Transformadores de Potencia

 

Objetivos

El transformador es una de las máquinas eléctricas más importantes de todas las existentes en los sistemas eléctricos de potencia. La generación, transporte y distribución serían inviables sin la existencia de estas máquinas.

Una correcta gestión, mantenimiento y protección resulta fundamental para alargar su ciclo de vida, obteniendo elevados índices de calidad de suministro eléctrico y por tanto, de fiabilidad y disponibilidad.

Este libro ofrece la oportunidad de profundizar y dominar todas las etapas de los Transformadores de Potencia. Un contenido exhaustivo que recoge todos los aspectos imprescindibles para su correcta gestión y conocimiento: > Análisis de las distintas características técnicas y operacionales de los transformadores de potencia utilizados en los sistemas de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica desde el propio proyecto de la instalación de la máquina hasta el final de su vida útil > Supervisión de la fabricación, ensayos, montaje y puesta en servicio, operación y mantenimiento de transformadores de potencia > Gestión de la vida de los transformadores de potencia en situaciones normales y singulares tales como indisponibilidades.

El texto está dividido en 4 Módulos de formación para aprender todo lo que se necesita saber para asegurar el máximo rendimiento de los Transformadores de Potencia:

Descripción

Análisis de los principios y componentes básicos para garantizar el mayor ciclo de vida del transformador.

Protección

Descripción de las medidas propias y externas a implementar para asegurar la integridad del transformador.

Instalación y Montaje

Estudio de las actividades de gestión previa así como las fases fundamentales de montaje imprescindibles para el control y mantenimiento posterior

Mantenimiento

Examen de las diferentes soluciones ante indisponibilidades y averías del transformador

Un volumen especialmente diseñado para el Equipo Técnico de: > Desarrollo y Mantenimiento > Ingeniería > Producción > Calidad de Suministro > Medida > Servicio de Inspección > Instalación y Mantenimiento > Explotación de Redes

 

 

 

Determinación del modo de arranque de motores de AT

 

Este post se complementa con el publicado en este blog con el título: “Procedimientos de arranque de Motores de Alta Tensión” disponible en el siguiente link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2021/10/procedimientos-de-arranque-de-motores.html

El objetivo del siguiente ejemplo no es abordar completamente un problema, sino ilustrar, de manera concreta, un proceso que guíe la elección del modo de arranque de un motor de Alta Tensión.  

Hipótesis de cálculo

Motor asíncrono de

■ Potencia nominal Pn = 1500 kW

■ Tensión nominal Un = 5500 V

■ Rendimiento x factor de potencia: ɳ X cos φ = 0,84

■ Relación entre el par de arranque y el par nominal a plena tensión: Cd = 0,8 Cn.

■ Relación entre la corriente de arranque y la corriente nominal a plena tensión: Id = 5 In.  

■ Par de arranque de la máquina accionada: 0,2 Cn

■ Potencia del transformador de alimentación principal Pt = 3 MVA

■ Punta máxima de potencia aparente limitada por la red del transformador St = 6 MVA.

Otros datos necesarios para el cálculo:

■ Característica par-velocidad C(N) del motor

■ Característica del par resistente velocidad Cr(N) de la máquina accionada

■ Potencia de otras cargas del transformador distintas al motor: 1200 kVA con cos φ = 0,87.

Arranque directo

Solución económica y sencilla de realizar, implica la necesidad de comprobar si la red de alimentación es capaz de soportarla.

Potencia aparente del motor al inicio del arranque 

teniendo, como factor de potencia en el arranque, cos φd = 0,15 o bien φd ≈ 81º.

Esta potencia se suma vectorialmente a la entregada por el transformador a las demás cargas (fig. 1). Se deduce gráficamente el valor total de la potencia aparente solicitada al transformador S ≈ 9580 kVA.

La punta máxima limitada es 6000 kVA, el arranque directo no será posible.

Arranque por reactancia

La introducción de una reactancia permite reducir la potencia aparente absorbida por el motor. La potencia disponible para el arranque se determina gráficamente (fig. 1).

La presencia de la reactancia acerca a cero el factor de potencia en el arranque del motor.

En tal caso φd ≈ 90º

OA = 1.200 kVA: potencia del transformador utilizada en otras cargas 

OB = St = 6.000 kVA: potencia aparente máxima limitada.

La potencia aparente disponible para el arranque (motor + reactancia) se deduce gráficamente  AB = Sd = 5300 kVA

Reducción de potencia que debe originar la reactancia:

Figura 1

 

Resuelto el problema desde el punto de vista eléctrico, queda por verificar si esta solución es válida desde el punto de vista mecánico.

En arranque directo, el par de arranque Cd = 0,8 Cn. (Fig. 2).

En el arranque por reactancia,

Este valor es compatible con el par de arranque de la máquina accionada.

Queda por comprobar un último punto: si el punto de equilibrio mecánico Cm = Cr se sitúa en una velocidad demasiado baja, la conmutación a plena tensión puede efectuarse con riesgo de una punta de corriente. Si es demasiado alta para la red, se debe reconsiderar el modo de arranque y elegir, por ejemplo, el arranque por autotransformador (fig. 2).

Figura 2

Nota 1

Supongamos que el par resistente de la máquina accionada tiene un valor de 0,35 Cn en lugar de 0,2 Cn. El arranque por reactancia sería incompatible con el par resistente.

Es hace necesario considerar la solución de un arranque por autotransformador.

La potencia aparente disponible sigue siendo Sd = 5.300 kVA.

A este valor, se deducirá. la potencia magnetizante del autotransformador Smg que en el primer momento de arranque se suma aritméticamente a la potencia aparente del motor. Smg es del orden de 0,2 a 0,4 veces la potencia nominal aparente del motor.

Con el coeficiente 0.4 sería: 

El coeficiente de reducción de potencia se convierte entonces en 

A tensión constante Un, la punta de corriente en el lado de la red es por tanto: 0,513 Id.

Determinación de la tensión de arranque reducida Ud.

La igualdad de las potencias primaria y secundaria del autotransformador permite escribir 0,513 Id Un = I"d Ud

 I"d corriente de arranque a tensión reducida en el lado del motor, donde: 

Ud = 0.718 Un

Nuevo par de arranque: 

Este valor es suficiente para permitir el arranque.

Nota 2

Para un par resistente mayor de 0,41 Cn, el arranque estatórico con este motor no es posible - Sería necesario utilizar un motor de rotor bobinado con arranque rotórico o un motor de jaula de ardilla especialmente adaptado con un par de arranque alto.

 

 

Operación y Mantenimiento de Interruptores de Potencia

 

Operación y Mantenimiento de

 

Interruptores

de Potencia

de BT, MT y AT

 

Objetivos

La calidad, continuidad y seguridad en el suministro de energía eléctrica depende, en gran parte, de los sistemas de maniobra y protección en los que se enmarcan los Interruptores de Potencia en las instalaciones eléctricas de cualquier tipo de tensiones, ya sea de AT. MT o BT.

El constante crecimiento de producción de energía eléctrica actual ha provocado un incremento en las intensidades de cortocircuito y en los riesgos asociados a los defectos eléctricos en los sistemas de transporte y distribución, pudiendo afectar gravemente a las instalaciones. Es por lo que cualquier instalación eléctrica debe estar protegida ante estos fallos del sistema, de nada sirven las protecciones eléctricas si los interruptores no funcionan debidamente a sus órdenes.

Este libro junto con su presentación en Power Point constituye una herramienta muy útil para profundizar sobre los aspectos técnicos y operativos de los interruptores en sus diferentes tipos de potencias y tensiones en el que: > Se comparan las diferentes técnicas de corte en AT y BT > Se analizan las causas más probables de fallos en los interruptores de AT,MT y BT > Se dan a conocer las técnicas de supervisión específicas para comprobar el funcionamiento de los interruptores de AT y MT > Se Identifican las características de operación específicas en interruptores de BT > Se examinan las pruebas para verificar las propiedades eléctricas y mecánicas de los interruptores de BT, etc.

Se trata, por tanto, de una exposición de gran Interés para Profesionales de la Enseñanza, Ingenieros Eléctricos. Profesionales Instaladores y Técnicos de Mantenimiento que intervienen en las Instalaciones Eléctricas de cualquier índole de potencia y tensión.

Protección de Motores de Alta Tensión

 

Control, Supervisión y Mantenimiento de Instalaciones Eléctricas de Media Tensión

 

Control, Supervisión y Mantenimiento de

Instalaciones Eléctricas de Media Tensión

 

Objetivos

Para garantizar la calidad del suministro de energía a los equipos y las Instalaciones de Media Tensión es necesario que tengan plena disponibilidad. Su mantenimiento y control son claves para conseguirlo.

Este libro junto con sus diapositivas tiene como objetivo cubrir las necesidades de instruir, formar y capacitar a profesionales con responsabilidades en Instalaciones Eléctricas de Media Tensión que desarrollan actividades en los campos de:

■ Ingeniería: estudio y proyecto

■ Desarrollo de instalaciones, en sus aspectos de: Aprovisionamiento de materiales, Montaje e instalación, Verificación de instalaciones, Dirección de obra o dirección facultativa, Explotación de instalaciones, Revisiones e inspecciones, Mantenimiento de instalaciones, Reparaciones por averías, Modificación o ampliación de instalaciones.

■ Formación y Capacitación eléctrica de Instalaciones de Media Tensión en Universidades y Seminarios.

Este volumen está organizando en los siguientes módulos:

Ámbito y funciones de la MT en los sistemas de energía eléctrica

• Potencias y tensiones
• Esquemas usuales
• Equipo de maniobra de MT

Mantenimiento preventivo

• Temperaturas y calentamiento de los elementos eléctricos
• Medición y control de temperaturas
• Refrigeración y ventilación
• Medida de resistencias de aislamiento
• Medida y control de las corrientes de fuga, pérdidas dieléctricas y descargas parciales

Aparamenta de maniobra en MT

• Clasificaciones y características
• Fusibles de MT

Centros de transformación de MT

Cables de MT

Transformadores de potencia y de distribución

• Tipos constructivos
• Pérdidas y calentamiento
• Criterios de elección. El transformador y el incendio

Transformadores en baño de aceite

• Características y tratamiento del aceite
• Análisis e interpretación
• Medida de la rigidez dieléctrica
• Tratamiento de los aceites
• Protección del transformador
• Ejemplo de un programa de mantenimiento preventivo/predictivo

Transformadores de aislamiento sólido (tipo seco)

• Control y limpieza de aislamientos
• Control termográfico de las bobinas

Interruptores automáticos de MT

• Mediciones, controles y comprobaciones de los mecanismos
• Interruptores de pequeño volumen de aceite
• Interruptores de vacío
• Interruptores de SF6

Perturbaciones en MT

• Características, clasificación, efectos
• Equipo de maniobra de MT

Sobretensiones en los sistemas MT

• Clasificación, causas y efectos
• Coordinación de aislamientos
• Descargadores de sobretensión

Puesta a tierra en instalaciones de MT

• Electrodos de puesta a tierra
• Medición de resistividad del terreno y resistencia de puesta a tierra
• Transferencia de tensiones en el terreno
• Medición tensiones de paso y de contacto

Protecciones en MT, transformadores de medida y relés de protección

• Corrientes de cortocircuito
• Regímenes del neutro en MT: protecciones contra las corrientes de defecto a tierra
• Protecciones contra sobreintensidades y cortocircuitos

 

Procedimientos de arranque de Motores de Alta Tensión

POST RELACIONADO:

Hoja de cálculo Excel de la caída de tensión en el arranque directo de grandes motores

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/10/hoja-de-calculo-excel-de-la-caida-de.html

 

Seguridad, Operación y Mantenimiento de Centros de Transformación

 

Seguridad, Operación y Mantenimiento de

Centros de Transformación

 

Objetivos

El presente libro sobre “Centros de Transformación” es el texto expuesto por el autor en diferentes conferencias a profesionales del sector eléctrico y al que se le acompañan las diapositivas que componen la presentación.

El objetivo es proporcionar una información completa y de utilidad para profesionales de la enseñanza con el fin de realizar una presentación acerca de 3 aspectos críticos, desarrollados en 4 módulos, que aseguran: El funcionamiento de un Centro de Transformación: > El estado de la legislación > Las técnicas de seguridad aplicables a la operación y maniobra > Las prácticas y el desarrollo de los procedimientos y gamas de mantenimiento e inspección

El texto que sirve de guía a la presentación de las diapositivas  comienza con una introducción al conocimiento e Interpretación de las características generales de los equipos eléctricos que componen el Centro de Transformación. Este primer Módulo constituye una guía para el profesional que le permite controlar y reconocer si las características del equipo eléctrico, reúnen las condiciones para soportar las solicitaciones dieléctricas, impuestas por el entorno eléctrico y medioambiental donde están instalados. Este soporte técnico constituye una herramienta de gran ayuda para establecer los criterios de elección de los materiales componentes de la instalación eléctrica.

Continua con una exposición de las perturbaciones de origen interno y externo a las que están sometidos los Centros de Transformación tales como sobreintensidades y cortocircuitos, CEM, ruidos y vibraciones, armónicos, sobretenslones, etc. En esta segunda parte se indican los medios de protección necesarios para limitar las consecuencias de averías debidas a estas perturbaciones, tratándose como un procedimiento preventivo más del mantenimiento de la instalación.

En el siguiente Módulo, se obtiene una descripción detallada de tos aspectos relativos a la Seguridad en las Maniobras y Operaciones de Descargo tomando como base la Ley 31/1995 de 8 de Noviembre sobre Prevención del Riesgo Eléctrico (R.D. 614/2001), con el doble objetivo de dar a conocer las claves para proteger la integridad física al personal operario y de mantenimiento, y asegurar la funcionalidad de las instalaciones eléctricas. En esta tercera parte, además, se enseñan las premisas necesarias para la inspección visual y revisión detallada de los elementos instalados en el Centro de Transformación, mediante los procedimientos y gamas de mantenimiento necesarias, para disponer de un metódico historial de la instalación y la redacción detallada de Informes.

Finaliza el tratado con la descripción de los procedimientos para la puesta en marcha y explotación de Centros de Transformación con los manuales del fabricante de la Aparamenta y Transformadores de distribución. Se exponen las prácticas para la correcta realización y pautas a seguir para el acoplamiento de transformadores en paralelo, incluso cuando sus grupos de conexión no son idénticos, así como un repaso de la reglamentación aplicable al mantenimiento de Centros de Transformación.

Se trata, por tanto, de una exposición de gran Interés para Ingenieros Eléctricos. Profesionales Instaladores y Técnicos de Mantenimiento que intervienen en los Centros de Transformación.

CONTENIDO

MODULO 1

FUNCIONES, APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS DE LA APARAMENTA DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

Características fundamentales, diferencias y cálculo de los diferentes tipos de Centros de Transformación

• Interior e intemperie. subterráneo y plataforma

> Prefabricados modulares y compactos

> Centros de compañía eléctrica y de cliente

Criterios de elección de aparamenta y transformadores

• Celdas modulares y compactas, seguridad de maniobra

• Interruptores, seccionadores y fusibles

• El transformador y el incendio - Criterios de elección y de protección según RAT ITC 14-

MODULO 2

PERTURBACIONES Y PROTECCIONES

Entorno eléctrico y medioambiental del Centro de Transformación

• Temperatura ambiente y ventilación

• Sobrecarga de transformadores

• Armónicos, ruido y CEM

• Sobretensiones

Protecciones eléctricas

• Regímenes de neutro

• Protecciones de sobreintensidad, selectividad, comunicación y osciloperturbografía

• Medida y vigilancia del sistema de puesta a tierra - Consideraciones del RAT ITC 13

MODULO 3

PROCEDIMIENTOS PARA EL MANTENIMIENTO E INSPECCIÓN DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

Manuales generales de operación

• El equipo de mantenimiento: medios humanos y materiales para el desarrollo de maniobras, verificaciones, medidas y pruebas

• Riesgo eléctrico y seguridad en las operaciones de descargo

• Disposiciones reglamentarias: R.D. 614/2001

Evaluación, descripción, uso y aplicación de las técnicas do mantenimiento aplicadas a Centros de Transformación

• Mantenimiento Predictivo. Preventivo y Correctivo: localización de averías

• El aislamiento del equipo eléctrico

• Inspecciones visuales: procedimiento y evaluación de defectos

• Revisión detallada: procedimientos y gamas de mantenimiento de aparamenta y transformadores

MODULO 4

PUESTA EN MARCHA Y EXPLOTACIÓN DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN

Manuales de puesta en marcha y explotación

• Centros de transformación – compactos, subterráneos, plataforma

• Celdas modulares y compactas

• Protecciones

• Transformadores en baño de aceite y secos

• Puesta en paralelo de transformadores

 

 

 

 

 

 

¿Puede un motor fabricado para 50 Hz funcionar a 60 Hz?

Determinación de las capacidades de los cables de una red

 

La capacidad de los cables de una red depende de su tipo de construcción:

■ Cables unipolares

El conductor está envuelto por una pantalla y la capacidad C del cable es la que se mide entre el conductor y la pantalla puesta a tierra.

■ Cable tripolar a campo radial

Cada conductor del cable está envuelto por una pantalla y la capacidad C del cable es la que se mide entre cada conductor y su propia pantalla puesta a tierra.

■ Cable tripolar con armadura

Una pantalla única envuelve los 3 cables conductores aislados y se tiene una capacidad K entre los conductores y una capacidad C entre un conductor y la pantalla puesta a tierra.

Para los dos primeros casos, cable unipolar y cable tripolar con campo radial, no existe ambigüedad alguna al fijar la capacidad C, pues ésta es única y define la capacidad entre fase y tierra.

En ausencia de defecto y en régimen trifásico equilibrado se tiene en cada fase una corriente capacitiva I_c, absorbida por la capacidad C del cable bajo la tensión simple V, fase tierra, a la frecuencia de la red:

Esta carga capacitiva, si es trifásica equilibrada, no produce, en general, perturbación alguna en la red y no afecta a las protecciones.

Sin embargo, cuando la red presenta un defecto a tierra, es decir, cuando una fase se pone a tierra, la capacidad de los cables es vista como una carga desequilibrada constituida por la capacidad C, entre las dos restantes fases sanas y la tierra, bajo la tensión compuesta U.

Por las dos fases sanas circulan unas corrientes de valor C_w U, desfasadas 60°; la suma de estas dos corrientes se llama corriente capacitiva I_c de la red en caso de defecto a tierra:

o, lo que es igual, I_c = 3 C_w V

En caso del cable tripolar con armadura, la corriente I_c que circula en régimen equilibrado, en ausencia de defecto es:

o sea I_c = (3 K + C) w V por fase, siendo nula la suma de las tres corrientes de fase.

Los fabricantes de cables dan generalmente el valor de la capacidad compuesta 3 K + C para los cables con armadura

Por el contrario, cuando la red presenta un defecto a tierra, es decir, cuando una fase está a tierra, la carga capacitiva comprende:

■ Las tres capacidades K, bajo la tensión compuesta, que constituye una carga equilibrada;

■ Las 3 capacidades C, de las que 2 están bajo tensiones compuestas desfasadas 60°, y la tercera, bajo una tensión nula, por hallarse cortocircuitada por el defecto.

La suma de estas corrientes (I_c por fase), llamada corriente capacitiva I_c de la red en caso de defecto a tierra, vale:

o sea: I_c = 3 Cw V.

En resumen, tanto para la determinación de la resistencia de una toma a tierra, como para la regulación de una protección de tierra, lo que interesa conocer es la corriente capacitiva, dada por la expresión: I_c = 3 Cw V, que sólo hace intervenir la capacidad C, cualquiera que sea el tipo de cable.

En la práctica, bajo la denominación de capacidad estrellada del cable, los fabricantes indican:

■ El valor de C para los cables de campo radial,

■ El valor de 3 K + C para los cables con armadura.

Para los cables con armadura, los fabricantes no suelen indicar el valor de C, pero, bajo demanda, facilitan los resultados de las 3 mediciones siguientes:

■ La capacidad C₁, medida entre un alma conductora y las otras dos almas unidas a la armadura metálica; esta capacidad responde al valor C₁ = 2 K + C,

■ La capacidad C₂ , medida entre las 3 almas conductoras, unidas entre sí, y la armadura metálica; su valor es C₂ = 3 C.

■ La capacidad C₃, medida entre las 2 almas conductoras, con la tercera unida a la armadura metálica; tiene en valor: C₃ = (3K – C) / 2.

De estas tres mediciones, la que más interesa es la C₂, de la que se deduce directamente el valor de: C = C₂/3.