METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DE OPERACIÓN DE PROTECCIONES PARA EL DIAGNÓSTICO DE UBICACIÓN DE FALLAS EN UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA.

METODOLOGÍA DE ANÁLISIS DE OPERACIÓN DE PROTECCIONES PARA EL DIAGNÓSTICO DE UBICACIÓN DE FALLAS EN UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA.

La metodología de análisis de operación de protecciones para el diagnóstico de ubicación de fallas propuesta es aplicable a cualquier sistema eléctrico de potencia. Además, tiene la característica de manipular distintos niveles de información, como puede ser información de operación de interruptores solamente, o información de operación de relevadores e interruptores, incluyendo en este último caso la información de zonas de protección de los relevadores operados.  Esto proporciona una gran flexibilidad para su utilización en centros de control con diferentes restricciones de información en sus sistemas de adquisición de datos, tal y como sucede en los centros de control de la Comisión Federal de Electricidad. 

La metodología se divide en dos fases principales: 

1) Determinación del conjunto de posibles lugares de falla. En esta primera etapa se lleva a cabo un análisis de la información de protecciones, para identificar el total de elementos del sistema de potencia involucrados en la zona de desconexión, a partir de los cuales se determina el conjunto de elementos donde pudo haber ocurrido la falla. Para esto se utilizan dos criterios de discriminación; un criterio se basa en la comparación de índices acumulativos generados a partir de la información de zonas de protección de relevadores operados; un segundo criterio utiliza la información de islas eléctricas, generada por un configurador de red.

2) Aplicación de índices de factibilidad para discriminar lugares de falla. En esta fase de la metodología se lleva a cabo la clasificación de la operación de relevadores e interruptores, que da lugar a la formación de un árbol de clasificación para cada uno de los elementos considerados como posibles lugares de falla en la fase anterior. La característica de esta clasificación es que la estructura de los árboles formados depende de la ubicación de la falla considerada. Para determinar el elemento que con mayor seguridad es el elemento fallado, se determina un índice de factibilidad, que cuantifica el efecto de los fallos de funcionamiento de relevadores e interruptores en la formación del área de desconexión para cada una de las hipótesis de falla consideradas. Para esto, se utilizan factores de penalización de relevadores e interruptores, que varían en función de la periodicidad con que estos relevadores han operado en el sistema de potencia.

Las ventajas obtenidas con este tipo de análisis son la facilidad para su implementación computacional y el nivel de independencia de los esquemas de protección presentes en el sistema de potencia. Esto significa que un sistema de diagnóstico desarrollado en base a esta metodología puede operar con las restricciones de información existentes en los centros de control actuales; el sistema en este caso da como respuesta un número relativamente elevado de alternativas de falla estimadas. Sin embargo, si en un momento dado se recibe un mayor volumen de información sobre la operación de protecciones, como resultado de un aumento en la capacidad de los sistemas de adquisición de datos, el sistema sigue trabajando sin modificación alguna, mejorando su desempeño y disminuyendo el número de alternativas presentadas al operador. La única modificación requerida es la referente a las bases de datos. Con la idea de generar un sistema de diagnóstico eficiente y confiable, la primera fase de la metodología incluye dos procesos de evaluación adicionales:

Detección de errores de información. Esta etapa tiene por objetivo filtrar la información proveniente de los sistemas de adquisición de datos, e identificar interruptores cuya operación no se justifica, por no haber operado ninguno de sus relevadores asociados. Con esta información, se supone la operación de un conjunto de relevadores, originalmente no reportados como operados. Esto aumenta la confianza en los resultados, en situaciones donde las restricciones de información son considerables. 

Identificación de oscilaciones de potencia. En esta etapa se busca establecer si un conjunto de operaciones de protecciones fue debido a una falla o a una oscilación de potencia, ya que, en el segundo caso, el proceso de restauración puede ser llevado a cabo sin demora alguna.

Control of Electric Power Systems

CONTROL DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA

INTRODUCCIÓN:

Un sistema de energía debe ser capaz de satisfacer demandas de energía razonables por parte de clientes grandes y pequeños de tipo doméstico, comercial e industrial. Debe soportar con seguridad razonable las fuerzas caprichosas de la naturaleza.

Es una era de altos costos de energía, se requiere transformar los recursos energéticos principales en forma eléctrica con una eficiencia general óptima. Las funciones de control son obviamente muchas y variadas.

Algunos procesos de control y decisión, ejemplificados por la utilización óptima del flujo controlado de sistemas fluviales, implican dinámicas con constantes de tiempo de un mes. Otros fenómenos, como los transitorios en las líneas de transmisión después de los rayos, siguen su curso en unos pocos milisegundos.

El objetivo de este artículo es describir brevemente las características funcionales básicas de un sistema de energía, y en segundo lugar describir algunos de los controles más importantes requeridos para su operación satisfactoria.

1. La red eléctrica

En la figura tenemos un diagrama de una sección de un sistema más grande. La energía eléctrica se produce en los generadores, se transforma a un nivel de voltaje apropiado en los transformadores y luego, a través de los buses enviados a la línea de transmisión para finalmente distribuir las cargas. En la figura se muestra la porción de distribución de bajo voltaje del sistema, que contiene la mayoría de los objetos de carga.

 Los interruptores automáticos permiten el disparo de componentes defectuosos y también la sección del sistema. La gran mayoría de la energía eléctrica del mundo se genera, transforma, transmite y distribuye como CA de alto voltaje.

    

2. Características de carga y generador mixto

Las cargas varían ampliamente durante los ciclos diarios, semanales y estacionales. En la figura siguiente se muestra la fluctuación diaria típica.

La energía eléctrica viaja por las líneas a una velocidad cercana a la de la luz. Además las líneas en si mismas no tienen capacidad de almacenamiento de energía, y como consecuencia, la energía eléctrica debe generarse en el momento en que las cargas la demandan.

La figura 2 consiste en:

Unidades de carga de base, que funcionan las 24 horas. Las unidades nucleares y fósiles grandes entran en esta categoría. Los núcleos de los reactores y las grandes calderas no toleran cambios rápidos de potencia una vez que se alcanza el equilibrio térmico.

Unidades controlables, que consisten en generadores hidroeléctricos y unidades fósiles más pequeñas. Todas estas unidades tienen límites de velocidad que proporcionan las velocidades más rápidas (MW / seg.) con las que se pueden cambiar sus cargas.

Cargadores de pico, que pueden levantar la carga relativamente rápido. Los generadores impulsados ​​por turbinas de gas son comunes, pero también los generadores impulsados ​​por instalaciones de almacenamiento de energía a corto plazo, como el bombeo hidráulico, el gas comprimido o el almacenamiento térmico.

 

3. Las ecuaciones de flujo de potencia (PFE)

 

El centro de todo análisis de los sistemas de energía son las leyes físicas que determinan el flujo de la energía eléctrica en todo el sistema. 

4. Estado operativo normal

Un sistema de energía opera en un estado normal si se cumplen las siguientes condiciones:

1) Se cumplen todas las demandas de carga y se satisfacen los PFE.

2) La frecuencia, f. es constante (60 Hz en EE. UU.)

3) Las magnitudes de voltaje del bus V están dentro de lo prescrito límites

4) No hay componentes sobrecargados.

Por lo tanto, con el fin de rastrear las cargas para cumplir con el requisito # 1, el estado normal es "deriva" a medida que pasan las horas.

La constancia de frecuencia se requiere por varias razones; los relojes eléctricos deben ser precisos, las turbinas de vapor no deben estar sujetas a la resonancia de las palas, las velocidades del motor deben mantenerse constantes.

 

Sin embargo, la razón más importante para mantener constante f es que su constancia indica que se mantiene el equilibrio de potencia total del sistema.

Se requiere constancia de voltaje porque todos los objetos de carga de bombillas a motores gigantes tienen voltaje nominal

Se debe evitar la sobrecarga de componentes, ya que genera temperaturas elevadas y riesgo de daños. Para una línea de transmisión, el daño térmico es solo la mitad del problema.

 

5. La transición del estado

Dy Liacco definió los diversos estados en los que se puede encontrar un sistema de energía. Fink y Carlsen fueron más allá y sugirieron el diagrama de transición de estado que se muestra en la Fig. 4. Este diagrama proporciona una buena imagen conceptual de los requisitos generales de control de un sistema de energía.  

Durante más del 99 por ciento del tiempo, encontramos el sistema en su estado normal. El símbolo "E" se refiere y significa que los PFE están satisfechos y la frecuencia y constancia de voltaje observada. 

El símbolo I "se refiere a "desigualdad" y significa que el componente limita, estamos operando dentro de la calificación el evento de pérdida repentina que haría

Supongamos ahora que el sistema sufriría de un generador o experimentaría algún otro reducir el nivel de seguridad. El sistema ahora entraría en estado de alerta. El E y yo aún estaríamos satisfechos y con suerte, podríamos operar en este estado indefinidamente.

Sin embargo, mediante controles preventivos (por ejemplo, puesta en marcha de generadores de reserva) buscaríamos devolver el sistema a su estado normal.

Con el sistema todavía en estado de alerta, pueden ocurrir algunas perturbaciones adicionales, por ejemplo, el disparo de una línea de conexión o la pérdida de un generador adicional. El cambio de potencia resultante puede sobrecargar una línea. El sistema permanece intacto, es decir, "E" todavía está satisfecho pero se niega "I". El sistema ahora entra en estado de emergencia. Por medio de controles de emergencia, ahora intentaríamos aliviar la situación de sobrecarga.

6. Control de estado normal: propiedad de no interacción

Mantener un sistema de energía en su estado normal es una función de control de alta prioridad. El trabajo se hace relativamente simple por una propiedad de no interacción que caracteriza todo el poder sistemas. Actualmente discutimos esta propiedad.

Considere un sistema que funciona en su estado normal. Pequeños cambios ΔP y ΔQ ahora se realizan en los vectores de control P y Q. Como resultado, los vectores de estado & y |V| sufrirán pequeños cambios ΔS y ΔV respectivamente. Las ecuaciones siguientes producen las siguientes relaciones entre el control y los cambios de estado:

7. Los controladores de estado normales

En la sección 4 indicamos las cuatro condiciones que deben cumplirse para que el sistema permanezca en su estado normal. La forma obvia de mantener un equilibrio de potencia perfecto en cada bus sería mantener continuamente las potencias generadas, PGi y QGi en equilibrio con las potencias de carga cambiantes Pli y Qli. Esto mantendría todos los ΔP y ΔQ; a niveles cero y, por lo tanto, todos los voltajes de bus y potencias de línea a valores constantes.

Esto, por supuesto, no es deseable ni posible. No es deseable porque las potencias de línea constantes vencerían el verdadero propósito de las líneas de transmisión, que es hacer posible.

8. El circuito regulador de voltaje automático

Según el tamaño y el tipo de generador, los sistemas de excitación vienen en varios modelos diferentes. Aquí señalamos brevemente algunas de las características más importantes, que son típicas de la mayoría de los bucles AVR.

Como se muestra en la Fig. 5, el voltaje del bus se mide a través de un transformador de potencial (PT). Después de la rectificación y el filtrado, la salida se compara con una referencia. El voltaje de error resultante, después de la amplificación, sirve como entrada a un excitador que se alimenta directamente al campo del generador. Una caída en el voltaje del terminal provoca un aumento en la corriente de campo. Esto aumenta la salida de potencia reactiva de la máquina y tiende a compensar la caída de voltaje inicial.

El amplificador, el excitador y el circuito de campo representan cada uno constantes de tiempo separadas, alcanzando valores de hasta 5-10 segundos. Las tres constantes de tiempo agregan los tres polos de bucle abierto reales y negativos marcados con a, byc en la Fig. 6. Habrá tres loci de raíz de bucle cerrado y tres polos de bucle cerrado, este último marcado con A, B y C en el misma figura.

    

9. El control automático de frecuencia de carga 

En realidad no hay un bucle ALFC sino dos, designados "primario" y "secundario" en la fig. 5. El propósito de estos dos bucles es lograr un equilibrio de potencia real o "seguimiento de carga" en el sistema. Así como el bucle AVR logra un equilibrio Q manteniendo un voltaje constante, los bucles ALFC logran un equilibrio P manteniendo una frecuencia constante.

Sin embargo, hay una diferencia importante. El bucle AVR puede mantener un equilibrio Q perfecto solo en aquellos buses que están controlados por voltaje. Los bucles ALFC mantienen principalmente el equilibrio P en los buses del generador, pero debido a que la frecuencia es la misma en todo el sistema, por lo tanto, colectivamente, logran el equilibrio P en todo el sistema.

Para comprender el funcionamiento de los bucles ALFC, debemos revisar brevemente el mecanismo por el cual el generador suministra energía a la red. Considere así el generador en la Fig. 5 para operar en su estado normal. Entrega la energía eléctrica constante, PG "megavatios, a la red.

A través de un mecanismo bastante complejo las corrientes del generador y el campo magnético del rotor crean un par de desaceleración electromecánico constante TG que está relacionado con la potencia del generador a través de la ecuación

10. El modelado matemático primario de bucles ALFC

El propósito de este circuito es lograr el ajuste más rápido posible de la potencia de la turbina en respuesta a un cambio en la frecuencia. Con este fin, el regulador de velocidad mide continuamente la frecuencia (o velocidad) y produce una potencia de potencia, P., de forma lineal.

13. El bucle ALFC secundario

El bucle ALFC primario produciría una caída de frecuencia de aproximadamente 3 Hz entre cero y carga completa del generador. Esta pobre precisión es completamente insatisfactoria. Aquí es donde el bucle entra en la imagen. Se realiza lento "restablecer" los ajustes de la frecuencia cambiando el comando de potencia de referencia Pref:

La parte punteada de la Fig. 7 muestra cómo se puede lograr esto mejor mediante un bucle integrador de baja ganancia.

Después de un aumento repentino de la carga, AP, la salida de la turbina, AP, se incrementa a un nuevo valor tan rápido como lo permita el bucle ALFC primario. Como notamos, la respuesta de la turbina marca el ritmo. Sin embargo, nos queda un error de frecuencia negativo considerable, que ahora causa una salida de integrador positivo de crecimiento lento y un aumento correspondiente en la configuración de referencia de potencia. Mientras que la respuesta del bucle primario termina en segundos, el ajuste fino secundario puede tomar del orden de un minuto y no se detendrá hasta que el error de frecuencia sea cero.

 

14. Extensión a los sistemas de "áreas múltiples"

El modelo de bucle en la Fig. 7 es estrictamente válido para un solo generador solamente. Hemos notado que la dinámica de frecuencia es relativamente lenta. Esto tiende a hacer que todo un grupo de generadores se mueva al unísono, o de manera coherente lo que nos permite representarlos a todos con la misma A Por T esta razón es común dejar que el modelo de la Fig. 7 represente a "área" completa que en la práctica típicamente puede abarcar todo un sistema de energía.

Si esta "área" a través de líneas de conexión está conectada a un vecino "áreas" luego hablamos de dinámicas de áreas múltiples. En tales situaciones, todos los comandos de potencia se ejecutan al unísono entre todos los generadores que están bajo control. Si cada generador en el área tiene el mismo porcentaje de "regulación", entonces cada generador participará en proporción a su calificación.

 

15. Diseño óptimo de LQR

Los bucles AVR y ALFC se derivaron como la suma de la no interacción total. Sin embargo, existe un acoplamiento cruzado entre los canales, que en ciertas circunstancias tendrá efectos notables, a veces de naturaleza muy perjudicial (ref. 3, cap. 9). Por ejemplo, a veces áreas enteras comenzarán a oscilar a frecuencias alrededor de 1 Hz. Las oscilaciones se muestran en potencias de frecuencia y línea de enlace y pueden crecer a niveles cuando se produce la ionización desincronizada. En principio, no es difícil expandir los modelos matemáticos para dar cuenta de estos fenómenos. Sin embargo, los modelos se vuelven de alta dimensionalidad y el diseño de control clásico se vuelve difícil.

 

16. Controles de emergencia

Todas las discusiones anteriores se han referido a bucles de control que están destinados a mantener el sistema de energía en su estado normal. En la secta. 5 indicamos cómo los eventos en cascada, o las contingencias múltiples, pueden llevar el sistema de energía a un estado de emergencia, que si no se controla adecuadamente puede deteriorarse a un estado extremo. Debido a la lenta respuesta de la turbina, los bucles ALFC son ineficaces en emergencias.

Los bucles AVR son más rápidos, pero la potencia de excitación limitada hace que incluso estos bucles sean esencialmente inútiles.

Los componentes del sistema de energía, especialmente los generadores, son muy caros y el objetivo principal de los controles de emergencia es evitar daños al equipo. Por esta razón, siempre se encuentra una primera línea de defensa que consiste en dispositivos de protección organizados en sistemas de protección de la unidad.

Por ejemplo, los generadores, transformadores, líneas y autobuses tienen sus propios dispositivos de protección de sujeción especializados, que en su mayoría están configurados para funcionar en modo presente o en bucle abierto.

Típicamente, un relé detecta la falla e inicia un disparo del interruptor de circuito. Es importante que el viaje implique por lo tanto tienen alta selectividad. Los microprocesadores están encontrando un uso cada vez mayor en el diseño moderno de relés.

El segundo objetivo de los controles de emergencia es realizar la recarga automática de los componentes. Por ejemplo, después del disparo de una línea en la mayoría de los casos, el cortocircuito se curará "en una fracción de segundo y la línea después de la ejecución hipotecaria puede funcionar normalmente. El cierre debe realizarse rápida y automáticamente para tener éxito.

El tercer objetivo del control de emergencia es evitar que el sistema se desincronice, es decir, se rompa en partes.

Se dice que un sistema es transitorio estable para una perturbación particular si los rotores del generador, después de las oscilaciones angulares transitorias iniciales, tienden a mantenerse unidos. Es posible que el sistema en sí no tenga una sincronización suficientemente fuerte pegamento y luego será necesario insertar de forma temporal componentes diseñados para mejorar la estabilidad.

 

El cuarto y último objetivo de los controles de emergencia es salvar una frecuencia en deterioro.

 

17. Control de estabilidad- Enfoque clásico transitorio

 

En condiciones normales, la potencia de la turbina, el P_T y la potencia del generador, P_G, están en equilibrio y la unidad del generador de la turbina está funcionando a velocidad constante. Durante las perturbaciones de fallas mayores, el P_T permanece aproximadamente constante, mientras que el P_G sufre cambios repentinos y grandes. El post falla diferente potencia P_T - P_G. dependiendo del signo, acelerará o desacelerará la unidad. Las aceleraciones de las unidades generadoras se derivan de las ecuaciones de oscilación.

18. Control de estabilidad transitoria: nuevos enfoques

Considere ahora la siguiente cadena alternativa de eventos.

En el momento del disparo de línea, el disyuntor número 2 inserta una resistencia de frenado R. de 300 MW. En el mismo instante, 300 MW de la carga en el bus número 2 se desconecta de forma rápida. Estas operaciones de interruptor restaurarán el equilibrio de potencia en cada unidad giratoria, evitando así aceleraciones angulares severas. En el momento posterior, cuando se produce un cierre de línea, la resistencia de freno se desconecta y la carga se restablece en el bus 2.

El uso combinado de resistencia de freno y salto de carga " Obviamente es un enfoque más activo para preservar la estabilidad transitoria. Para que este tipo de control sea efectivo, las decisiones de control deben tomarse rápidamente. Los controladores también deben ser robustos, ya que deben funcionar en condiciones de falla muy diferentes.

19. Control de frecuencia y dinámica a largo plazo

Después de una falla mayor, la estabilidad transitoria generalmente se determina en uno o varios segundos. Incluso si el sistema permanece sincronizado inicialmente, a menudo ocurren problemas inducidos por fallas que se dan a conocer en varios segundos o posiblemente minutos y que darán lugar a una dinámica de frecuencia a largo plazo.

Por ejemplo, el disparo de línea en el ejemplo anterior puede causar oscilaciones de voltaje tan severas que el motor de la bomba de agua de alimentación se disparará, por lo que será necesario sacar G2 del servicio, creando así una escasez de generación de 200 MW en todo el sistema. Si el sistema fuera parte de un grupo de energía, la energía de soporte fluiría inmediatamente sobre las líneas de conexión. Si el sistema funciona solo, los 200 megavatios se tomarán del almacenamiento cinético, lo que provocará un rápido deterioro de la frecuencia. El equilibrio de potencia debe restaurarse rápidamente y el desprendimiento de carga permanente será a menudo el último recurso. Puede ser realizado manualmente por el operador o automáticamente por orden de los relés de baja frecuencia.

La simulación de la dinámica de frecuencia podría. Teóricamente, se realizará ampliando la integración de las ecuaciones de oscilación, ahora reescritas en la forma de frecuencia de:

20. Tendencias futuras

En esta breve exposición del control del sistema de potencia, nos hemos centrado en el control del estado normal y de emergencia a la optimización de recursos, mejora de seguridad y problemas como los más relevantes desde el punto de vista del operador. Otros problemas importantes de control relacionados con la protección del medio ambiente han sido excluidos debido a la limitación de espacio. Debido a las enormes inversiones de capital, los cambios en la tecnología de los sistemas de energía tienden a ser de naturaleza evolutiva más que revolucionaria. Actualmente Identificar algunas de las áreas que probablemente estarán sujetas a una mayor atención futura por parte de los investigadores de control y sistemas.

El gráfico de la Fig. 2 muestra uno de los problemas básicos que enfrenta la disparidad del planificador de sistemas de energía entre la carga máxima y mínima, lo que resulta, en promedio, en equipos de generación de baja utilización. En una era energética anterior y más abundante, las empresas de electricidad nunca intentaron interferir con los hábitos de uso de energía del cliente. 

Sin embargo, agregar nueva capacidad de generación es extremadamente costoso tanto en términos monetarios como ambientales. Al reducir los picos de demanda, es posible cancelar o al menos posponer durante varios años la construcción de nuevas plantas y / o la instalación de costosas unidades de picos. El control de la demanda de energía, o la gestión de la carga, se ha convertido en un tema de alta prioridad en la agenda de ingeniería de la mayoría de las industrias de servicios.

Catalogos

CUCHILLAS Mono polares marca IUSA

Descripción general » Las cuchillas desconectadoras monopolares en aire servicio intemperie de apertura sin carga son de operación manual. Éstas se componen de dos aisladores de porcelana o sintético tipo columna en cada polo. Tienen la apertura en un extremo de la cuchilla.

https://ws.iusa.com.mx/imagenes/Energia/Cuchilla_Monopolar.pdf?fbclid=IwAR2ffg6ZnTQE6EJwOAYt_XnF8O4hXEn-EMnv1cDZuPICCVD52Gt2CEiitKg

CUCHILLAS TRIPOLARES COGC Y COG  Marca IUSA 

Descripción general » Las cuchillas desconectadoras tripolares COGC son de operación en grupo con y sin carga COG (con y sin cámara de extinción), de apertura lateral y posición de aisladores en “V”/”H”. El aislamiento puede ser de porcelana o sintético. »Su montaje puede ser horizontal o vertical en poste, sin cuchilla de puesta a tierra, y con mecanismo de accionamiento maneral o pértiga.

https://ws.iusa.com.mx/imagenes/Energia/Cuchilla_Tripolar.pdf?fbclid=IwAR1f7Hm-Ku38Z20CHdZ9gBASimf7ntHVYY0LfEy878Q-4JLp5aeg4aLb1aM

APARTARRAYOS PRBT RDS Marca IUSA

Descripción general »Es un dispositivo de protección contra picos eléctricos, DPS (Dispositivo de Protección Contra Sobretensiones), monopolar compuesto por un varistor de óxido de zinc (MOV), sin descarga en serie.

https://ws.iusa.com.mx/imagenes/Energia/Apartarrayos_PRBT.pdf?fbclid=IwAR1xdc8JXP4l7HSLmpxa7SmRc290jULzCAMLRpLAgQhlXvs-QQwcAgb5Ntc

APARTARRAYOS PORCELANA DE ÓXIDOS METÁLICOS

Descripción general » Limitador de sobretensiones con varistores de óxidos metálicos de zinc y envolvente de porcelana.

https://ws.iusa.com.mx/imagenes/Energia/Apartarrayos_Porcelana.pdf?fbclid=IwAR2WvSOZaXWLI9uPAw2gG0c9SZKqloOp7O2-e7l__der7MANPa1N42ZEOHs

APARTARRAYOS SINTÉTICO DE ÓXIDOS METÁLICOS

Descripción general » Limitador de sobretensiones con varistores de óxidos metálicos de zinc y envolvente de hule silicón.

https://ws.iusa.com.mx/imagenes/Energia/Apartarrayos_Sinteticos.pdf?fbclid=IwAR3clZ90Sx6EXu77cDg3tHnamsjwGnpMeLygtf8Mk1cuFTM_tADFvpBaNZ8

FUSIBLE 

Dispositivo que dotado de cierto poder de ruptura está destinado a cortar automáticamente el circuito eléctrico cuando la corriente que lo atraviesa excede de cierto valor. Este corte se consigue por la fusión de un alambre, el cual se calienta cuando sobrepasa el límite de corriente nominal y se funde cuando la corriente sobrepasa excesivamente el valor nominal. El elemento interrumpe inmediatamente la circulación de corriente por el circuito sin tener la capacidad de realizar operaciones de apertura y cierre. Cada vez que opera debe ser sustituido necesariamente. Tiene como función soportar sin calentamiento excesivo la corriente nominal y de fundirse a una temperatura determinada cuando la corriente supera el límite máximo de fusión.   

La forma de clasificación de los fusibles es bastante extensa pero para tener una idea los clasificaremos en 3, basándonos y de acuerdo del tipo de cartucho que estos posean 

1. Fusible de Expulsión 

Está constituido por un hilo o una lámina de corta longitud unida a una trenza de cobre. El arco se forma en el interior de un tubo de material expulsor de gases, lo que provoca que la trenza sea violentamente impulsada al exterior, alargando y extinguiendo el arco. La ruptura total del arco se produce luego de varios semiperíodos. La duración del arco es menor cuanto mayor es la intensidad de corriente de ruptura, siempre que ésta no exceda del poder de corte límite del fusible. El poder de ruptura a tensión nominal de 15 KV no suele rebasar los valores de corriente de 2 a 3 KA. El límite de la tensión nominal del fusible es de hasta 70 KV. Con una corriente nominal de 0.5 a 20 A, el límite de tensión es de hasta 35 KV; y de 4 a 10 A, del límite de tensión va desde los 35 a 70 KV

2.    Fusible de Fusión Cerrada Sumergido en Material Sólido

 

Está constituido por uno o varios hilos o cintas de plata dispuestos en el interior de un tubo aislante generalmente de porcelana y relleno de un material sólido pulverizante como arena, sílice, ácido bórico, etc. La elevada inercia térmica y modificación del estado físico del material pulverizante enfría los vapores metálicos procedentes de la fusión del elemento fusible ocasionando la ruptura del arco eléctrico. Los límites del fusible están comprendidos por las características técnicas de: tensión nominal de 2a 50 KV, corriente nominal de 2.5 a 150 A, y poder de ruptura de 250 a 1400

MVA.

3.    Fusible de Fusión Cerrada Sumergido en Material Líquido

 

Está constituido de un cilindro de vidrio en cuyo interior se dispone un hilo de corta longitud doblado eventualmente por una pieza de metal que aumenta la resistencia mecánica y donde se mantiene tensionado por un resorte. El cilindro está lleno de un líquido aislante como aceite o tetracloruro de carbono. Cuando se funde el hilo fusible el resorte tiende a cerrarse, alargando y extinguiendo el arco eléctrico.

Los fusibles se clasifican en: extra rápidos (H), rápidos (K), lentos (T) (desde la vista de la relación de tiempo) y tipo dual. La relación de velocidad se define como la relación entre la corriente de fusión a 0.1 segundos y 300 segundos para fusibles de capacidad mayor a 100 A. Se toma el valor entre la corriente de fusión a 0.1 segundos y 600 segundos para fusibles

Mayores a 100 A. Los fusibles tipo K y T de igual corriente nominal tienen las mismas características en la curva tiempo-corriente. La relación de velocidad es de 6 a 8 para los rápidos y de 10 a 13 para los lentos. Los fusibles tipo H son utilizados para protegerlos transformadores. La relación de velocidad es menor a 6 para valores nominales de corriente de 1a 140 A. Los fusibles tipo dual están especificados por el fabricante, debido a que son elementos de precisión y sus valores nominales se aproximan con decimales. Para la completa protección de un sistema generalmente se requieren 2 fusibles: uno para el transformador y otro para el sistema.

RECONECTADOR

 

Elemento destinado a proteger contra sobre corrientes una zona predeterminada del sistema, interrumpiendo y reconectando el fluido eléctrico después de un tiempo considerado. Si la falla es permanente el reconectado abre el circuito, pero después de haber operado un número preseleccionado de veces regresando a su posición inicial después de un tiempo preestablecido.

 

Un reconectador también es un disyuntor con un sistema para detectar sobrecorrientes y tiene la capacidad de diferenciar entre una falla temporal y una falla permanente. Son de gran utilidad en los sistemas de distribución, porque las fallas que se producen casi siempre son de carácter transitorio y están comprendidas entre un 70 y un 80%.

 

Cada elemento tiene la característica tiempo-corriente concedida por el fabricante. Un aspecto particular es que tiene secuencias de operación rápida (A) y lenta (B, C, D, E) de hasta 4 aperturas y 3 cierres en su intento por despejar la falla. Por lo general los reconectadores tienen sus 2 primeras operaciones rápidas o instantáneas y sus 2 siguientes lentas o retardadas.

 

Las curvas de operación rápida sirven para despejar fallas temporales, mientras que las curvas de operación lenta sirven para interrumpir fallas permanentes. Los intervalos de cierre en algunos casos son fijos y en el orden de 1 a 2 segundos, en otros son ajustables y de operación rápida en el orden de 5 a10 segundos pero después de la operación lenta.

 

Apartarrayos

APARTARRAYOS

 

El apartarrayos es un dispositivo que nos sirve para eliminar sobre-voltajes transitorios de las líneas de distribución eléctrica. Estos sobre-voltajes se producen por descargas atmosféricas sobre las líneas o por cambios repentinos en las condiciones del sistema. De acuerdo a la NOM-022-STPS-2008, Electricidad estática en los centros de trabajo-Condiciones de seguridad, es mandatorio de acuerdo a su requisito que las zonas donde se almacenen, manejen o transporten sustancias inflamables o explosivas, deben estar protegidas con sistemas de pararrayos.

 Las sobretensiones que se presentan en las instalaciones de una subestación eléctrica pueden ser de dos tipos:

-Sobretensiones de tipo atmosférico.

- Sobretensiones por fallas en el sistema. Para proteger dicha instalación contra la sobretensión necesitamos el uso de los apartarrayos, los cuales se encuentra conectado permanentemente en el sistema y operan cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud, descargando la corriente a tierra.

El apartarrayos se conecta entre línea y tierra, consiste básicamente de elementos resistores en serie con gaps o explosores. Los elementos resistores ofrecen una resistencia no lineal, de manera tal que para voltajes a la frecuencia normal del sistema la resistencia es alta y para descargar corrientes la resistencia es baja.

 

TIPOS DE APARTARRAYOS

 

Apartarrayos tipo auto valvular

 

El apartarrayos tipo autovalvular consiste de varias chapas de explosores conectados en serie por medio de resistencias variable cuya función es dar una operación más sensible y precisa. Estos elementos están contenidos en porcelana y al conjunto, se le llena con un gas inerte como el NITRÓGENO. Se emplea en los sistemas que operan a grandes tensiones, ya que representa una gran seguridad de operación.

Apartarrayos de resistencia variable

 

El apartarrayos de resistencia variable funda su principio de operación en el principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene mucha aceptación en el sistema de distribución.

GAP:
Normalmente se instala un contador de descargas entre la terminal de tierra del apartarrayos y la tierra de la instalación.

 

Funciones de un apartarrayos

- No deben permitir el paso de corriente a tierra, cuando la tensión sea normal.

- Cuando el voltaje se eleva a una cantidad definida, deben proporcionar un camino a tierra para disipar la energía transitoria sin que haya un aumento en el voltaje del circuito.

- Tan pronto como la tensión se ha reducido por debajo del ajuste del apartarrayos, el apartarrayos debe detener el flujo de corriente a tierra y sellarse para aislar el conductor de tierra.

- Los apartarrayos no deben ser dañados por las descargas y debe ser capaz de repetir automáticamente su acción con tanta frecuencia como se requiera.

 

La norma que se encarga de la regulación de los apartarrayos es la NOM 001 SEDE 2012 ARTICULO 280 APARTARRAYOS 

¿Qué son los rayos?
Los rayos son una descarga eléctrica que se puede generar de nube a suelo, y se producen en un tipo de nube llama cumulonimbus las cuales indican una lluvia intensa o tormentas eléctricas, los rayos se forman por una acumulación de cargas en las nubes cercanas al suelo, la parte superior de las nubes están cargadas de manera positiva y la parte inferior de manera negativa.

Para evitar los daños a personas y equipos de los centros de trabajo varias empresas han desarrollado dispositivos “pararrayos”, estos dispositivos son elementos de captación de rayos que conducen la corriente y disipan las descargas atmosféricas al suelo por medio del sistema de tierra.  Podemos encontrar estos dispositivos en residencias, oficinas, plazas, hotelería, naves, postes de CCTV y la industria en general.

Los tipos de pararrayos que tienen aplicaciones distintas en las que destacan:
-Corona Dipolo: La cual está formada por un anillo equipotencial y un toroide y es ideal para proteger torres de telecomunicaciones, edificios o torres departamentales, así como iglesias, postes entre otras. Son ideales para proteger áreas de menor cobertura por el ángulo de protección de este dispositivo.

-Punta Franklin: Formada por un cuerpo cilíndrico y cuatro puntas roscadas con una unión eléctrica entre ellas, esta punta tiene un ángulo de protección de 60°. Son ideales para proteger torres de telecomunicaciones, postes, naves industriales, ingenios,  entre otros.

-Puntas Macizas:
Estas puntas se basan en el método del ángulo expresado en la NMX-J-549-ance-2005 y son ideales para montarse en sistemas de jaulas de Faraday con cuadrantes de protección en lazo cerrado.

 

Además de las puntas tradicionales también manejan puntas con nuevas tecnologías  como son:
-Puntas piezoeléctricas: Estas están basadas en el método de la esfera rodante, el cual es un método aprobado mundialmente y aceptado por la NMX-J-549-ANCE-2005, esta punta tiene 4 niveles de protección.

Las diferencias principales entre esta tecnología y las puntas tradicionales es que se necesitan una menor cantidad de puntas para proteger la misma área, menor cantidad de cable, menor material valioso expuesto, menores puntos de posible falla, permite la protección de áreas abiertas y además se tienen distintos modelos que se apegan a las necesidades del cliente.
-Puntas de emisión catódica KDA: Esta punta evita la formación de rayos hasta en un 95%, es de fácil instalación, además de tener una gran sección transversal lo que ayuda a la disipación de la corriente.
Para el diseño de los sistemas pararrayos es necesario conocer la ubicación y coordenadas geográficas, el plano arquitectónico de las instalaciones para cuantificar insumos, el diagrama unifilar eléctrico, el alcance y la relación de equipos que se van a proteger. 

Diagrama unifilar del laboratorio de ingeniería eléctrica

 

Reactores

Reactores de potencia para

control de tensión en sistemas

de transmisión

Los reactores de potencia son el medio más compacto y de mejor relación coste-eficacia para compensar la generación capacitiva en líneas de alta tensión de transmisión larga o en sistemas de cables de gran longitud. Las soluciones alternativas son más costosas, se traducen en mayores pérdidas, requieren más equipos y exigen recursos adicionales. Usados en servicio permanente para estabilizar la transmisión de potencia, o conectados solamente en condiciones de carga ligera para control de tensión, los reactores de potencia combinan alta eficacia con bajos costes de ciclo de vida para reducir los costes de transmisión y aumentar los beneficios. 

Diseño y construcción a medida El diseño y la fabricación de los reactores de potencia exigen ingeniería avanzada, mano de obra de alta calidad y un excepcional grado de limpieza en el taller. Cada reactor de potencia del tipo de núcleo es único, diseñado y construido en estrecha colaboración con el cliente. Aunque el aspecto sea similar al de un transformador de potencia en diseño y aislamiento del devanado – para optimizar la fiabilidad y la relación coste eficacia, y minimizar los costes de ciclo de vida – las corrientes de entrada, la linealidad, la generación de armónicas y la simetría entre fases son muy distintas

Reactor en línea

Un reactor en línea es un componente eléctrico, que consiste en una o más bobinas inductoras o transformadoras, cada elemento es cableado en serie con una fase del circuito, generalmente entre la fuente de poder y la carga eléctrica.

De acuerdo con las propiedades de un inductor, el reactor en línea se opondrá a cambios rápidos en la corriente y/o frecuencias. Este dispositivo sirve también para atenuar picos de corrientes. El tipo más común es diseñado para energía eléctrica en 3 fases, en el cual 3 inductores aislados están conectados en serie con cada una de las tres fases.

Sistemas eléctricos de potencia y lineas de transmisión

Sistema eléctrico de potencia

Un sistema eléctrico de potencia es una red de componentes eléctricos instalados para suministrar, transferir y usar energía eléctrica. Un ejemplo de un sistema de potencia es la red que proporciona energía a un área extendida. El sistema de potencia de la red eléctrica puede dividirse en los generadores que suministran la energía, el sistema de transmisión que transporta la energía desde los centros de generación a los centros de carga y el sistema de distribución que alimenta la energía a los hogares e industrias. Los sistemas de potencia más pequeños se encuentran en la industria, hospitales, edificios comerciales y hogares. La mayoría de estos sistemas dependen de la potencia trifásica,la cual se utiliza para la transmisión y distribución de energía eléctrica a gran escala en todo el mundo moderno. Los sistemas de potencia especializados que no siempre dependen de los sistemas trifásicos se encuentran en aviones, sistemas de rieles eléctricos, transatlánticos y automóviles.

Componentes de los sistemas de potencia

Fuentes

La mayoría de la energía mundial todavía proviene de centrales eléctricas de carbón como la que se observa en la imagen.

Todos los sistemas de potencia tienen una o más fuentes de energía. Para algunos sistemas de potencia, la fuente de energía es externa al sistema, pero para otros, es parte del mismo sistema: fuentes de energía internas. La alimentación de corriente continua puede darse por baterías, celdas de combustible o celdas fotovoltaicas. La corriente alterna se suministra por medio de un rotor que gira en un campo magnético en un dispositivo conocido como turbogenerador. Se ha utilizado una amplia gama de técnicas para hacer girar el rotor de una turbina, desde vapor con combustibles fósiles (como carbón, gas y petróleo), energía nuclear, energía hidroeléctrica y energía eólica.

La velocidad a la que el rotor gira en combinación con el número de polos del generador determina la frecuencia de la corriente alterna producida por el generador. Todos los generadores en un sistema síncrono, por ejemplo, la red eléctrica, rotan en submúltiplos de la misma velocidad y generan corriente eléctrica a la misma frecuencia. Si aumenta la carga del sistema, los generadores necesitarán más torque para girar a esa velocidad, por lo tanto, las las turbinas necesitarán más vapor. Además, el vapor utilizado y el combustible gastado dependen directamente de la cantidad de energía eléctrica suministrada. A excepción de los generadores que incorporan electrónica de potencia, como las turbinas eólicas sin engranajes o los enlaces asíncronos a una red, como un enlace HVDC — los cuales pueden operar a frecuencias independientes de la frecuencia del sistema de potencia.

Cargas

Una tostadora es un gran ejemplo de una carga monofásica que existe comúnmente en una residencia. Las tostadoras generalmente consumen de 2 a 10 amperios a 110 a 260 voltios y consumen alrededor de 600 a 1200 vatios de potencia.

Los sistemas de potencia suministran energía a cargas que ejecutan una función. Estas cargas pueden ser desde electrodomésticos a maquinaria industrial. La mayoría de las cargas operan a una tensión específica, y para los dispositivos de corriente alterna, a cierta frecuencia y número de fases. Por ejemplo, los electrodomésticos operan normalmente a 50 o 60 Hertz con una tensión monofásica entre 110 o 260 voltios (dependiendo de las normas locales). A diferencia de los distritos térmicos o grandes sistemas de aire acondicionado centralizados existentes, que son trifásicos debido a que esto permite que sean más eficientes. 

Lineas de transmisión
Una línea de transmisión  eléctrica es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión y distribución de la energía eléctrica, está constituida por:  conductores, estructuras de soporte, aisladores,  accesorios de ajustes entre aisladores y estructuras de soporte, y cables de guarda (usados en líneas de alta tensión, para protegerlas de descargas atmosféricas); es de suma importancia el estudio de las características eléctricas en los conductores de las lineas, estas abarcan los parámetros impedancia y admitancia, la primera esta conformada por la resistencia y la inductancia uniformemente distribuidas a lo largo de la línea y se representa como un elemento en serie. La segunda esta integrada por la susceptancia y la conductancia y en este caso se representa como un elemento en paralelo, la conductancia representa las corrientes de fuga entre los conductores y los aisladores, esta es prácticamente despreciable por lo que no es considerado un parámetro influyente.

CLASIFICACIÓN DE LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS

Las líneas eléctricas de  se pueden clasificar por su función en:

a)Líneas de transmisión.

Son aquellas que se utilizan para transportar la energía eléctrica a grandes distancias, a niveles de voltajes superiores a los 34.500v. Estas constituyen el eslabón de unión entre las centrales generadoras y las redes de distribución. Para  la construcción de estas  líneas se utilizan casi exclusivamente conductores metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos metálicos (alambres) alrededor de un hilo central.

b)Líneas de distribución.

Son aquellas que van desde las subestaciones hasta los centros de consumo como son las industrias, domicilios y alumbrado público, los niveles de tensión utilizados son por debajo de los 34.500v. Los conductores en media tensión siguen siendo desnudos, pero en baja tensión se usan conductores aislados, para mayor seguridad en zonas urbanas.

Se consideran las líneas cortas, líneas aéreas, a 60Hz, de menos de 80Km de longitud, líneas de longitud media son aquellas comprendidas entre 80 y 240Km y las líneas largas son aquellas con más de 240Km de longitud.

¿Qué es la transposición de líneas de transmisión?

La energía eléctrica se transmite en alta tensión de manera trifásica, y sin neutro (tres conductores). Son las líneas que se pueden ver en el campo en las grandes torres, muchas veces se podrán ver mas de 3 conductores, 6 por ejemplo, es porque llevan dos conductores por fase, pero sigue siendo trifásica. Lo que pasa con estas líneas que recorren grandes distancias es que tienen reactancias distribuidas, tanto inductivas como capacitivas entre si por su configuración geométrica, para anular los efectos de estas reactancias se realizan transposiciones, que consisten en invertir la posición de dos fases entre casi cada un tercio del recorrido. Por ejemplo, si la línea recorre 90km, a los 30km la fase R y S se cambian de lugar, y a los 60 se cambian la S con la T.

Este método permite obtener parámetros de la línea con cualquier número de transposiciones y a cualquier distancia que se desee para cada transposición, tal como muestra en el siguiente diagrama, donde se presenta la transposición completa de la línea consistente en dos rotaciones.

Efecto capacitivo en las líneas de transmisión

Este efecto origina Factores que provocan perdidas de potencia en líneas de alta tensión y por consecuencia el rendimiento de la transmisión de energía en una instalación eléctrica.

Los conductores de una línea, aislados entre sí y aislados de tierra, son desde el punto de vista eléctrico, equivalentes a las armaduras de un condensador (capacitor).

Cuando están a potenciales diferentes, toman una carga eléctrica que depende de estos potenciales y de tierra.