paralelogramos dentro de los cuales se man-
tiene la clase de precisión; lo límites de precisión se mantie-
nen cuando el transformador. funciona dentro del área de dicho
paral elogramo.
Escogeremos transformadores clase 0.3
Pag.
.UJ'-t
1012
I 010
1008
¡006
!004
1002
1000
0 998
0,996
0 994
0992
0,990
0,988
0386
/^it,0
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S A\ \
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1
^
1
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I ^\
NS
i
\ I
•L2 clase de Precisidn
.0,6 clase de Precisión
La norma establece que la clase de precisión del transformador
a frecuencia nominal se debe mantener para una variación de la
tensión primaria de 10% y para una variación'de la tensión pri-
maria de 10% y para una variación de la carga entre O y la car-
ga nominal para transformadores d i señados.para trabajo a plena
carga y que tienen como tensión secundaria 120 voltios.
5.3.3 Pispos it i vos de Potencial Capacitivos.-
Los dispositivos de potencial capacitivos se utMizan para obte-
ner una muestra de tens ion proporcional a la tens ion del s fste-
Pag 115
ma de potencia, es decir hacen la función de los transformado-
res de potencial y al igual que éstos se los utiliza para fines
de protección, medida y control.
Utilizaremos el dispositivo de potencial de condensador de aco-
plamiento llamado también dispositivo clase A resonante el cual
tiene dos arrollamientos con tomas de 115 y 66.^ voltios que se
utilizan para conexiones delta-estreí 1 a respectivamente.
Pag 116
Carga.-
La carga en estos d íspos í tívos se la expresa en watts a la ten-
sión secundaria cuando se api Tea a través del divisor de tensión
capaci t ivo la tens ion nominal prima ría. La carga nomina] del
dispositivo es la suma de los watts de las cargas que pueden a-
plicarse en forma s imuItanea a los dos en rol 1 ados,
Para dispositivos de potencial de condensador de acoplamiento
se ha normalizado para cualquier tensión 150 watts,
Característ feas.-
Voltaje nomi nal .primario ¿iSOOO voltios
Voltaje nominal secundario 115/ \/3
Frecuencia nominal 60 Hz
Carga 150 watts -
B i l 250 KV -
5.k Operación y Sistema de Control jde la central.-
La operación y control de la central será del tipo "operador
único" que es capaz de controlar y supervisar desde el tablero
de control la operación de las turbinas, generadoras y otros e-
quipos.
Pag 117
Aún en el caso de falla de la fuente de corriente continua, el
grupo turbina-generador mantendrá la condición de operación y
también será capaz de parar automáticamente la unidad por medio
del suiche de "Parada de emergenc'ia" siempre que se disponga de
una fuente de corriente alterna y rectificador adecuado. La nu-
meración indicada está de acuerdo a ASA C 37-2''- 1362.
Operación . -
El grupo turbina-generador será controlado automáticamente en
el orden y secuencia dispuestas en el suiche p r i n c i p a l de con-
trol (l) el cual tiene las s igulentes seis pos i cienes de opera-
ción colocadas en el sentido horario y con la "parada" en el to-
pe.
Parada
Válvula de admisión
Arranque
Exci tac ion
Puesta en paralelo .
Toma de carga
Aun cuando el suiche principal sea colocado en cualquiera de las
posiciones indicadas, el grupo turbina-generador se controla en
Pag 11¡
la secuencia y orden de operación de acuerdo'a las posiciones del
suiche de control hasta que la operación de la posición del suiche
se 1 leva a cabo.
5-4.1 Válvula de Admisión.-
/r
La v a l v u l a del agua de refrigeración (20W) y la v a l v u l a by pass
se abrirán automáticamente y luego se abrirá la v á l v u l a p r i n c i p a l
siempre y cuando se cumplan las siguientes condiciones:
a). Las pres iones en la tubería de pres ion y carcasa esp í ral es-
tén aproximadamente balanceadas.
b) Presión de aceite más alta que el valor nominal (63 Q. 1)
c) Agua de refrigeración para el radiador y cojinetes (80 W)
d) Todos los alabes cerrados (84 be)
e) Freno desenganchado (39 BK)
f) Ningún relay de protección esté operado (86-1, 86-2, 86,3)
g) V á l v u l a de admisión cerrada (20 be)
h) Interruptor pr i n c i p a l abierto (52)
í) Interruptor de campo abierto (41)
5-4.2 Arranque.-
A base de las condiciones de que la válvula de admisión este com-
Pag. 119
pletamente abierta (20 ac) y que el dispositivo que bloquea los
alabes no esté energízado (84 ac) , la turbina arrancará lentamen
te por medio de la operación del dispositivo de arranque.
Exci tac fon . -
Cuando la velocidad de giro de la turbina excede el 80% de la ve
locidad nominal el interruptor de campo (4l ) se cerrará automáti
camente. Después de que el suiche selector AVR montado en el cu
bículo AVR esté en la posición "en uso" y cuando el voltaje del
generador exceda el 80% del voltaje nominal el regulador automá-
tico de voltaje comenzará a operar automáticamente.
Puesta en Paralelo. -
En el caso de que se use el sincronizador automático el suiche se-
lector (43-25) para el sincronizador se pondrá en la posición "au-
tomático". Cuando el voltaje del generador ha aumentado hasta el
voltaje nominal y el regulador automático de voltaje está en ope-
ración, el compensador de voltaje (60) minimizará la diferencia de
voltaje entre el generador y el sistema por medio del regulador au-
tomático de voltaje y el comparador de velocidad ajustará la velo-
cidad del generador con la frecuencia del sistema por medio del va-
riador de velocidad del regulador,
Pag, 120
Si las diferencias de voltaje y frecuencia entre el generador y
el sistema están dentro de ciertas bandas permitidas el interrup-
tor del generador (52.) se cerrará automáticamente por medio del
equipo automático de sincronización (25). En este caso sin embar-
go, el interruptor también puede ser operado manualmente por me-
dio del suiche de control del interruptor.
En el caso de que el suiche de sincronización ( 3~25) sea coloca-
do en la posición "manual" el voltaje y la velocidad serán regula-
das por los suiches de control del regulador automático de voltaje
(90) y por el regulador de velocidad respectivamente y el interrup-
tor será cerrado por la operación manual del suiche de control del
interruptor. El circuito de cierre del interruptor del generador
pasa a través de los contactos del suiche de sincronización (43~25)
en cualquiera de los casos de operación: automática o manual.
Toma de Carga.-
La carga es manualmente regulada por e) suiche limitador de carga
(75) y por el suiche de control del regulador (65).
5-. 4. 6 Parada Normal . -
Al colocar el suiche p r i n c i p a l de control (l) en la posición "Para-
Pag 121
da11 la turbina se detendrá automáticamente de acuerdo a la s i g u i e n -
te secuencia:
1) La Potencia activa y reactiva del generador se reducirá gra-
dualmente (automat i camente) a val ores cercanos a cero y 1ue-
go el interruptor de] generador (52) será disparado.
2) El interruptor de campo de la excítatriz se abrirá y el AVR
saldrá de operación después de que el voltaje de la excita-
triz es minimizado.
3) Los alabes se cerrarán completamente (84 be)
4) La válvula de admisión (20) y la válvula del agua de refri-
geración (20 W) se cerrarán.
5) El dispositivo defrenado operará automáticamente sobre la
cond ición de'que los al abes (84) estén completamente cerra-
dos y la velocidad periférica del disco del freno decrezca
a menos de 10 m/seg. El dispositivo de frenado será opera-
ble en cualquier momento .por el giro del suiche de control
(39 BK) cuando las cond i ciones arriba mencionadas para los
.alabes, interruptor del generador y válvula de admisión sean
sat isfechas.
Cuando la turbina se detiene el freno regresará a su posición i n i -
cial automat i camente.
Pag. 122
5.4.7 Parada de emergencia mecánica.-
Se realiza por la operación del suiche de "Parada de emergencia"
(5E) ya en el tablero de control general o en el tablero de la
turbina o por la operación de uno de los relés de protección; la
turbina se detendrá automáticamente en la siguiente secuencia:
1) Por la operación de la válvula electromagnética del regula-
dor, todos los alabes (84) y la válvula de admisión (20)
comenzarán a cerrarse inmed¡atamente.
2) Con la condición de que los alabes estén completamente ce-
rrados el interruptor del generador (52) será disparado, el
interruptor de campo (41) se abrirá y el AVR saldrá de ope-
ración .
3) El dispositivo de frenado oprará de la misma"manera que para
la "Parada Normal".
5-4.8 Parada de emergencia eléctrica.-
Por la operación de uno de los s íguientes relés:
Relé diferencial del generador (87) - "
Relé de sobrecorriente a tierra del neutro del generador
(64 N),
Pag 123
Relé diferencia.] a tierra .del generador (87 G) ,
La turbina se detendrá de acuerdo a la siguiente secuencia:
1) El interruptor del generador (52) se dispara inmediatamente,
los alabes (84) y la válvula de admisión simultáneamente co-
menzarán a cerrarse.
2) Al mismo tiempo del disparo del interruptor (52) el genera-
dor se desmagnetizará y luego el interruptor de campo se a-
brirá y el AVR saldrá de operación.
3) Cuando la parada de emergencia es causada por los relés de
protección (87, 87 G) el dióxido de carbono se descargará
automáticamente en la fosa del generador desde el sistema
contra incend ios.
k) El dispositivo de frenado operará de la misma manera que en
la "Parada Normal".
5.A.9 Operación Manual.-
Aunque la operación de esta Planta se realizará por el sistema de
control de "un solo operador" en caso de operación de prueba u o-.
tros casos la operación manual de la turbina y generador será po-
sible seleccionando la posición "Manual" del suiche selector de
control y operando las válvulas electromagnéticas montadas en el
tablero de control de la turbina parael control de la presión de
Pag 124
aceite, válvula de parada, válvula de alimentación de agua de re-
frigeración, válvula de admisión, regulador y freno.
5.5- Tableros de Control y maniobras.-
El control y man íobra de los d íst intos equ i pos e instrumentos se
debe realizar en forma segura. Con este objeto se reúnen los dis-
positivos de maniobra, los aparatos de medida y .los de protección
en paneles o cuadros de mando que permiten el accionamiento y la
vig E lañe i a de los el ementes que const Í tuyen la insta 1 ación.
En la Central en estudio se'ha creído conveniente mandar a distan-
cia los dispositivos de corte desde un puesto de mando centraliza-'
do, Se llevarán circuitos de accionamiento desde los dispositivos
de corte y de medida hasta el punto de mando donde mediante un es-
quema piloto y los dispositivos de medida y v i g i l a n c i a los opera-
dores de la Central podrán juzgar que operaciones pueden realizar-
se en cada caso particular. También estarán instalados en un pa-
nel separado los reí es de protección de los d íspos¡t i vos i nstala-
dos a la intemperie y las protecciones de los aparatos insta lados
en el interior de la Central. (Planos 5A, 5B) .
Pag. .125
5-5.1 Material empleado en los tableros.-
La chapa de acero se emplea en la actualidad en los tableros de
mando de 1 as ¡nstalaciones porque los aparatos instalados en los
paneles construidos con este material no precisan aislamiento ya
que van colocados en cajas que llevan por si mismas los materia-
' les a islántes necesar ios. Por cons íguíente la misión de la cha-
pa de acero es soportar mecánicamente los citados aparatos. Es-
tos armazones así como las cubiertas metal i cas de los aparatos
deben conectarse a tierra.
En las instalaciones de 1 as centra les h i d r á u l i cas la pos icion de
los puestos de mando y v i g i l a n c i a debe permitir en todo momento
una v i s i b i l i d a d lo más amplia posible del estado de servicio de
toda la instalación y facilitar además la maniobra rápida de los
aparatos de corte y de los dispositivos de regulación.
Por razones de seguridad del personal se reunirán todos los apa-
ratos de mando, medición y control en un puesto de mando central
alejado de las partes de la instalación sometidas a alta tensión.
Los elementos necesarios para ello se montarán sobre cuadros, pu-
pitres, etc. Los órganos de mando, dispositivo de posiciones y
aparatos de medida que requieren de una observación constante por
Pag.126
parte de los operadores se ordenarán en un esquema sinóptico; es
decir en un esquema que reproduce esquemáticamente ]as líneas, y
derivaciones de la red con la situación de los generadores, trans-
formadores , d ispos it ívos de corte, etc., y proporciona una idea
exacta del estado de maniobra de la instalación,
Los relés y aparatos que se consideran secundarios se alojarán
en un tablero separado y fácilmente accesible donde podrán ser
revisados periódicamente por el personal.
Los esquemas sInóptícos cons isten en símbolos normal izados para
generadores, transformadores, interruptores, seccionadores, etc.
así como regletas metálicas o de plástico para representar líneas
y barras de 1 a Instal ación,
5.5-2 Disposición de los puestos de mando.-
Los puestos de mando pueden disponerse en forma de cuadro, en for-
ma de cuadro con pupitre adosado y en .forma de cuadro con pupitre
separado.
En nuestra instalación debido a que la extensión del cuadro no es
mayor y permite buena v i s i b i l i d a d para el operador podemos u t i l i -
zar el puesto de mando con cuadro y pupitre adosado.
Pag 127
La disposición moderna de los puestos de mando se orienta hacía
la construcción de cuadros con paneles estrechos a cuya tenden-
cia se adaptan perfectamente los modernos instrumentos de medida
con marco rectangular.
El puesto de mando deberá colocarse con vista a la sala de máqui-
nas y deberá estar dentro de lo posible en un local que posea ais-
lamiento del ruido. Se-tratará de que la distancia entre el con-
trol de los equipos y estos sea la mínima de tal manera que se ob-
tenga una mínima longitud de los conductores de mando.
La v i g i l a n c i a de las máquinas estará a cargo del operario encar-
gado de elias mientras que el operador de la sala de control tie-
ne la responsabilidad de la ejecución de las maniobras desde el
puesto de mando.
*
Los pup i tres de mando contendrán además de los interruptores de
mando de los aparatos de corte principales de la instalación, los
accionamientos para los reguladores de tens ion, los interruptores
y conmutadores de mando para la excitación y la variación de la
velocidad, los interruptores para si nerón ización.
Los instrumentos reg istradores, reí es de protección, reguladores
rápidos de tensión, etc. serán montados en paneles suplemtaríos
Pag. 128
ya que no requieren v i g i l a n c i a permanente.
El alumbrado de los puestos de mando merece una especial atención.
Los cuadros verticales de mando han de estar bien iluminados con
un nivel de 500 lux de los cuales 150 a 200 deben emplearse en la
iluminación general del puesto de mando. Debe tenerse cuidado de
que los cristales de los aparatos de medida no produzcan deslum-
bramiento por lo que resulta preferible el sistema de alumbrado
indirecto. Como fuentes de luz se emplean generalmente lámparas
f1uorescentes.
De acuerdo al sistema de control "operador único" dispondremos
los tableros de control y maniobras en los cuales se deberán ins-
talar los instrumentos y el ementes necesar ios pa ra el funciona-
miento y operación correcta de los generadores, turbinas y equi-
pos auxiliares así como también para la medición y registro de las
magnitudes necesarias para la producción y mantenimiento de la
planta.
Los tableros serán del tipo metálico, para montaje interior; en
ellos deberán encontrarse todos los dispositivos necesarios para
el control, indicación, medición, - instrumentación y anunciación
del equipo generador, transformador de elevación y líneas de sa-
lida.
Pag. 129
Constará de cuatro compartimentos verticales y de un pupitre de
maniobras que estará adosado a los tableros.
Los compart ímentos serán 1 os s igu i entes:
Un compartimento para cada generador.
Un compartimento para la línea de transmisión.
Un compart i mentó para los servicios de la Estación.
El pupitre de maniobras estará distribuido de la misma manera que
los tableros.
5.-5-3 Control y medición del Generador.- .
Según se detalla en los planos el tablero de cada generador esta-
rá compuesto del siguiente equipo: .
Un amperímetro de CA escala O -1500 amperios
Un voltímetro de CA escala O -5000 volts,
Un vatímetro de Ca escala O -8000 KW
Un indicador de factor de potencia -0.5 ~ 1 ~ 0.5
Un medidor de tiempo de operación (parte posterior)
Un medidor de KW-H del generador (parte posterior)
Pag 130
Un medidor de voltamperios reactivos.
Un medidor de la velocidad del generador.
Un indicador de la apertura del d istri bu idor,
Un anunciador de falla (30 F)
Un anunciador de operación ('30 s) .
b) Suiches de control
Suiche p r i n c i p a l de control (l)
Un suiche selector de control para sincronización Ct3~25)
Un suiche de control para e] interruptor automático del ge-
nerador (52) .
Un suiche de control para ajustar la velocidad de la uni-
dad (65).
Un suiche de control para la limitación de la apertura del
d i s t r i b u i d o r de la turbina (75).
Un suiche de control del regulador automático de voltaje
(90).
Un suiche selector para el voltímetro (cvs).
Un suiche de parada de emergencia (5E),
Un suiche para operar el freno (39 BK)
Un suiche para el control de la descarga del C09
Un suiche selector del amperímetro (ACS)
Pag. 131
Símbolo luminoso de operación del generador.
5.5-^ Equipo de control de la excitación."
a) Instrumentos de medida.
Un amperímetro de CC para el campo del generador
Un voltímetro de CC para el campo del generador.
b) Suiches de Control.
Suiche de control del voltaje de la excitatríz (70 E)
Los equipos de la excítatriz se montarán junto a los instrumen-
tos y equipos de su respectivo generador.
Suiche de control para el interruptor de campo,
5.5.5 Equipo de control de las líneas de s a l i d a y de los transformado-
res de elevación.-
a) Instrumentos de medida y suiches de control.
-. - Un voltímetro de CA escala 0-^6000 volts
Un amperímetro de CA escala 0-300 Amperios
Pag 132
Un vatímetro.
Un varfmetro
Un suiche de control con lámparas indicadoras para el con-
trol del interruptor de salida (52).
Un suiche selector para el voltímetro '(VCS)
Un suiche selector para el amperímetro (ACS)
Lámparas indicadoras para cada reconectador de salida.
5-5.6 Equipo de Medición y Control de los servicios de la Estación.-
Un amperímetro.
Un voltímetro
Un indicador del n i v e l del agua (289)
Dos seccionadores para la al i mentación de los serv icios de
la Estación desde los generadores.
Un interruptor de aire para el lado de baja tensión del trans-
formador (252).
Símbolo luminoso de funcionamiento del transformador.
5.5.7 Tablero de Sincronización.-
Dos voltímetros
Dos frecuencímetros
Un s incronoscopío.
Pag. 133
Equ ípos Varios.-
En los planos se pueden apreciar los s igu Íen tes equ i pos
Panel de anunciadores de falla
Pulsador de prueba
Pulsador de reposición
Pulsador para silenciar la alarma
Ala rma sonora ' -
Reloj operado a pilas
5-5.8 Tablero de relés y auxiliares.-
Constará de cinco compartimentos como se puede apreciar en el
plano 5C y alojara los siguientes dispositivos,
Tablero frontal.-
Relé de sobrevelocidad (12)
,Relé de velocidad sincrónica (13)
Relé de baja velocidad (i 4)
Registrador de voltaje (RV)
Registrador' de potencia total (RW)
Registrador de potencia unidad 1 (RW u n i d , # l)
Registrador de potencia unidad 2 (RW unid. # 2)
Registrador.de temperatura unidad 1 (RT unid. # 1).
Pag. 134
Registrador de temperatura unidad 2 (RT unid. # 2).
Tablero Posterior.-
Tablero de sincronización:
Relé de ajuste automático del freno (15)
Relé dé ajuste automático de voltaje (60)
Generadores:
Relé .diferencial (87)
- Relé de sobrecorrE ente con voltaje restringido (51 V)
Relé diferencial del neutro de] generador para detectar bo-
bina del generador a tierra (87 G).
Relé de balance de fases (46)
Relé de sobrecorriente a tierra del neutro del generador
(64 N).
Relé de sobrevoltaje (59)
Relé para protección a tierra de la excitatriz (64 E)
Relé de bajo voltaje (27)
Relé de pérdida de excitación (4o)
Pag. 135
Transformadores :
Relé diferencial del transformador (8? T)
Relé de sobrecorr iente a tierra de neutro del generador
N).
Línea de Transmisión:
Relé de sobrecorr íente (51 )
Relé para protección de corriente direccíonal a tierra (67 G)
5- 6 Patio de Maniobras. -
Conceptos General es . -
La instalación de las altas tensiones a la intemperie se debe al
hecho de que resultan mucha más económicas ya que las separacio-
nes entre conductores y el espacio ocupado por los disyuntores,
v seccionadores, etc. obl ¡garía a la construcción de edificios de
g randes d imens iones , muchas veces de d i f í c i l ejecución .
Naturalmente este tipo de instalaciones precfsa de aparatos y e-
1 ementes especialmente construidos para trabajar soportando l l u -
via y otras inclemencias atmosféricas.
Pag 136
Aunque el control de las instalaciones exteriores resulta más d i -
ficultosa cuando hace mal tiempo, este inconveniente se ha resuel-
to utilizando el mando a distancia para todos los elementos.
Por consiguiente a la intemperie se montará solamente la parte de
alta tensión mientras que la parte de baja tensión se dispondrá
dentro de la casa de máquinas.
5.6.1 Prescripciones.-
CLIMA:- La temperatura mínima del lugar no excede valores que pue-
dan influir en los mandos ni en el comportamiento de los
d ísyunto res y transformadores.
La velocidad del viento está dentro de valores normales y no debe
preocuparnos en cuanto a su influencia en conductores, estructuras
y conexiones,
Se debe tener en cuenta la altura de 1690 metros sobre el nivel
del mar a la que está situado el patío de maniobras.
El reciente de la instalación será protegido con una cerca metá-
lica que tendrá una altura mínima de 2.20 metros y que reúna las
Pag. 137
seguridades necesarias para evitar la íntreducción de personas
extrañas a la instalación.
No se dispondrá ningún elemento de la ínstabcíón de alta tensión
a una distancia de la cerca igual a:
1.50 m + 1.2 cm por KV de tensión de servicio
1.50 + 1.2 x 46 = 2 metros
altura mínima de las barras será:
5-50 + 1.2 cm. por KV de servicio
5.50 + 1.2 x ^6 = 6 metros
La al tura de las otras partes con tens ion tales como terminales
de transformadores de potencia, disyuntores, transformadores de
medida, conexiones entre estos aparatos y en general la de los
el ementos bajo tens ion más próximos a tierra en n íngún caso sera
inferior a 3 metros. Como norma general se puede tomar;
2.80 m + 1,20 cm. por KV de tensión de servicio
2.80 + 1.2 x 46 = 3-3 metros
Lasdistancias mínimas entre partes con tensión entre- conductores
y t¡erra se encuentran en la tabla siguí ente:
Pag 138
Tensión Nominal
KV
hasta 6
10
5
66
132
220
Distancia entre fases
cm.
15
25
"75
90
190
280
Distancia entre fase
y t ierra (cm. )
15
20
50
60
120
180
Los pasos para personal de servicio deben tener un ancho mínimo
de 1.5 metros entre las partes no sometidas a tensión, las cuales
deben estar conectadas a tierra,
A continuación se muestra el diagrama u n í f i l a r de la subestación
de acuerdo al diagrama general propuesto anteriormente
La disposición de los equipos se muestra en los planos 5D y 5E en
ellas se pueden observar los transformadores de potencia, disyun-
tores, transformadores de corriente y potencial, seccionadores,
pararrayos, etc,
Pag 139
DIAGRAMA UN I FILAR DE. LA SUBESTACIÓN
.\A DESDE EL GENERADOR
TRANSFORMADOR DE ELEVACIÓN
\R
DISYUNTOR
LiNEA DE TRANSMISIÓN
Pag 1¿íO
5-7 Transformadores de elevación.-
Actualmente se ut i 1 izan transformadores trifas¡eos por las si-
guíentes razones:
i
Adelanto en las técnicas de fabricación que han reducido
la p r o b a b i l i d a d de falla.
Un mejor diseño que permita el transporte de transforma-
dores trifas icos.
Economía en los fundamentos y estructuras.
Sistema de enfriamiento:
Utilizaremos el enfriamiento natural (OA) ya que en este caso
no son necesar ios equ ípos auxi1 i ares (bomba, ven ti 1 ador, table-
ro, etc.) y el mantenimiento es fácil. El enfri amiento 'OA se
u t i l i z a en transformadores de hasta 30 MVA.
Impedancia del transformador:
Se decide teniendo en cuenta las siguientes características
Proporción de variación de voltaje.
Capacidad de cortocircuito.
Pag. Hl
Estab í I í d a d de la 1ínea de transmís ion.
Pérdida de VAr.
A continuación se puede observar los rangos de variación de la
impedancía para di fe rentes voltajes.
^\ zVn \
15.00034.50046.000 •69.000
115-000138.000161.000230.000
Rango
¿i556
, 899
10
de % Z
69910121414 .16
Según la tabla la impedancia de
.un transformador de 46.000 volts
esta' entre 5 y 9%. El fabrican-
te deberá garantizar un diseño
tal que resulte económico.
Accesorios del transformador:
a) Accesorios para la inspección de 1 a condición de operaci
Medidores de temperatura.
Indicadores de nivel de aceite
b) Protección mecán ica del transformador
on
Protección de temperatura.
Pag
c) Conservador de aceite:
Existe actualmente muchos tipos de conservador de aceite
pero hoy el mas utilizado es el de bolsa de goma (diafrag-
ma) ya que tiene la ventaja de ser hermético y no requerir
manten¡miento.
Capacidad del transformador:
La capacidad nominal a régimen continuo, con enfriamiento clase
OA será de 8.000 KVA que es la producida por el generador de la
estación. Esta capacidad deberá garantizarse a-1.700 metros de
altura.
Característ icas:
Pag. 143
Número de unidades
Tipo
Capacidad nominal continua
Voltaje nominal:
Primar i o
Secundario
Cambiador de taps sin carga
Devanados en el bobinado secun-
dario (A plena capacidad KVA)
Frecuencia
Conexiones:
Primario
Secundario
Polarídad
Desplazamiento angular
Clase de aislamiento:
Primario
SecunadarÍo
Neutro
Subestación, intemper ie,
sumergido en aceite, auto-
enfr iado, el ase OA.
8000 KVA
• 4160 volts
46000 volts
2.5 y 5% sobre y bajo el
voltaje nominal
60 Hz
Dslts
Estreí 1 a ( con el neutro
conectado sólidamente a
t ierra).
Sustract iva
30°
5 KV (BIL 75 KV)
46 KV (BIL 250 KV)
15 KV (BIL 150 KV)
' _ Pag 144
Selección de Interruptores.-
La corriente subtransitoría es la corriente eficaz simétrica i n i -
cial y no incluye la compoente continua de la corriente de falla
transitoria. El cálculo exacto del valor eficaz de la corriente
de falla en un sistema de potencia es sumamente complicado,
AÍEE toma en consideración la componente continua multiplicando
por un factor la corriente eficaz simétrica calculada según cier-
tas reglas para el tipo y localízación de falla que proporciona
las cond i clones de servicio más duras para el interruptor. La
corriente circulante antes de la falla se desprecia y el factor que
se recomienda es 1.6.
Existe otro factor que debe ser considerado y es aquel que toma
en cuenta la velocidad del interruptor.
Para centrales hidroeléctricas se recomiendan interruptores de 8
ciclos y en este caso el factor es de 1.0 como podemos observar
en el cuadro siguiente;
Interruptores de 8 ciclos o más lentos 1,0 .
Interruptores de 5 ciclos • 1.1
Interruptores de 3 ciclos . 1.2
Pag. 145
5.8.1 Capacidad de los interruptores.-
Del estudio de cortocircuitos realizado anteriormente obtuvimos
las corrientes que resultan en las cond iciones más desfavorables,
en base a ellas calcularemos la capacidad de los interruptores
de los generadores y de la línea de transmisión.
S = \/3 x fcc x f , x V x 1v vel
Interruptor de la línea de t ransmis ión: S = fó x1.6x1.0x46x10x125-5
S = 160 MVA ' •
Interruptores de los generadores 1 y 2:
S = /3~x 1.6x1.0x^.16x9.0x1388
S = 145 MVA
5.8,2 interruptor de la 1íneade transmisión.
1 .' Número requerido
2. Tipo
3. Uso
Exterior, CA, trifas ico,bajo contenido de aceitealta velocidad.
Para puesta en paraleloy protección de la líneade transmisión dé 46 KV.
Pag. 146
4. Va lores Nominales
4.1 Voltaje Nominal: 46 KV
4.2 Corriente permanente: 00 Amp.
4.3 Frecuencia: 60 c/s
4.4 Capacidad de ruptura: No menor a 160 MVA
4.5 Nivel de aislamiento: 250 KV B I L
Sistema de Control.-
El interruptor será equipado con mecanismos electroneumatico o
de resorte para control remoto desde el tablero de control y des-
de el dispositivo de control manual. La operación se realizarái
de una manera segura bajo los siguientes voltajes de control:
Para apertura 60-125% del voltaje Nominal
85~110% de la presión Nominal
Para cierre 75~110% del voltaje Nominal
85~110% de la presión Nominal
5-8,3 interruptores del generador.-
Los dos interruptores serán del tipo "aire" y su voltaje será de
4160 volts para operación en un sistema trifásico a 60 c/s.
Pag,
Valores Nomina les. -
Voltaje Nominal :• 4.16 KV
Corriente permanente: 2000 Amperes
Frecuencia: 60 c/s '
Capacidad de ruptura: No menor que 145 MVA'
Nivel de aislamiento: 75 KV B1L
Tiempo nominal de interrupción en base a 60 c/s: 8 ciclos
Cada interruptor será tripolar, interior operado eléctricamente
tanto para cierre como para disparo y provisto de operación manua'
de emergencia.
Los interruptores serán tipo removí ble.
5.9 Seccionadores.-
Se utilizan para u n i r o separar de forma v i s i b l e diferentes ele-
mentos componentes de una instalación de forma qué se puedan rea-
lizar trabajos o reparaciones en d ichos elementos, dejándolos pre-
viamente s i n tensión.
La carácter?sti ca que los:d ist ingue de los interruptores y d i syun-
tores es que sus maniobras de conexión y desconexión a la red de-
ben hacerse sin carga.
Pag 148
Los seccionadores deben tener un poder aislante suficiente por
lo que se montan generalmente sobre aísladoresde apoyo adecuados
a la tensión de servicio. Además sus contactos deben estar cons-
truidos de tal forma que la parte móvil o cuchilla tenga tenden-
cia a cerrarse aun bajo la acción de esfuerzos electrodinámicos
producidos por las corrientes de cortoe i rcu i to,
Los seccionadores út i l izados en instalaciones eléctricas de alta
tensión tienen muy variadas formas constructivas que dependen,
sobre todo, de la tensión nominal de la instalación y en menor
grado de la corriente que ha de atravesar el seccionador, del es-
pacio disponible, de consideraciones económicas, etc.
5-9.1 Tipo de seccionadores.-
En nuestra instalación tenemos dos tensiones: 46 y A,16 KV por
consiguiente estudiaremos el tipo de seccionador adaptable a ca-
da tens ion.
5.9.2 Seccionadores de 6 KV.-
En instalaciones a la intemperie y para tensiones de servicio a
partir de 30 KV se utilizan muchas veces los seccionadores de co-
lumnas giratorias. La figura representa un seccionador de una so-
Pag U9
la columna giratoria; de esta forma se obtiene una interrupción
doble de forma que cada punto de interrupción solamente requiere
una distancia en aire igual a la mitad de la total. Las dos co-
lumnas exteriores están montadas rígidamente sobre un soporte me-
tálico de perfiles laminados y soportan los contactos fijos que
están protegidos por una caperuza que soporta el borne de conexión
el cual está constituido por un vastago cilindrico vertical, pía- .
teado electrolíticamente que puede recibir los mandos exteriores
más usuales.
La columna central 1 leva los contactos móv i les también pla teados ,
está fijada sobre una plataforma giratoria sobre cojinetes soli-
darios al soporte. En la parte inferior, de este soporte está.
situado el eje de mando que acciona la columna giratoria central.
Pag. 150
Este dispositivo podemos u t i l i z a r l o con los tres polos montados
en un soporte común constituido por un conjunto de palancas.
Este seccionador puede monrarse también con c u c h i l l a de puesta
a tierra en cuyo caso se impide cualquier falsa maniobra por me-
dio de un enclavamíento apropiado.
5.9-3 Seccionadores de 5 KV.-
Para tensiones medias y montaje interior se utilizan seccionado-
res de cuchillas giratorias. Consiste como se puede apreciar en
la figura de dos aisladores de soporte, provistos de muelles de
contacto y una cuchilla de contacto que puede g i r a r alrededor de
un eje.
"D OH
tn
Pag. 152
La al tura de los ais la do res se regula por la tens íón de serv icio
y su constitución más o menos robusta, por los esfuerzos dinámí-
eos que- han de soportar.
La man i obra de 1 os seccionadores un ípdares provoca s iempre . dese-
q u M i b r i o entre las fases de la instalación por lo que resultan
preferibles aunque sean más caros, los seccionadores tripolares
acoplados entre sí por un eje común lo que permite el accionamien-
to conjunto por cualqu i era de los proced ímíentos que se ind icarán
más adel ante.
Mando de Seccionadores.-
Los mandos para los seccionadores de alta tensión son muy varia
dos y los podemos clasificar en:
1. Mando por pértiga,
2. Mando mecánico a distancia:
a) Mecanismos de biela y manivela
b) Mecanismos por árbol de transmisión
c) Mecanismos por cadena Galle y piñones
3. Mando por servomotor:
a) Motor eléctrico con reducción.
Pag. 153
b) Grupo motor-bomba" y transmisión h i d r á u l i c a
c) Grupo motor-compresor y transmisión neumática
Para instalaciones de media tensión y por consiguiente en los
seccionadores de 5 KV podemos utilizar los mandos por pértiga
y mecánico a distancia, siendo preferible este último a fin de
tener centralizado el mando en el tablero de control.
Los mandos por servomotor se emplean sobre todo en los secciona-
dores de columnas giratorias que son los adoptados para 46 KV.
Los mandos por servomotor requieren que los seccionadores estén
dotados de contactos auxi1 i a res para índ ícar la pos icíón del sec-
cionador; también, es necesario que estos mandos estén previtos
de dispositivos de interrupción de fi-n de carrera.
B I B 1 L I O G R A F I A
(1) Proyecto Hidroeléctrico Guay 1 labamba , estudio preliminar. Tesis
de Grado. .Escuela Politécnica Nacional. Quito, 1
(2) Desígn of H i d r a u l i c Generatfng fácil ítfes. Electric Power Deve-
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Gustavo G i l í , 1 .965.
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nández, 1 . 975-
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México, 1966
(12) Enciclopedia CEAC de la electricidad. Ediciones CEAC, S.A- 1
Barcelona España.
(13) Proyecto Hídroeléctríco Río Verde, espee i fi cae iones. Me i densha '
Electric Mfg Co. Ltd. Quito 1.975-
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H, El - Abíad. McGraw-Hill Book Company. New York St. Louis.
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Publication Westinghouse Electric Corporation, Reíay~Instrument
D i v i s i ó n Neewark. New Jersey.
PLANTA HIDROELÉCTRICA
Turbina.-
1. Tipo Francís, eje ver t ica l , rodete s imple
2. Fabricante
3. Capacidad nominal . KW
k. Caída estática máxima . 63.12 m
5. Descarga de agua 12.5 M / s
6. Capacidad:
Capac Ídad normal KW
Capacidad máxima KW/
7- Velocidad nominal RPM
8. Dirección de rotación d ir. agujas del reloj .
9. Eficiencia separada, descarga de agua y capacidad con la caída
efect iva normal :
Apertura de los alabes (%} : • •
Capacidad (KW) : •
Eficiencia (%) : • • •
Descarga de agua (M /s) : —
10. La velocidad de embalamiento será RPM, a la caída efectiva
M y descarga de agua M / s
Pag. 155
..¿¡11 . Máxima variación de velocidad y máxima variación de presión:
Condición de operación Una unidad Dos Unidades
Capacidad (KV)
Descarga de agua (M /s) :-
Caída efectiva (M) :-
Max. variación de velocidad (%) :-
Max. presión (M) :-
Tiempo total de cierre (S)
Tiempo muerto del regulador (S) :
NOTA: La presión máxima estará expresada por la columna de agua desde
el eje de la turbina
12. Efecto Volante
2 2GÜ requerido por el generador T-M
13. Velocidad específica . m-KW
1k Relación entre la descarga de agua y el valor recomen-
dado del coeficiente de Thoma's
15 Empuje hidráulico sobre el rodete Ton.
(incluyendo el peso de las partes rotat ivas de laturb ina).
Pag. 156
16, Capacidad del servomotor
Capacidad d ínámíca
Vun fd
1.7- Grasa y aceite de lubricación
Cantidad requerida de aceite
Marca
Cantidad de grasa requerida
Marca
1 it.
18, Acei te para el regulador:
Cant i dad requerida para 11ena r la lera_vez
Marca.
_LL
20,
21 ,
Cantidad de agua de refrigeración
Temperatura del coj inete
Dirnens iones de la carcasa es p i ral :
'/mí n
a — mm
b =
c =
d =
L =
Dr-
D =9
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
Pag. 157
22. Dimensiones del rodete y eje,
mm
23,
24.
- mm
11
12
mm
mm *
mm
mm
mm
mm
mm
mm
H mm
Número de alabes:
Alabes de apoyo
Alabes del rodete
Materiales y esfuerzo permisible de las partes principales
Material Esfuerzo permisible grosor
Cuerpo esp i ra1
An i 1 lo distribu fdor
Alabe
Rodete
Eje
Pag 158
25. Descripción del s ístema de 1ubrícacíón del coj ínete
26. Descripción de 1 a construcción de la turbina
27- Descripción del sistema de sellamiento del eje de la turbina
28. Pieza más pesada para el transporte
Descripción D ímensiones Peso
Tubo de Succión
29. Dimensiones del tubo de succión
Pag. 159
29.
30,
Válvula de admisión.-
Descripción del método de sel 1 amiento de Is válvula mariposa
Materiales y esfuerzos permitidos
Cuerpo de la válvula
Di seo de la válvula
Eje de la válvula
Mater i a 1
Material
Esfuerzo permft ido
Esfuerzo permitido
Materia 1 Esfuerzo permitido
32. Tiempos de cierre y apertura:
Pag. 160
Válvula mariposa
Válvula by-pass
Tiempo de apertura
Tiempo de cierre
Tiempo de apertura
Tiempo de cierre
Sea.
-$£9-..
33- Presión del aceite de control
Presión normal de operación
Presión mínima de operación
K/g/m'
K/g/m¿
34. Capacidad del servomotor y cantidad de aceite
Cantidad de aceite Válvula p r i n c i p a l
V a l v u l a by-pass
1 it
1 it
Capacidad . Válvula principal
Valvula by-pass
Kg-m
Kq-m
35- Dimensiones de la válvula mariposa
d =
e =
Pag 161
36, Pieza más pesada para el transporte
Descripción D imens iones peso. -ton
37.
38,
39,
Regulador. -
Rango de ajuste de la caída de velocidad
Rango de ajuste de la velocidad
Tiempo de operación.-
Tiempo muerto:
Tiempo neto de cierre
Tiempo de apertura :
Seg .
Seg.
Seg. .
40, Sens i b i 1ídad.
Sistema de presión de aceite.-
Capacidad del motor y bomba .-
Bomba de presión y aceite:
T i po
Motor:
Típo_
Pag 162
Presión de aceite.-
2Presión normal de aceite Kg/cm
2Presión mínima de aceite Kg/cm
2Presión de aceite mínima permisible Kg/cm
¿í2. Descripción de 1 a construcción del regulador
2Pres ion entregada Kg/cm
Volumen entregado ymín
Capacidad ' KW
Voltaje Volt
Compresor de a í re:
Tipo
Motor:
Tipo.
Pag 163
Voltaje volt
Velocidad RPM
2Presión entregada Kg/cm
Volumen entregado 1 /mí n
Capacidad KW
Voltaje Volt
Velocidad ~ RPM
Capacidad dei tanque de aceite de presión y volumen de aire;
CapscÍ dad 1 j t
Volumen de a i re 1ít
Volumen de aceite l í t
Capacidad del tanque colector de aceite 1 ít
Pag
Sistema de drenaje de agua
46. Tipo y capacidad nominal de la bomba y motor
Bomba:
Tí pO :
Capacidad de descarga '/mí n
Caída m
Motor:
Capacidad KW
Voltaje Volt
Velocidad RPM
47- Suiche flotante;
Tipo_
Rango de operación
Aparatos de control de la turbina
Nombre del instrumento y función
48. Indicador de presión
Tipo:_
Número:
Indicador de temperatura
Tipo:.
Numero:
50. Válvula de solenofde
Tipo:
Número
51 . Descripción del control de la turbina
Regulador del nivel de agua
52. Tipo
53- Rango de ajuste de] nivel de agua -rn
Pag 165
Generador.-
Pag 146?
1. Generador sincrónico de C.A., trifásico, eje vertical
Tipo .
2.
3-
¿t.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Fabricante
Voltaje nominal
Factor de potencia
Corriente nominal
Capacidad nominal
Frecuencia nominal
Velocidad nominal
Velocidad de embalamiento
Efi ciencia:
Sal ida 1.0 F.P.•
100%
80 %
6o %
4o %
Al6o volt
0.8 (fnd)
Amperios
8000 KVA
60 H
450 RPM
0.8n F.P. (ind)
1 1 . Regulación de voltaje
a F.P. 1.0 :
a F.P. 0.8 (ind)
12. Relación de cortocircuito
Pag 168
13- Capacidad de carga de la línea a voltaje y frecuencia
nominales. KVA
2 2'\k. Efecto volante (GD ) . Ton-m
15- Elevación de la temperatura:
Bajo condiciones de operación continua, voltaje y factor de poten-
cia nominal es.
Estator
Bobinados:
núcleo:
cojinete de empuje.
conjinete guía °C
16. Prueba de voltaje de resistencia dieléctrica a
frecuencia: 6O C/S. •
Bobinados del estator KV Bobinados del rotor KV
16. Comportamiento a sobrevel oc i dad
2.Partes expuestas al máximo esfuerzo _ Kg/mm
Valor de esfuerzo (fatiga)
Calidad del material
oEsfuerzo permisible , Kg/mm
Factor de seguridad .
Pag, 169
Factor de desviación de la forma de onda;
19. Constantes de la máquina
r
X2
XqX"q
T'ao
ohm X
% Xo
% Xd1
% Ta
Seg Td"
Of V A% AU
% Xd"
% T'd
Seg Td"
Seg .
%
%
Seg
Seg
20. Factor de seguridad para c/u de los componentes del rotor, bajo
embaí amiento.
Velocidad:
An i 1 lo del rotor
Cola de milano de la pieza polar.
21. Descripción de cada una de las partes del equipo y dimensiones
pr incípal es *
Diámetro de la cubierta del gen: Do
Diámetro del armazón del estator: DI
Diámetro del núcleo del estator : D2
1 1 : D3
Pag 170
Diámetro de rotor . : DA
Diámetro del eje : Ds
Diámetro del cojinete de empuje: . : Dt
Longitud del núcleo del estator : A
Longitud de la estructura del estator ; B
Al tura de la cubierta del generador : h1
Long itud del eje inferior : h2
Longitud del eje principal : h3
Altura de la cubierta de la excítatríz : E
T
Pag 171
22. Descripción del aislamiento de las bobinas del estator y del rotor.
23. Material y esfuerzo permisible de las partes principales
Material Esfuerzo permisible
Armazón del estator :
Núcleo del estator : _
Soporte ' : • •
Ej e p r i nc í pá 1 :
A n i l l o del rotor :
Polo del rotor
Descripción del método de montaje y desmontaje del generador
Pag 172
25- Dimensiones de los cojinetes guía y de empuje.
Cojinete de empuje Coj i nete Guía
Diámetro exterior :
Diámetro interior :
Longitud :
Carga de diseño del cojinete :
mm
mm
mm
ton
mm
mm
mm
ton
26. Carga sobre los fundamentos:
En vacío
Operación normal
CargaVert Ícal
En ce tr ifás icorepent ino
En ce monofásicorepentino
En frenado
Base estator
CargaHorizontal
Pedestal coj ínete
CargaVert i cal
Carga -Horizontal
27- Esfuerzo cortante (Kg) y res isteñeÍa al corte (Kg/mm )
Perno de anclaje:
Fuerza
Operación normal
En ce. trífás icorepent ino
Pag. 173
Fuerza
En ce. monofas í co ;repent ino
En frenado
29. Radiadores:
Número: Material
Valor estimado de la temperatura del aire:
Entrada: °C Sal ida :
NOTA: Número de pernos de anclaje del estator: mm 0 x
Número de pernos del pedestal : mm 0 x
Capacidad de aire en la fosa del generador:
Valor estimado de la temperatura del agua de refrigeración: •
Entrada: °C Sal ida :
30. Pres ion y cantidad del agua de refrigeración: .
Pres ion Pérdidas de presión Cantidad de agua
Radiadores m m 1/min
Ref r i g . coj i - m • m 1 /m i nnete.
Pag
31. Presión permisible y presión de prueba de cada tubo de refrigera-
ción del agua.
2Presión permisible: Kg/ cm
2Presión de prueba: . Kg/ cm
32. Aceite lubricante para cojinetes
Cantidad necesaria 1 it
Ma rea recomendada ___^___
33. Requerimientos para la grúa
Máximo peso a levantarse:
P i eza : Peso : Ton
Máxima altura a levantarse
Pieza: A] tura: mm
Altura de levantamiento del gancho principal mm
34. Peso:
Estator: - ^__ Ton Rotor • Ton
Otras partes: Ton Total de la unidad Ton
35- Descripción de la forma de embalaje para el transporte:
Pag. 175
Píeza Número Peso Dimensión
Ton X X
Ton
Ton
Ton
X X
X X
X X
mm
moi
mm
mm
Sistema de excitación
36. Tipo y valores nominales del sistema de excitación
Tipo:
Capacidad:
Voltaje:
Corriente:
KW
Volt
Amperios
37. Corriente nominal de excitación del
generador sin carga.
Amperios
38. Corriente nominal del excitación de
generador a plena carga.
Amperios
Pag 176
39. Pérdidas totales de excitación en condiciones • KW
nominales.
kO. Respuesta del sistema de excitación nominal: Seg
41. Elevación promedia de la temperatura , °C
^2. Tipo de regulador automático de voltaje
k?>. Precis ion de la regulación de voltaje , %
k^i. Rango de regulación de voltaje sin carga
Descripción del regulador automático de voltaje:
S istema contra íncend ios :
46. Típo:
47• Capacidad
Sistema de detección de fuego:
Descripción del s ístema contra íncend ios
Cubículos.-
Pag 177
50. Dimensión de los cubículos
Nombre Número D imens ion
X X mm
X
X
X
X
X
X
X
X
. x
X
mm
mm
mm
mm
mm
mm
Transformador Principal.-
1 .
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Tipo
Capacidad Nominal
Frecuenc i a Nominal
Voltaje primario Nominal
Voltaje secundario Nominal
Conexión
Neutro
Ef iciencía:
KVA '
60 HZ
4 . 1 6 KV
46 KV
•
10. Impedancía en ___ KVA
11. Elevación de la temperatura:
Devanados
Pag- 178
Carga FP 1.0 FP O,
9. Pérdidas:
Pérd idas en el nucíeo KW
Perd idas en el cobre t KW
1 2. Prueba de voltaje de res isteñeía d íeléctrica
Bobinado primario B I L KV KV
Bobinado secundario BJ_l KV ... . KV
13- Detalles del relé Buchholtz
Pag 179
*\k. Tipo del bushing A.T.
15. Tipo del sellamíento del aceite.
16. Dimensión del Transformador,
17. Peso:
Total : . Kq
Núcleo y bobinas; Kq
18. Aceite aislante:
Cantidad de aceite: 1 ít
Marca del acei te: . '
Pag. 180
19. Pieza más pesada para transporte
P ieza Dímens iones Peso
Transformador de la estación de servicio:
1. Tipo
2. Capacidad nomina 1 KVA
3- Frecuencia nominal 60 HA
k. Voltaje primario nominal KV
5. Voltaje secundario nominal vol t,
6. Conexión
7. PérdIdas:
Núcleo: KW
Cobre: KW
8. Impedancía: %
9. Elevación de la temperatura (devanados) °t
10. . Voltaje de prueba de resistencia dieléctrica
Bobinado primario: B I L KV KV
Bobinado secundario:. B 1 L KV ______ KV
Pag 181
11. . Dimensión del transformador
12. Peso Kg_
S istema de control
1. Descripción de la operación y sistema de control para la tur-
bina y generador.
2. Descripción de los relés de protección para la turbina, gene-,
rador y línea de transmisión.
Pag 182
3. Descripción del instrumento registrador,
k. Descripción de cada tipo de medidor eléctrico.
5. Para cada tipo de relé auxiliar.
6. Descripción del sistema de medida del nivel de agua,
Sistema de alimentación corriente continua.-
Batería
Pag. 183
a.
b.
c.
d,
e.
f.
9-
Tipo
Capaci dad: A.H. en 10 horas
1 Vo1taj e term Í na 1 i n i c i a l :
Voltaje promedio:
Número de .elementos:
Volt
Volt
Corriente de descarga de corto tiempo (por 1 minuto) Amp
Características i n i c í a l e s de carga.
Voltaje: Volt.
Corr i ente: Amp.
Gravedad específica: p
Temperatura del el emento: .: lC
Cargador.
a.
b.
c.
d.
Tipo
Capaci dad
Entrada de C.A.
Sal ida de C.C.
Fase Voltaje V
Voltaje V Normal
Frecuencia Hz
Carga f1 otante V
Final V I Nominal A Max, carga A
Pag
3. Espacio requerido
a. Sala de baterías: X m
Dimensiones del cargador: X X mm
Equ i po de Man íobra.-
1. Interruptor
a) Tipo
b) Voltaje Nominal KV
c) MVA trifásicos nominales MVA
d) Voltaje nominal Mfn ímo KV Máximo KV
e) Nivel de aislamiento:
Tensión nominal no disruptiva:
Baja Frecuenc ia KV en 1 m i n .
Impulso KV en AO/^seg.
f) Corriente Nominal:
Corriente nominal continua Amp. a 60 H. z
Corriente de cortocircuito KA a voltaje nomina
Corriente de cierre y disparo KA a valor pico
Corriente de corto tiempo KA (3 seg.)
Pag,185 .
g) Tiempo Nominal de .interrupción ciclos
h) Ciclo de operación .
í) Tiempo de cierre Seg .
j) Descripción del dispositivo de operación:
2. Transformador de Corriente
a) Tipo
b) Corriente primaria Nominal Amp.
c). Voltaje Nomina] . . KV.
d) Corriente secundaria Nominal , Amp.
e) Corriente de corto tiempo KA.
f) Carga Nominal . VA.
g) Clase de precisión
h) Tens ion no d isrupt i va KV a 60 H KV impulso
3. Transformador de potencial
a) Tipo
b) Voltaje Nominal ' KV
Pag 186-
c) Voltaje Nominal primario KV
d) Voltaje Nominal secundario Vol t
e) Carga Nominal . VA
f) Clase de precisión ' %
g) Voltaje no dfsruptívo KV a 60 H KV a impulso
Disposición del equipo de maniobra
a) Número de cubículos
b) Dimensión de los cubículos
c) Pieza más pesada para el transporte
KV Interruptor
1 . Tipo
2. Clase de Voltaje Nominal KV
3. Voltaje Nominal KV
4. Corriente Nominal Amp.
5- Capacidad de ruptura:
A voltaje Nominal MVA
A voltaje de operación MVA
6. Corriente de ruptura KA
7. Corriente de interrupción . KA
8. • Corriente de corto tiempo KA
Pag 18?
9. Voltaje nominal no disruptívo KV a 60 Hz , KV a impulso
10. Tiempo nomina] de interrupción ciclos
11. Cíelo de operación
12. Tiempo de cierre Seq.
13- Mecanismo de operación
T i po . _
Medio de operación
Consumo de energía/aire
Dimensiones:
Altura mm
Profund Ídad mm
Ancho ' mm
Espacio l i b r e entre fases . ; mm
Espacio libre entre línea y tierra mm
15- Volumen de aceite por fase 1 ft
16. Transporte
Artículo Tamaño Peso
Pag . 1
KV Seccionador.-
1. Voltaje Nominal
2. Corriente Nominal . _KV
3. Corriente de corto tiempo KA . -
¿K Voltaje no disruptivo KV a 60 H KV a impulso
5- Mecanismo de Operación
T Í pO • ;
Método de operación
6. D imensiones:
Altura mm
La rgo mm
Ancho , mm
Distancia entre fases mm
Distancia entre línea y tierra mm
7. Peso Kg
Dispositivo de Potencial o Transformador de Potencial
Para línea Para barra
1. Tipo ,
2. Voltaje Nominal KV KV
3- Voltaje primario Nominal Vol ts Vol ts
Pag 189
Para línea Para barra
k. Voltaje secundario nominal Volts. Volts
5. Carga Nominal VA VA
6. Clase de precisión % %
7. Prueba de tensión no disruptiva KV KV
8. Dimens iones
Altura . mm mm
Largo ' mm mm
Ancho mm mm
9. Peso Kq Kg_
Transformador de corriente
1. Tipo
2. Voltaje Nominal KV
3. Corriente primaría Nominal Amo.
¿i, Corriente secundaria Nominal - Amp..
5- Corriente de corto tiempo KA
6. Ca rga Nom i na 1 VA
7. Clase de Precisión %
8. Factor de saturación
9. Prueba de tensión no disruptiva KV a 60 H^
10. Dimensiones:
Altura mm
Ancho mm
Profundidad , mm
Pag 130
1 1 . Peso Kg.
Pararrayos. -
1. Tipo
2. Voltaje de servicio KV
3- Voltaje no disruptivo KV a 60 H , 1 mín.- a impulso
¿í. Voltaje dísruptivo de descarga KV
5. Voltaje disruptivo de impulso 1/50 KV
6. Corriente nominal de descarga KA
7. Voltaje residual ; KV
8. Dimensiones:
Altura : mm
Profundidad ____ mm
Ancho . _ mm
9. Peso _ Kg^
Equipo de Telecomunicaciones .-
1, Típo
'2. ' Número de canales . . can
3. Descripción del s ístema de te 1ecomun i cae iones
Pag. 191
Conductores Eléctricos y accesorios.-
Cable de alto Voltaje;
1. Tipo
Z. Voltaje Nominal ' KV
3. Voltaje máximo de servicio .. . KV
¿í. Prueba de voltaje a frecuencia 'Industrial . KV
25. Sección transversal del conductor . mm
6. Corriente de conducción:
No rma 1 - ... Amp
En condiciones del lugar •
7. Diámetro externo mm
8. Mínimo radio para instalación [ mm
9. Peso Kg/Km.
10. Diseño del cable
Diseño de las cajas terminal es y de conexión.
Cable de fuerza para bajo voltaje.-
Pag. 192
1 .
2.
3-
¿í.
5-
6.
7.
Tipo
Volts
Volts
KV
Voltaje Nominal-
Voltaje máximo de servicio
Prueba de voltaje a frecuencia indus t r í a l
Sección transversal del conductor
Diámetro externo .
Peso . Kg/Km.
mm
mm
Cable de Control.-
Tipo
Volts
Volts
KV
mm
mm
Voltaje Nominal
Voltaje máximo de servicio .
Prueba de voltaje a frecuencia industrial
Sección transversal del conductor
Diámetro externo
Peso .
Diseño del cable
Circuito Tamaño Número de conductores
T.P.
Ka/Km
T.C.
AL
TU
RA
E
FE
CT
iVA
(m
)
o a? o o
m r~ m o o 5 2: o rn r H -u o o m H c Zü ro 2: X 6 e r; o
COEFICIENTE DE CAVITACIÓN
G R Á F I C O 2
(T ^ >,043/ Ha \\ ioo j
(T - 0,043 f .g88\t\ i o o y
ÍT=0, 152
00250 60 80 100 200 300 400 600 8OO IOOO
VELOCIDAD ESPECÍFICOS
DIMENSIONES DEL R O D E T E
Ni =
O.
0.05100 200 500 400
—•- ñ s (m - k w)
o
DIÁMETRO DEL RODETE DE LA TURBINA
F R A N G Í S Y DIMENSIONES DE LAS
PARTES DEL CARACOL
G R A Fl CO 4
50 100 150
„ ns (m -kw)200 250 300
DIÁMETRO DEL RODETE Y TAMAÑO
DE LAS PARTES DEL TUBO DE SUCCIÓN
6 R A F I C O 5
100 150 200
ns (m- kw)
250 300
EFICIENCIA DEL GENERADOR
too
o2:UJ
o
u_LU
G R A F I C O 6
facfor depotencia
2 3 4 6 8 i O 20 5040 60 80100 150S a l i d a ( M V A )
EFECTO VOLANTE DEL GENERADOR
DOOO&Í
50 000
20.000-
10.000 --
5.000-
2,000-
i nnn.
: n(75
Gffí
5DOO
2OOOÍ.OOO:
500!
200-- ^ _ 100 -
" " ~-íí /*T"
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300
"""* - -_ 375
í H600
75O
r.am.)-75
:90-ÍOO-H3-129
-150_I80-200^-225-257
-300
-360"400
-450
600
-900
8000 kvA 450 r.p.m.
G R Á F I C O 8
= CUBERÍA
-ESTATOR
1= ROTOR
10 20 30 40 60 80 100 20O 300 400 600800 !000
Po/N ( K V A / r.-p.m)
DIMENSIONES DEL GENERADOR TIPO CONVENCIONAL
-i—
L= Espesor del núcleo
G R Á F I C O 9
10 20 30 40 60 80 100
- PG ( M V A )
200
DIMENSIONES DE LA CASA DE MAQUINAS
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PLANOIA
LINEAS DE TRANSMfSIONESMERALDAS
Guay Ha Bombar;O " E C U A D O R
1 Central térmica' QUITO 30MW
C. HIDRO (En consirucc)C. TEJRMICA.C. HIDRO (E siudío)
Y SUBESTACIÓNm CIUDAD
PISA Y AMBO69.3 MWMANAS!
PORTOVIEJO
RIO VERDE6 MW
RIO CHIMBO184 MW
GUA138 KV___OPJ<m 1
C.TÉRMICA GUAYAO50MWX2Ira 50MWxI/O <
PAUTE 260MWIra 2COV/rbRio TUTANANG02A
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Equipo aux, unidad I
Equipo GUX.unidad 2
Iluminación Interior
iluminación'Exterior
Tablero de Control
Compresor Interrupí. ¡
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Compresor aire 2
Wíncha comp. canal
Wincha compuerta
Inst. exi. de fuerza
Tratamiento agua
Reserva
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Bombn de acei te I
Bomba de aceite I (aux)
Bom ba acer té 2
Bom ba a ceile 2 (aux }
Bomba drenaje I
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Grúa de Montaje
Reserva
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SERVICIOS
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SALA DE CUBÍCULOS
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S A L A I D E CONTRO
ESPACIO LIBRE
PARA EL MONTAJE
GENERADORES
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PLANO 4A
CASA DE MAQUINAS ' MALLA DE PUESTA A TIERRA
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PLANO 48
SUBESTACIÓN : MALLA DE PUESTA A T I E R R A .
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-20.000-122.000
L I N E A DE
TR ANSM ISION
T A B L E R O DE C Of N T R O L
TABLERO DE SINCRONIZACIÓN
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ESTACIÓN DE
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T A B L E R O DE RELÉS Y A U X I L I A R E S PLAN05C
TABLERO DE
DISTRIBUCIÓN
TABLERO DE CONTROL AUTOM. CONTROL AUTOM.
DISTRIBUCIÓN UNIDAD N°l UNIDAD N°2 M E DI CIO N
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AUXILIARES
T A B L E R O P R O N T A L
TABLERO DE
SI N CRONIZACIÓN UNÍ DAD N° I
L I N E A DE
U N I D A D N° 2 TRANSFORMADORES T R A N S M I S I Ó N
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S Í M B O L O S DE APARATOS.E I N S T R U M E N T O S
— Seccionador tr i fas ico (operación remota)
Interruptor automático (soplo magnético)
Seccionador tipo fusible monofásico
Interruptor en aire (trifásico)
Interruptor termomagnético
Contactor electromagnético
Contactor electromagnético con mecanismo de bloqueo.
Bobina de disparo
—í< »— interruptor tipo removí ble
—*~~*— Contacto a u x i l i a r (cierra cuando energizado)f
—9 ?— Contacto a u x i l i a r (abre cuando snergizado)
—E3 Fusible sellado
—TJL— Resistor de puesta a tierra del neutro del generador.
—VW— Transformador de corriente
TYr/VT" Transformador de corriente con embobinado terciario.
•/WJD— Transformador de corriente tipo b o q u i l l a .
—|j Capacitor
SÍMBOLOS DE APARATOS E INSTRUMENTOS Pag. 2
Pararrayos
Puesta a t ierra
Resistor o resistencia
Res istencía v a r i a b l e
Reactor o campo del generador
—C= Terminal de cable.
Rect if i cador .
Tirístor
Circuito paralelo para amperímetro CD
Cargador de batería
Transformador de tensión monofásico
Transformador de tensión con embobinado terciario
Amperímetro corriente alterna (CA)
Amperímetro de corriente continua rectificada.
Amperímetro de corriente alterna con señalizaciónde máxima corriente.
(I) Suiche selector de amperímetro.
( V ) Voltímetro de corrí ente alterna (CA)
S Í M B O L O S DE APARATOS E INSTRUMENTOS Pag. 3
Voltímetro de corriente continua
Suiche selector de voltímetro o sincronoscoplo,
Frecuencímetro
Medidor de factor de Potencia
Vatímetro
Medidor de Potencia reactiva o varímetro
Medidor de Ki1ovatÍo-horas
Registrador de Kilovatios
Registrador 'de Potencia ractiva
S incronoscop io.
Tacómetro
Medidor de horas de operación
Generador para tacómetro
Lámpara de señales
TU Detector de temperatura
[) Transformador para excitatriz
Medidor de velocidad
TABLERO DE CONTROL
BP Bloque de prueba
30 F . Anunciador de f a l l a
30 S Anunciador de operación.
L Swíche luminoso de operación de la línea.
G. Símbolo luminoso del generador.
T . Símbolo luminoso del transformador.
TL S ímbolo 1umínoso de la 1ínea de transmís ion
!' Swiche maestro de control
5E Swiche de parada rápida -
30 Swíche de reposición del relé anunciador-
39 BK Swiche de operación del freno.
¿í3~25 Swiche selector del equipo de sincronización
A3 E Swiche selector del voltaje de la excítatriz
k5 Swiche de control de descarga del CO
52 Swíche de control del interruptor.
65 Swiche de control del regulador.
70 E Swiche de control del'voltaje de la excítatriz.
75 Swiche 1 imitador de la carga.
88 Q. Swiche de control de la bomba de presión de aceite.
89 - Swiche de control de la línea.
T A B L E R O D E R E L É S E I N S T R U M E N T O S
12 Relé de Sobreveloci dad
13 Relé de velocidad s incrón ica
1 ¿í Relé de baja velocidad (30% de la velocidad normal)
15 Relé de ajuste automático de freno.
21 Relé de d is tanc ia
25 Sincronizador automático
26 Medidor cié temperatura para transformador con contac-to a'e alarma de sobretemperatura.
27 Relé de bajo voltaje para corriente alterna (CA)
27 O Relé de bajo voltaje para corriente continua (CD)
38 Medidor de temperatura para cojinete con contactode alarma de sobretemperatura.
AO Relé de pérdida de excitación.
¿íl interruptor de campo (excitación)
¿í6 Relé de balance de fases
49 Relé térmico
51 Relé de sobrecorríente para corriente alterna.
51 S Relé de sobrecorri en te de la estación de servicio.
51 M Relé de sobrecorri en te para neutro.
5"! V Relé de sobrecorr i ente con voltaje restringido
52 Interruptor automático
59 Relé de sobrevoltaje (CA)
TABLERO DE RELÉS E INSTRUMENTOS Pag. 2.
60 Relé de ajuste automático de voltaje
63 T Relé de presión ¿Je aceite para detectar irregulari-dad.
64 E Relé para protección de sobrecorriente a tierra dela exc itatríz.
64 N Relé de sobrecorriente a tierra del neutro del ge-nerador.
64 D Relé de sobrecorriente a tierra (CD)
65 Regulador de velocidad
67 Relé de potencia inversa.
67 G Relé para protección de sobrecorriente direccíonala tierra.
65 T Relé de flujo de aceite.
80 Relé de bajo voltaje para corriente continua (CD)
86-1 Relé de parada de emergencia (Fallas eléctricas serias)
86-2 Relé de parada rápida (Fallas mecánicas serías)
86-3 Relé que saca la carga y excitación (Fallas eléctricasregulares).
87 Relé diferencial
87 G Relé diferencial del neutro del generador para detec-tar bobina del generador a tierra.
87 T Relé diferencial de transformador.
87 B Relé de protección de barras
83 Seccionador o disyuntor.
30 V Dispositivo ajustador de voltaje o regulador de vol-taje.
