1.3.3.- Designación simbólica de las conexiones.
La conexión de los devanados trifásicos se designa con las letras Y, D y Z para los
devanados de alta tensión e y, d, z para los de baja tensión (figura Nº 1.4). Si el punto neutro de
los devanados en estrella o en zigzag es accesible para su conexión, las designaciones se
convierten en YN o ZN e yn o zn.
Figura Nº 1.4
1.3.3.1.- Configuraciones de conexión primario/secundario más utilizados
Estrella / Estrella (Y,y): Robusta, sencilla, neutra y accesible, pero
inadecuada en régimen desequilibrado y con corrientes muy fuertes.
Estrella / Triángulo (Y,d): Buen comportamiento en régimen desequilibrado
y ausencia de armónicos de tercer orden, pero no es posible la distribución
BT con cuatro hilos (no hay neutro en el secundario).
Triángulo / Estrella (D,y): Sin neutro en el primario pero con posibilidad de
neutro en el secundario (puesta a tierra y distribución con 4 hilos).
Estrella / Zigzag (Y,z): Primario adecuado para AT (alta tensión),
posibilidad de punto neutro puesto a tierra, ausencia de armónicos de tercer
orden, buen comportamiento en régimen desequilibrado, caídas de tensión
interna pequeñas pero mayor costo y volumen, y realización más delicada.
Triángulo Zigzag (D,z): Similar calidad que la anterior, con mejor
comportamiento en régimen desequilibrado pero sin neutro en el primario.
1.3.3.2.- Índice horario
La designación de las conexiones (por medio de letras, figura Nº 1.5) se completa con una
cifra que indica el desfase angular, por ejemplo Yy6, Yd11, Ynyn0 (neutro de salida). Donde esa
cifra corresponde n*30°.
Figura Nº 1.5
1.3.4.- Funcionamiento en paralelo de los transformadores
Para que dos transformadores trifásicos puedan funcionar en paralelo, es conveniente que
tengan:
Una relación de potencia < 2
Características de tensión igual (relación de transformación)
Características de cortocircuitos iguales (% de tensión, corriente)
Conexión estrella / triangulo compatibles
Mismo grupo de conexión.
Se puede conseguir que funcionen en paralelo transformadores de grupos diferentes
modificando conexiones, pero esto, estará sujeto obligatoriamente a la aprobación de los
fabricantes.
1.3.5.- Selección.
Consideraciones en la elección del transformador:
1.3.5.1.- Operación del Transformador
Las principales características son:
a)
Potencia, la potencia del transformador está determinada por la magnitud de la carga que
se alimentará y la perspectiva de aumentos futuros de consumos.
b)
Cantidad, cuantos transformadores se requieren, por ejemplo para una potencia de
20MVA, existen las alternativas, un transformador de 1 x 20 MVA, 2 x 10 MVA, 2 x 20 MVA,
la solución dependerá de lo que se quiera invertir y de lo estratégico de la carga.
c)
Taps, cantidad y valores de las derivaciones en el primario y secundario para disponer de
una mayor flexibilidad para optimizar los niveles de la tensión secundaria.
d)
Tensión del Primario y Secundario, corresponden a la tensión primaria existente y la
necesidad de tensión secundaria.
e)
Aspectos constructivos
a)
La disponibilidad de taps.
b)
La instalación (intemperie, bajo techo).
c)
Protecciones (incorporadas): temperatura, presión.
d)
Refrigeración: Ventilación forzada; Circulación del aceite forzada.
e)
Componentes de montaje.
f)
Cambiador de taps bajo carga.
f)
Mantención del Transformador, además de chequear periódicamente las condiciones
generales del transformador y de su funcionamiento, se debe analizar el estado del aceite,
limpieza de aisladores. En general estos elementos requieren de poca mantención.
Debe de establecerse un plan de mantenimiento preventivo, para asegurar que el
transformador, funcione en sus óptimas condiciones sin deteriorar su vida útil.
g)
Temperatura, en que condiciones el transformador va ha estar sometido, dependiendo en
el ambiente que este ubicado, se debe tener en cuenta las temperaturas que se desarrollen
internamente en el transformador, para no entrar en el deterioro de la vida útil de los elementos
involucrados. Al momento de seleccionar el transformador se debe tener claro en que rangos
puede variar las temperaturas internas del transformador, sin entrar en el envejecimiento rápido
del transformador, información entregada por el fabricante.
h)
Costo, normalmente existe una gran variedad de transformadores que pueden cumplir el
mismo objetivo, pero al mismo tiempo el costo juega un papel importante en la elección del
transformador.
Un ejemplo de una placa de datos de un transformador (tabla N° 1.2):
Tabla N° 1.2
Fabricante :
Rhona S.A.
Tipo :
Aumento de Temperatura:
55°C
Tensión primario:
69000 V
Tensión secundario:
13800 V
Derivaciones Primario :
69000 ± 10% en 18 pasos
Líquido Aislante :
Aceite mobilent 35, 18950 litros
Peso Total :
50200 Kg.
Potencia :
25000 KVA
Fases :
3
Polaridad :
yd-1
Corriente Primario :
209 A
Corriente Secundario :
1046 A
Número de Serie :
17890
Frecuencia :
50Hz
Impedancia :
10 % a 75 °C
Conexión Primario:
Estrella
Conexión Secundario :
Delta
1.4.- INTERRUPTORES.
El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una
parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío)
como en condición de cortocircuito. La operación de un interruptor puede ser manual o accionada
por la señal de un relé encargado de vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está
conectado.
Existen diferentes formas de energizar los circuitos de control. Para obtener una mayor
confiabilidad, estos circuitos se conectan a bancos de baterías. Este tipo de energización, sí bien
aumenta los índices de confiabilidad, también aumenta el costo y los requerimientos de
mantención exigidos por las baterías. Las tensiones más empleadas por estos circuitos son de 48
y 125 V. También es común energizar estos circuitos de control, a través de transformadores de
servicios auxiliares, conectados desde las barras de la central generadora o subestación, con un
voltaje secundario en estrella de 400/231 Volts.
1.4.1.- Arco Eléctrico
Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla es inevitable la
presencia del arco eléctrico, la que sin duda es una condición desfavorable, en la operación de
interruptores. Durante la presencia del arco se mantiene la circulación de corriente en el circuito
de potencia. Las características del arco dependen, entre otras cosas de:
La naturaleza y presión del medio ambiente donde se induce.
La presencia de agentes ionizantes o desionizantes.
La tensión entre los contactos y su variación en el tiempo.
La forma, separación y estructura química de los contactos.
La forma y composición de la cámara apaga chispa.
Sistema de extinción del arco.
La generación del arco se debe a la ionización del medio entre los contactos, haciéndolo
conductor, lo que facilita la circulación de corriente. La presencia de iones se origina por la
descomposición de las moléculas que conforman el medio entre los contactos, producto de
colisiones entre éstas y los electrones aportados por la corriente. Se puede decir que la emisión de
electrones desde la superficie de los contactos de un interruptor, se debe a las siguientes causas:
Aumento de temperatura, originando una emisión termo-iónica de
electrones.
Presencia de un alto gradiente de tensión, responsable de la emisión de
electrones por efecto de campo.
La emisión termoiónica de electrones se produce por el aumento en la resistencia y en la
densidad de corriente en la superficie de los contactos, al momento de producirse la apertura. De
igual forma, el alto gradiente de potencial existente entre los contactos durante los primeros
instantes del proceso de apertura, origina un proceso de emisión de electrones por efecto de
campo eléctrico. Estos electrones altamente energéticos chocan con las moléculas del medio,
produciendo una reacción química endotérmica o exotérmica. La energía calórica desarrollada
durante el arco es altamente destructiva y puede calcularse por medio de la ecuación (1.1).
W
i(
t
e
t
dt
e
b
t
)
(
)
0
(1.1)
Donde:
W
e
:
Energía liberada por el arco, durante el tiempo t.
I
(t)
:
Valor instantáneo de la corriente en función de t.
e
b(t)
:
Caída de tensión a través del arco en función de t.
t
:
Tiempo de duración del arco.
1.4.2.- Formas de extinguir el arco
En los interruptores de potencia una de las formas de extinguir el arco, es aumentando la
resistencia que ofrece el medio a la circulación de corriente.
La resistencia del arco puede aumentarse enfriando el arco, o bien alargándolo, o
dividiéndolo. El inconveniente de este último método, es que la energía que debe ser disipada es
alta, razón por la cual su uso se limita a aplicaciones en baja y media tensión tanto en corriente
alterna como en continua.
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