Transcript RED Es la totalidad de las partes de una instalación

RED
Es la totalidad de las partes de una instalación
unidas entre sí, y sometidas a la misma
tensión de servicio
Linea de transmisión (66, 154, 220, 500 kVolt), en el otro lado de las torres, también va una
linea similar
6 a 23 kVolt, aprox.
GENERADOR
TRIFÁSICO
(ALTERNADOR)
Interruptor sumergido
en aceite (OCB)
Torre de transmisión
Subestación elevadora,
de transmisión
Ejemplo de un sistema eléctrico completo,
con algunos consumos sin detallar
Consumos
industriales,
en MT ó AT
Postes de
baja tensión
(BT)
Red de distribución
(entre 6 y 23 kVolt)
Subestación de
distribución
Red pública de BT
380 / 220 Volt
Subestación de
distribución
interna
Consumos
comerciales
en BT
BT
Subestación de
distribución
Conjunto de
consumidores
residenciales,
y otros,
en BT
Postes de distribución en
media tensión
Subestación de
distribución
Subestación reductora, de transmisión
Introducción a las redes
Tensiones de distribución (Normas
europeas)
Introducción a las redes
Tensiones de distribución (Normas
americanas)
Clasificación de voltajes según IEEE Std 100-1992
Tensiones nominales IEC (Transmisión)
Introducción a las redes
Según el lado de la(s) S/E (s) hay redes
primarias (Lado de AT) y secundarias (Lado
de BT).
Según la estructura, las hay simples (radiales)
y complejas(en anillo, enmalladas,...
combinaciones)
En una red, la tensión de servicio es solo una.
Introducción a las redes
• Red radial: Su configuración, es como el
ramaje de un árbol, existiendo una rama
principal desde la cual se alimentan los
receptores individuales.
Factores de simultaneidad orientativos
(Administración, servicios)
Ejemplo de S/E aérea en línea radial
Detalle S/E aérea
Barras en anillo
Introducción a las redes
• Características del sistema radial:
– Gran simplicidad
– Mínimo costo inicial
– Ante la eventualidad de una avería en el
circuito, puede interrumpirse el suministro de
una gran volumen de energía
Introducción a las redes
Introducción a las redes
• Red anular, o en anillo (sistemas interconectados):
Permite aumentar la seguridad de alimentación en un área de
abastecimiento, interconectando S/E por el lado de baja tensión,
mediante cables y/o barras de distribución. Es más cara.
Introducción a las redes
• Red enmallada: Proporciona una mayor seguridad de abastecimiento
pero..., es aún más cara. Contiene nudos y anillos:
Introducción a las redes
• Nudos: Puntos de distribución
conteniendo S/E, o barras
• Mallas: Uniones cerradas, entre nudos
Arreglos típicos de distribución primaria
Indicadores de interés (IEEE)
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1) Demanda
2) Carga peack
3) Máxima demanda
4) Factor de demanda
5) Factor de diversidad
6) Factor de carga
7) Demanda coincidente
Indicadores según normas alemanas, referidos
a cables y líneas
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1) Capacidad de carga
2) Carga
3) Temperatura de servicio admisible
4) Temperatura admisible de cortocircuito
5) Ciclo diario de carga
6) Ciclo de carga de referencia
7) Carga media
8) Carga máxima
9) Factor de carga
Un ejemplo que muestra un ciclo de carga y su
relación, en %, con la carga media:
Introducción a las redes
• Tensión de servicio máxima en una red
trifásica:
Es el valor eficaz de la tensión máxima que
puede establecerse entre dos conductores,
en cualquier momento y lugar de la red,
exceptuando tensiones transitorias y
temporales.
ÁREAS (y requerimientos) DE
UN SISTEMA INDUSTRIAL
ÁREAS (requerimientos) DE UN SISTEMA INDUSTRIAL
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Servicio eléctrico
Sistema de distribución de energía principal, y de tracción (equipos móviles)
Sistemas de control de procesos (Equipos computarizados y plc´s)
Sistemas de manipulación de materiales (grúas, elevadores, seleccionadores y
transportadores automatizados)
Iluminación, en general
Comunicación de todo tipo, incluso neumática
Sistemas de alarma, acondicionamiento ambiental, sanitizado
Contención de materiales peligrosos para el ambiente (presión, temperatura)
Tratamiento de aguas (fría, caliente)
Circuitos de seguridad, alarmas, sistemas de acceso electrónicos, TV
ÁREAS (requerimientos) DE UN SISTEMA INDUSTRIAL
• Máquinas de oficina, refrigeración, sistemas de vacío y aire
comprimido
• Áreas limpias, o seguras contra contaminantes (electromagnetismo,
radiofrecuencias (EMI, RFI)
• Manipulación de alimentos: casino, cafetería, cocina
• Mantención, sala de capacitación, show room, enfermería, descanso de
empleados, areas de recreo
• Generación y cogeneración, equipos de emergencia
• Sistemas de control de tráfico
ÁREAS (requerimientos) DE UN SISTEMA INDUSTRIAL
• Independiente de la amplia variedad de
construcciones industriales, hay elementos
comunes que forman parte del diseño
eléctrico
ÁREAS (requerimientos) DE UN SISTEMA INDUSTRIAL
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Calidad, demanda, características de coincidencia y diversidad en las cargas y
factores de carga
Voltajes de servicio, distribución y utilización, y regulación de voltaje
Flexibilidad y provisiones para expansión}Confiabilidad, continuidad de
servicio
Seguridad para personas y bienes
Costo inicial y de mantención
Operación y mantenimiento
Corrientes de falla y coordinación de protecciones
Fuentes de alimentación y sistemas de distribución
Sistemas de emergencia, aspectos legales (instalaciones hospitalarias)
Otros requerimientos
Comentarios sobre consideraciones de diseño
• Usualmente, el equipamiento eléctrico no ocupa un gran
espacio dentro de la construcción total
• Al momento de competir por espacio, puede ser mas fácil
reubicar equipos eléctricos (Tableros, paneles), que de otro
tipo, debiéndose tener en cuenta eso sí, que las
prestaciones de la instalación sean óptimas desde todo
punto de vista, lo cual es responsabilidad del o los
profesionales eléctricos
• Es esencial que el ingeniero eléctrico responsable del
diseño de la red, tenga una comprensión previa del proceso
de manufactura
Coordinación
• En primer lugar, según la complejidad y
características del proyecto, es
imprescindible la cooperación entre
profesionales de distintas especialidades :
• Mecánica, Química, Procesos, Civiles,
Arquitectos, Estructuras, Iluminación,
Producción, Abogados, Contratistas,
Suministradores de equipos, etc.
Flexibilidad (Reliabilidad)
• Esto tiene que ver con la adaptabilidad del sistema
eléctrico para expandirse, y permitir cambios necesarios en
los variados requerimientos de la planta durante su vida
útil (cambios de ubicación de equipos, nuevos equipos…)
• Por su costo, es importante proveer inicialmente una
capacidad de alimentadores suficiente para suministro
futuro
REQUERIMIENTOS DE LA CARGA
• Durante la planificación, debe tenerse en
cuenta los variados requerimientos y
características (Indicadores) de la carga
total de la planta (y también, las cargas
parciales, si corresponde)
Flexibilidad
• La flexibilidad de una red eléctrica aumenta si hay un
sobredimensionamiento de componentes (Tableros, barras,
ductos), y el costo inicial puede no ser tan exagerado,
evitándose también, modificaciones estructurales, o de
superficie futuras
• En instalaciones de computadores, los pisos y paneles
movibles aportan a la flexibilidad
• Los cableados expuestos y enchufables (tipo trolley)
suelen ser económicos y dan flexibilidad
Entre los más importantes
componentes...
• Subestaciones
• Generadores
• Motores
Sub-estaciones
• Tipos de S/E:
S/E principales: Son en aceite, o resina.
Incorporan disyuntor principal en BT, y
equipos de medida y/o registro de energía y
otras variables
S/E pequeñas: Libres de mantenimiento, se
montan a la intemperie, por ejemplo, aéreas
(Ej.: zonas residenciales)
Rangos de Aplicación de S/E
S/E con tanque conservador
S/E hermética: observar plegados para refrigeración
por convección, y dilatación térmica (Ya que no
posee estanque de expansión)
Sub-estaciones
Transformador encapsulado en resina (Hasta unos 15 MVA)
Sub-estaciones
• S/E unitarias:
• Son Transformadores que cuentan con celdas de alta y baja
tensión incorporadas, constituyendo un equipo modular,
transportable, de fácil instalación. Puede incluir equipo de
generación.
•
La celda de alta tensión incluye los equipos de maniobra y
protección requeridos por el usuario. Es del tipo intemperie
o interior, autorrefrigerado, sumergido en aceite mineral o
silicona.
La celda de baja tensión incluye los equipos de maniobra,
control, medición y protección de acuerdo con las
necesidades del sistema.
S/E unitaria
S/E compacta
•
Tanque conservador y relé
Buchholz
Tanque conservador (o de
expansión):
• Permanece lleno hasta la mitad, con aceite,
y no debe permitir el contacto del aceite con
la atmósfera.
• Su finalidad, es absorber la expansión del
aceite debido a los cambios de temperatura
provocados por los incrementos de carga
El relé Buchholz:
• Indica la existencia de perturbaciones, y
daños internos tales como:
• Pérdida de líquido de refrigeración y aislamiento
• Formación de gases
• Velocidad de circulación indebida del líquido, entre la cuba
del transformador, y el recipiente de expansión
El relé Buchholz:
• Se aplica en transformadores con potencias
nominales superiores a unos 315 kVA
• Se instala en la tubería que une la cubeta y
el estanque conservador, o de expansión, y
que permite la circulación del aceite
Sub-estaciones
S/E unitaria
Sub-estaciones
• S/E tipo “pad mounted”:
La diferencia fundamental con las Subestaciones
Unitarias radica en la celda de alta tensión, que
cuenta con aisladores de resina, los cuales se
conectan a través de codos operables bajo
carga, adecuados para la conexión del equipo a
través de cable
de aislación sólida.
Boquillas de alta tensión:
Ferroresonancia 1
El fenómeno de la ferroresonancia
• En transformadores cuya alimentación
de alta tensión es efectuada a través de
cables aislados, como es el caso de los
transformadores tipo superficie ("Pad
Mounted"), es posible que bajo ciertas
condiciones se presente este fenómeno
Ferroresonancia 2
• El fenómeno de ferrorresonancia es de
naturaleza
oscilatoria
y
puede
producirse por la interacción de una
capacidad apreciable, cables armados
especialmente, y la inductancia de un
transformador en vacío, al conformar
éstos un circuito LC serie.
Ferroresonancia 3
• Para que se produzca esta resonancia
es necesario que exista una situación
de desequilibrio en la alimentación,
creada por una conexión o desconexión
monofásica, aguas arriba de una
longitud apreciable del cable o Iínea de
alimentación del transformador.
Ferroresonancia 4
• En una resonancia serie, las tensiones a
través de la capacidad y de la inductancia
pueden exceder en varias veces la tensión
nominal. Tales condiciones de resonancia
deben ser evitadas, puesto que los
esfuerzos dieléctricos anormales a que
quedan sometidas las aislaciones pueden
producir averías en el transformador o en
los cables.
Ferroresonancia 5
CONDICIONES QUE FAVORECEN
LA OCURRENCIA:
 1) Que exista una capacidad importante, Iínea o
cable, en serie con un terminal del transformador al
menos.
 2) Que exista una situación de desequilibrio. La que
puede ser creada por una conexión o desconexión
monofásica, el corte de un conductor o la fusión de
uno o dos fusibles.
 3) Que el transformador se encuentre en vacío o
con muy poca carga.
Ferroresonancia 6
RECOMENDACIONES PARA EVITARLA:
 Reducir la longitud de la Iínea entre el
desconectador o los fusibles, y los terminales
del transformador.
 Evitar las maniobras monofásicas.
 Confirmar que el neutro del secundario del
transformador esté conectado a tierra.
Salida S/E compacta
Conexiones de los
transformadores
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•
Estrella - estrella
Estrella - estrella - delta
Delta - delta
Delta - estrella
Estrella - delta
Estrella - estrella
• Aislación y cobre mínimos
• Adecuado para corrientes de carga bajas y
voltaje alto
• Neutros inestables si están flotantes
• Esfuerzos dieléctricos internos mínimos
debido a la alta capacitancia entre espiras
(Se traduce en aislación mínima)
Estrella - estrella - delta
• El terciario en delta proporciona un camino
cerrado para terceros armónicos de corriente
magnetizante
• El terciario puede utilizarse para alimentar
servicios auxiliares pero, en caso de cortocircuito,
las corrientes son elevadas
• El tamaño y costo del transformador, aumentan.
Delta - delta
• Conexión poco utilizada
• Resulta económica para corrientes elevadas y voltaje
reducido
• Las deltas constituyen camino cerrado para componente
magnetizante de tercer armónico. Esto hace que se
eliminen voltajes de tercer armónico
• Al usar tres unidades monofásicas, permite delta abierta
• Como no hay neutro, requiere banco para originarlo, lo
cual encarece el sistema
• Ocupa mayor cantidad de aislamiento y cobre
Estrella - estrella - delta
• El terciario en delta proporciona un camino
cerrado para terceros armónicos de corriente
magnetizante
• El terciario puede utilizarse para alimentar
servicios auxiliares pero, en caso de cortocircuito,
las corrientes son elevadas
• El tamaño y costo del transformador, aumentan.
Delta - estrella
• El neutro secundario permite aislar las
corrientes de secuencia cero
• La delta primaria mantiene confinada a la
corriente magnetizante, evitándose voltajes
de tercer armónico en líneas del primario
• Se usa por ejemplo, para distribución en BT,
de 15000/380 Volt.
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
(Es muy semejante a hablar en %)
• Ventajas:
• Las magnitudes tienen un valor mas general
• La razón de transformación de los transformadores, no se
involucra en los cálculos
• Bajo condiciones nominales, un solo valor en °/1 puede
representar potencia, impedancia, o voltaje
• Los cálculos suelen simplificarse
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• Se expresan en °/1:
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•
Potencias complejas, aparentes, activas y reactivas
Voltajes
Corrientes
Impedancias
Admitancias
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• Para expresar en °/1, se requiere magnitudes que
se toman como referencia, llamadas valores “base”
• Un conjunto de magnitudes de referencia puede
obtenerse a partir de una potencia aparente base, y
un voltaje base
• En un sistema completo, suele tomarse como
valores base a la potencia aparente nominal y el
voltaje nominal, del componente de mayor
potencia del sistema
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• En sistemas trifásicos, o monofásicos, la
potencia aparente base, es por fase, la
corriente base, es la de línea, y el voltaje
base es de fase a neutro. Las siguientes
fórmulas se aplican:
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• Sean Sb(VA) y Vb(Volt), los valores de
referencia escogidos, o valores base, entonces,
los otros valores base ( o de referencia ) se
obtienen así:
• Ib = Sb /Vb (A)
• Zb = Vb/Ib = (Vb)2 / Sb (Ώ)
• Yb = 1/ Zb (S)
Se han definido cinco valores base
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
Sb y Vb pueden ser cualquier par de valores
que deben mantenerse, pero
• Cuando Sb y Vb corresponden con los valores
nominales de algún componente del sistema,
se dice que son la base propia del componente
• Las magnitudes que se expresan en °/1, son
adimensionales
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
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•
Sean S (VA), P(Watt), Q(Var), V(Volt), I(A), Z(Ώ
), Y(S) magnitudes a expresar en °/1. Sus
respectivos valores en °/1 serán:
S°/1 = S (VA) / Sb,
P°/1 = P(Watt) / Sb,
Q°/1 = Q(Var) / Sb
V°/1 = V(Volt ) / Vb , I°/1 = I(A) / Ib
I °/1 = I(A) / Ib(A)
Z°/1 = Z( Ω) / Zb
Y°/1 = Y(S) / Yb
CANTIDADES EN TANTO POR UNIDAD
• Por ejemplo, si en un sistema la base de voltaje escogida es
de 15 kV, entonces otros voltajes del sistema tales como
14.8 kV, 15 kV y 15.6 kV, expresados en °/1 se
transforman según muestra la tabla siguiente:
•
Voltaje (kV)
Valor en °/1
14.8
0.99
15
1.00
15.6
1.04