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.

Misión y visión

Misión:

Trabajar en equipo para obtener los conocimientos necesarios para conocer el funcionamiento y distintas aplicaciones de los dispositivos de protección de los sistemas eléctricos de potencia. 

Visión:

Ser capaces de dominar el funcionamiento, diseño y coordinación de los distintos dispositivos de protección. 

Introduccion

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PUEBLA

PROTECCIONES DE SISTEMAS ELÉCTRICOS DE POTENCIA 

ALUMNOS:

SANTAMARIA ROSAS JOSE
HERNÁNDEZ NIETO DIEGO ARMANDO 

ARMAS MATEOS CESAR ERNESTO

CONTLA CALDERON MARIA 

Pr