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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PAZ

ASIGNATURA: PRUEBAS Y MANTENIMIENTO ELECTRICO

3.3 Secciones primarias de subestaciones y tableros

ALUMNOS: ALMARAZ LÓPEZ FERNANDO ESCALANTE ORANTES CARLOS ANTONIO GARCÍA ESPARZA FRANCISCO JAVIER SÁNCHEZ CASTILLO JOSÉ ANTONIO TERRAZAS OLIVAS ANTONIO

DOCENTE: ING. MARTIN GOMEZ ZUÑIGA

GRADO Y GRUPO: 8* I

La Paz B.C.S, a 06 de abril de 2020 1

Contenido Introducción ................................................................................................................................. 3 3.3 Secciones primarias de subestaciones y tableros ......................................................... 3 Subestaciones eléctricas .................................................................................................... 3 Tableros eléctricos .............................................................................................................. 5 Pruebas de aislamiento ...................................................................................................... 7 3.3.1Pruebas de aislamiento a barras, aisladores de soporte, cuchillas y otros ................... 8 Prueba de resistencia de aislamiento a barras o buses. ..................................................... 8 Prueba de aislamiento a cuchillas. ........................................................................................ 9 B1 ........................................................................................................................................ 10 B1-G ................................................................................................................................... 10 B1-B2 .................................................................................................................................. 11 Prueba a interruptores. ......................................................................................................... 11 INTERRUPTORES DE GRAN VOLUMEN DE ACEITE.................................................................. 12 INTERRUPTORES DE VACÍO ................................................................................................... 12 INTERRUPTORES DE BAJO VOLUMEN DE ACEITE E INTERRUPTORES EN SF6 .......................... 13 Pruebas a boquillas............................................................................................................... 15 Terminal a brida ................................................................................................................. 15 Terminal a tap capacitivo .................................................................................................. 16 PRUEBAS EN APARTARRAYOS ....................................................................................... 16 Apartarrayos de una sección ............................................................................................ 17 Apartarrayos de varias secciones (1,2 y 3) ..................................................................... 17 Apartarrayos sección 1 ..................................................................................................... 18 Apartarrayos sección 2 ......................................................................................................... 18 Apartarrayos sección 3 ......................................................................................................... 19 Conclusión ................................................................................................................................. 20

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Introducción

3.3 Secciones primarias de subestaciones y tableros Subestaciones eléctricas Una subestación eléctrica es una instalación, o conjunto de dispositivos eléctricos, que forma parte de un sistema eléctrico de potencia. Su principal función es la producción, conversión, regulación y distribución de la energía eléctrica. La subestación debe modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para que la energía eléctrica pueda ser transportada y distribuida. Pueden clasificarse de acuerdo con el tipo de función que desarrollan en:  Subestaciones variadores de tensión.  Transformadoras elevadoras: este tipo de subestación eléctrica eleva la tensión generada a niveles mucho más altos para poder transformarla.  Transformadoras reductoras: finalmente, a diferencia de las subestaciones transformadoras elevadoras, las reductoras disminuyen las tensiones altas a niveles medios para poder distribuirlas.  Subestaciones de maniobra o seccionadoras de circuito:  Además de transformar la tensión son capaces de conectar dos o más circuitos.  Subestaciones mixtas:  son la combinación o mescla de maniobra y seccionadora.  Subestaciones De transformación:  Poseen uno o varios transformadores que elevan o reducen la tensión. Asimismo, pueden agruparse de acuerdo con la potencia y tensión que operan en:  Subestaciones de transmisión. Tensión desde 230 kV, 400 kV y mayores.  Subestaciones de subtransmisión. Tensión desde 69 kV hasta 161 kV.  Subestaciones de distribución primaria. Tensión desde 4.16 kV hasta 34.5 kV.  Subestaciones de distribución secundaria. Operan desde 220/127 V hasta 480V.

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas: Modifican los parámetros de la energía suministrada por los generadores para poder transmitirla en alta tensión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV. La transmisión depende del volumen, la energía y la distancia. 3

Subestaciones receptoras primarias: Reciben alimentación directa de las líneas de transmisión y reducen la tensión para alimentar los sistemas de subtransmisión o las redes de distribución. Pueden tener en su secundario tensiones de 115, 69, 34.5, 6.9 ó 4.16 kV. Subestaciones receptoras secundarias: Reciben alimentación de las redes de subtransmisión y suministran la energía a las redes de distribución a tensiones comprendidas entre 34.5 y 6.9 kV.

Por el tipo de instalación, se clasifican en: Subestaciones tipo intemperie: Son instalaciones de sistemas de alta y muy alta tensión generalmente, y están habilitadas para resistir las diversas condiciones atmosféricas. Subestaciones tipo blindado: Son una variante del tipo interior, se instalan en edificios que disponen de espacios reducidos para alojarlas. Sus componentes deben estar bien protegidos. Los parámetros eléctricos a considerar para definir el tipo de construcción y los equipos y aparatos de las subestaciones son: la tensión que requiere la instalación, el nivel de aislamiento aceptable en los aparatos, la corriente máxima y la corriente de corto circuito. Protecciones eléctricas Las protecciones eléctricas son dispositivos que tienen como principal finalidad detectar condiciones anormales en la operación de un sistema eléctrico y actuar automáticamente para restablecer la operación normal. En el caso de fallas en equipos eléctricos, la medida será retirarlos del servicio y, en el caso de fallas en un sistema eléctrico, aislar el sector que produce la anormalidad. Características de los sistemas de protección 

Confiabilidad: Es la característica que garantiza que la protección actuará cada vez que ocurra una falla. Para lograr esta cualidad se debe recurrir a diseños simples, con componentes robustos y de buena calidad, y que sean periódicamente sometidos a mantención para comprobar que se encuentran bien calibrados, bien conectados y que la orden que emitan sea cumplida por los sistemas de control.

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Selectividad: Es la cualidad de las protecciones que les permite discriminar la ubicación de la falla, con el objeto de aislar exclusivamente el equipo fallado, manteniendo en servicio lo que no sea imprescindible desconectar. De este modo se obtiene la máxima continuidad del servicio con un mínimo de desconexiones.

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Rapidez: Es la capacidad de operación en el mínimo tiempo posible, para disminuir la duración de la falla, las perturbaciones al resto el sistema y los consecuentes daños a los equipos. Aunque es deseable la operación instantánea de las protecciones, muchas veces esta cualidad debe sacrificarse con el objeto de mejorar otros aspectos, tales como la selectividad.

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Exactitud: Las protecciones deben operar con la mínima desviación respecto de la magnitud teórica de ajuste. La exactitud, se expresa como un error de medida, es decir, como la razón entre el valor de operación y el valor teórico de ajuste. Las desviaciones máximas aceptadas varían entre un 5% y un 10%, según el caso.

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Sensibilidad: El sistema de protecciones y sus elementos asociados debe ser capaz de operar detectando la falla de mínimo nivel que ocurra dentro de su zona de operación o la menor variación de la magnitud que controla respecto de la magnitud de referencia o ajuste. Esto no siempre es posible en la práctica

Tableros eléctricos Los tableros eléctricos de distribución consisten en una serie de paneles ubicados en la parte delantera y trasera del tablero que cuenta con los siguientes elementos:

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Barrajes Breakers Elementos de conexión Elementos de medición

Los tableros de distribución tienen la posibilidad de hacer sus montajes de conexíón tanto en la parte delantera como la trasera como lo había mensionado antes, no siempres es necesario ubicar las conexiones dentro del armario aunque seria lo mas recomendable para evitar factores tales como la humedad, la manipulación de personas no autorizadas, polvo, etc. 5

Los tableros de distribución consisten en paneles sencillos o conjuntos de paneles diseñados para ser ensamblados en forma de un sólo panel que incluye: barrajes, elementos de conexión, dispositivos automáticos de protección contra sobrecorriente y que pueden estar equipados con interruptores para accionamiento de circuitos de alumbrado, calefacción o fuerza. Los tableros de distribución son diseñados para instalación en gabinetes o cajas o montados sobre la pared y son accesibles solo por su frente. Los tableros de distribución deben estar ubicados en lugares tales como y con las siguientes condiciones: 

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Los espacios asignados deben ser dedicados exclusivamente para ellos.· No deben existir tuberías, ductos o equipos ajenos a la instalación eléctrica, excepto los rociadores contra incendio y los equipos de control que deben estar adyacentes. El espacio de acceso y de trabajo debe permitir el funcionamiento y el mantenimiento fácil y seguro. El ancho del espacio de trabajo en el frente del equipo debe ser igual al ancho del equipo, sin bajar de 75 cm. La profundidad del espacio de trabajo en la dirección de acceso hacia las partes energizadas debe cumplir los valores de la Tabla 110-16.a) de la NTC 2050 para instalaciones hasta 600 V y los valores de la Tabla 11034.a) de la misma norma, para instalaciones a más de 600 V. La altura mínima del espacio de trabajo hacia el techo debe ser mayor que la altura del equipo, sin bajar de 1,90 m. La altura del espacio de trabajo dedicado para equipos debe ser el comprendido entre el piso y una altura de 7,6 m, o hasta el techo estructural si es menor su altura. Los cielos colgantes no se consideran techos estructurales.

Para instalaciones en exteriores deben utilizarse encerramientos adecuados para protección contra contacto accidental, manejo de personal no autorizado, tráfico y operación de vehículos y grúas y contra fugas de líquidos y vapores.

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Pruebas de aislamiento El aislamiento de alta tensión, en cualquier tipo de equipo, se representa como dos electrodos separados por un material aislante. Por ejemplo, para el caso de un cable, el electrodo de alta tensión es el conductor que lleva la corriente y el electrodo de tierra es el blindaje del propio cable. La prueba de resistencia de aislamiento consiste básicamente en aplicar voltaje entre los electrodos y medir la corriente que circula por el circuito. El equipo de prueba está integrado por una fuente de corriente directa y un medidor de la corriente que circula por el circuito, como se ilustra en el diagrama. Es importante observar que el objeto bajo prueba está representado por una resistencia en paralelo con un capacitor. Esto quiere decir que la corriente que circula por el circuito no sólo depende de la resistencia del aislamiento, sino también de su capacitancia. Estrictamente hablando, la prueba de resistencia de aislamiento debería llamarse prueba de impedancia de aislamiento, ya que existe también un efecto capacitivo. En resumen, cuando se realiza la prueba de resistencia de aislamiento, lo que se hace es medir el voltaje y la corriente que circula por el circuito y, por la Ley de Ohm, determinar la impedancia del objeto bajo prueba. En la práctica, no es necesario medir el voltaje y la corriente y luego aplicar la fórmula de la Ley de Ohm. Lo que se hace es que el microamperímetro, aunque mide corriente, tiene una escala graduada en megaohms para leer directamente la impedancia La prueba de resistencia de aislamiento consiste básicamente en aplicar voltaje entre los electrodos y medir la corriente que circula por el circuito. El equipo de prueba está integrado por una fuente de corriente directa y un medidor de la corriente que circula por el circuito, como se ilustra en el diagrama.

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3.3.1Pruebas de aislamiento a barras, aisladores de soporte, cuchillas y otros La prueba de resistencia de aislamiento consiste básicamente en aplicar voltaje entre los electrodos y medir la corriente que circula por el circuito. El equipo de prueba está integrado por una fuente de corriente directa y un medidor de la corriente que circula por el circuito, como se ilustra en el diagrama. Es importante observar que el objeto bajo prueba está representado por una resistencia en paralelo con un capacitor. Esto quiere decir que la corriente que circula por el circuito no sólo depende de la resistencia del aislamiento, sino también de su capacitancia. Estrictamente hablando, la prueba de resistencia de aislamiento debería llamarse prueba de impedancia de aislamiento, ya que existe también un efecto capacitivo.

En resumen, cuando se realiza la prueba de resistencia de aislamiento, lo que se hace es medir el voltaje y la corriente que circula por el circuito y, por la Ley de Ohm, determinar la impedancia del objeto bajo prueba. En la práctica, no es necesario medir el voltaje y la corriente y luego aplicar la fórmula de la Ley de Ohm. Lo que se hace es que el microamperímetro, aunque mide corriente, tiene una escala graduada en megaohms para leer directamente la impedancia Prueba de resistencia de aislamiento a barras o buses. La prueba de resistencia de aislamiento a los buses de una subestación, se efectúa durante la puesta en servicio. Cuando sea posible programar libranza sobre el bus, se recomienda efectuar la prueba para detectar fallas incipientes en los aisladores que los soportan. El equipo utilizado para efectuar esta prueba es el medidor de resistencia de aislamiento. El método utilizado es el de tiempo corto, aplicando 2,500 ó 5,000 volts de C.D. durante un minuto. Preparación de las barras para realizar la prueba. Abrir todas las cuchillas que conectan al bus, de tal forma que el voltaje de prueba, no se aplique a los interruptores, transformadores de servicios propios, capacitores, reguladores y otros. Antes de realizar la prueba de resistencia de aislamiento, es conveniente limpiar la superficie de los aisladores, con la finalidad de que la contaminación o suciedad no influya en los resultados de la prueba

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Conexión de las barras con el Megohmetro para realizar la prueba de resistencia de aislamiento.

Figura 6 Conexión del Mega óhmetro a las barras.

Prueba de aislamiento a cuchillas. Las pruebas de resistencia de aislamiento en cuchillas se utilizan para determinar las condiciones de la porcelana. En el caso de cuchillas, los efectos de la temperatura, absorción y polarización son despreciables. Por esta razón, la prueba tiene una duración de sólo 1 Minuto y no se realiza corrección por temperatura. Las conexiones para realizar esta prueba se muestran a continuación:

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B1

B1-G

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B1-B2

Figura 7 Prueba de aislamiento a cuchillas. Para el caso de las cuchillas, el valor mínimo de resistencia de aislamiento es de 40,000 MΩ

Prueba a interruptores. El aislamiento en los interruptores está constituido principalmente por las boquillas, los elementos de soporte de los contactos, las cámaras de arqueo y el medio aislante que puede ser aceite, aire ó SF6 . Las conexiones para la realización de las pruebas dependen del tipo de interruptor, como se ilustra en las siguientes figuras:

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INTERRUPTORES DE GRAN VOLUMEN DE ACEITE

INTERRUPTORES DE VACÍO

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INTERRUPTORES DE BAJO VOLUMEN DE ACEITE E INTERRUPTORES EN SF6 Conexión de polo superior 1

Conexión de polo completo

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conexión de polo inferior

Los valores de resistencia de aislamiento en interruptores son generalmente altos y los efectos de la temperatura, absorción y polarización son despreciables. Por esta razón, la prueba tiene una duración de sólo 1 minuto y no se realiza corrección por temperatura. Para interruptores de gran volumen de aceite, el valor de resistencia de aislamiento debe ser mayor a 10,000 MW. Para interruptores de bajo volumen de aceite, interruptores de vacío e interruptores en SF6 , el valor de resistencia de aislamiento debe ser mayor a 100,000 MW. Cuando se obtienen valores menores a lo especificado, normalmente se debe a contaminación o humedad del aislamiento principal o al deterioro de cualquiera de los elementos aislantes, causado por las operaciones del propio equipo.

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Pruebas a boquillas Las pruebas de resistencia de aislamiento en boquillas se utilizan para detectar imperfecciones en su estructura. En las pruebas de resistencia de aislamiento en boquillas, los efectos de la temperatura, absorción y polarización son despreciables. Por esta razón, la prueba tiene una duración de sólo 1 minuto y no se realiza corrección por temperatura. Las conexiones para la realización de las pruebas se ilustran en las siguientes figuras: Terminal a brida

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Terminal a tap capacitivo

Para el caso de boquillas, el valor mínimo de resistencia de aislamiento es de 40,000 MW.

PRUEBAS EN APARTARRAYOS Las pruebas de resistencia de aislamiento en apartarrayos se utilizan para detectar humedad o suciedad dentro de la porcelana, entre-hierros corroídos, depósitos de sales de aluminio o porcelanas rotas. En las pruebas de resistencia de aislamiento en apartarrayos, los efectos de la temperatura, absorción y polarización son despreciables. Por esta razón, la prueba tiene una duración de sólo 1 minuto y no se realiza corrección por temperatura.

Las conexiones para la realización de las pruebas se ilustran en las siguientes figuras: 16

Apartarrayos de una sección

Apartarrayos de varias secciones (1,2 y 3)

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Apartarrayos sección 1

Apartarrayos sección 2

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Apartarrayos sección 3

En el caso de apartarrayos, los valores mínimos de resistencia de aislamiento son variables, ya que dependen del tipo y marca del equipo. Los valores varían entre 500 y 50,000 MW.

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Conclusión

El aislamiento eléctrico se degrada con el paso del tiempo debido a las distintas fatigas que se le imponen durante su vida normal de trabajo. El aislamiento está diseñado para resistir a esas fatigas por un periodo de años que se considera como la vida de trabajo de ese aislamiento. Esto con frecuencia dura décadas. La fatiga anormal puede llevar a un incremento en este proceso natural de envejecimiento que puede acortar severamente la vida de trabajo del aislamiento. Por esta razón es buena práctica realizar pruebas regularmente para identificar si tiene lugar un incremento del envejecimiento y, si es posible, identificar si los efectos son reversibles o no.

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