Protecciones de una Central Térmica

Las protecciones del conjunto Alternador-Transformador-línea están representadas en el esquema de la figura 1.

El esquema de la figura 2 permite observar la acción sobre la parte térmica del disparo total y de un disparo parcial, así como de los servicios auxiliares se esquematizan en las figuras 3 y 4.

Por último en la tabla 1 se indican como interpretar el funcionamiento de las principales protecciones.

                Figura 1: Esquema de protecciones eléctricas de una Central Térmica

Figura 2: Disposición esquemática simplificada de las seguridades de una Central Térmica

Figura 3: Protecciones eléctricas de los servicios auxiliares

Instalación considerada	Barras auxiliares de grupo 1                        2		Cada salida a motor MT 3			Barras auxiliares de grupo BT 4	Cada salida hacia motor BT 5
Tipo de protección	Máxima intensidad alimentación barras	Mínima tensión	Contra cortocircuitos - Disyuntores de máxima intensidad - Fusibles		Sobrecarga	- Máxima intensidad alimentación barras - Mínima tensión	Igual motores MT
Función	Protección en caso de defecto sobre las barras o las salidas de los cables	Protección de personal (disparo de todos los auxiliares en caso de falta prolongada de tensión)	No seguir alimentando con la fuente de corriente un defecto eléctrico en la salida considerada		Evitar un calentamiento exagerado del auxiliar	Mismo papel que en las barras MT	Igual que en motores MT
Observaciones		Regulado para una tensión muy baja y una fuerte temporización	Regulado por debajo de la corriente de arranque de los motores	Fusibles bien calibrados	No es necesario perder los auxiliares en este caso	Regulación coordinada con las protecciones de MT
Disyuntor accionado	Disparo de grupo (disparo de alternador)	Todos los disyuntores de salida del cuadro	Estimación de la salida considerada		Señalización solamente	- Disyuntor entrada cuadro - Todos los disyuntores de salida cuadro

Figura 4: Protecciones eléctricas de los servicios auxiliares (continuación)

Material considerado	Naturaleza de la protección			Naturaleza del defecto	Localización del defecto
ALTERNADOR	Masa estator			Puesta a masa	- Sobre el 95% del arrollamiento lado salida de fase. - Sobre la parte de la instalación entre el estator y el arrollamiento BT del transformador.
	Diferencial alternador			Masa estator	Defecto alejado del punto neutro
				Cortocircuito entre fases	Entre los 2 T.I. de conexión de la protección.
	Defecto entre espiras	En todos los casos		Cortocircuito entre espiras	Bobinado estator
		Con ciertos esquemas		Cortocircuito entre espiras Masa estator Corte de fases	Bobinado estator
	Desequilibrio	1º estado		Desequilibrio entre las tres fases de la máquina	Desequilibrio procedente de la red
		2º estado			Corte de una de las fases en el alternador
	Masa a rotor			Masa a rotor	Bobinado a rotor
	Sobrecarga, imagen térmica			Calentamiento elevado	Defecto sobre la red Mala refrigeración alternador Baja presión de hidrogeno
	Tensión máxima			Tensión del alternador muy elevada	Fallo en el regulador de excitación
TRANSFORMADOR	Buchholz			- Fuga de aceite - Desplazamiento burbuja de aire - Cebado de arco interno	Interno al transformador
	Cuba transformador			- Defecto interno a masa - Avería en bornes - Cebado del explosor (sobretensión)	Sobre el transformador o en su interior
	Diferencial Transformador			Cortocircuito entre fases	Entre los 2 TI. de conexión de la protección
CONEXIÓN ALTA TENSIÓN	Protección de conexión piloto o  protección de distancia o masa cable			Cortocircuito entre fases o a tierra	Defecto en la conexión con la estación de interconexión
	Mínima tensión		1º estado	Defecto entre fases	Defecto prolongado en la red
			2º estado	Defecto entre fases	Defecto sobre la conexión
	Protección homopolar del neutro del transformador		1º estado	Defecto entre fase y tierra	Defecto prolongado sobre la red
			2º estado	Defecto entre fase y tierra	Defecto sobre la conexión
SERVICIOS AUXILIARES	Máxima intensidad			Cortocircuito	Según la colocación del relé que ha funcionado
	Mínima tensión				Falta de tensión prolongada sobre la parte considerada de la instalación
	Imagen térmica-lamina bimetálica-ipsotermo			Calentamiento del motor	Motor protegido

Tabla 1: Interpretación del funcionamiento de las protecciones eléctricas

FUENTE: ASINEL


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Medidas de Potencia Eléctrica

Capitalización de pérdidas de Transformadores

Los transformadores son equipos considerados de elevado rendimiento. Sin embargo, debido a su funcionamiento continuo y larga vida de servicio, un ligero aumento en la eficiencia puede suponer un significativo ahorro económico a lo largo de los años. Por lo tanto, el costo adicional de un Transformador de "alta eficiencia" – Transformador diseñado con especial atención a la reducción de las pérdidas de energía – podrá ser restituido con facilidad durante la vida útil del transformador. Muchas empresas podrán ver reducidos sus gastos optando por transformadores de alta eficiencia, cuando una empresa tiene en cuenta sistemáticamente el cálculo de los costos de duración de vida en la compra de un transformador, puede lograr importantes mejoras económicas de energía y medio-ambientales.

De hecho, en la compra de un transformador, hay que tener en cuenta no sólo el precio de compra, sino también el coste global del ciclo de vida. Este costo incluye tanto las pérdidas en vacío como las pérdidas de carga. Económicamente, el transformador con el menor costo total representará la mejor opción.

El presente artículo expone un procedimiento práctico y escueto para facilitar la elección del transformador más rentable, para ello, se dan las pautas para comparar diferentes transformadores desde el punto de vista de sus pérdidas energéticas asociadas.

Coste debido a las pérdidas en carga

Las pérdidas en carga anuales de un transformador están expresadas en kWh, y pueden ser evaluadas con la ayuda de la fórmula siguiente:

W_pérdidas = (W₀ · t_o + W_c · t_c · q²)

Donde:

• W0 = corresponden a las pérdidas en vacío (o pérdidas en el hierro) , expresadas en kW. Este factor está indicado en las especificaciones técnicas del transformador, o bien pueden ser medidas.
• Wc = corresponden a las pérdidas en cortocircuito, expresadas en kW. Este factor está indicado en las especificaciones técnicas del transformador, o bien pueden ser medidas.
• q = corresponde a la carga media del transformador dividida por la carga máxima.
• to = corresponde al número de horas en funcionamiento (en tensión) durante un año.
• tc = corresponde al número de horas funcionando con carga durante un año.

El coste de estas pérdidas, a lo largo del tiempo, debe ser actualizado para ajustarlo al precio de compra. El valor actualizado del coste de las pérdidas anuales durante el tiempo estimado de funcionamiento viene dado por:

P · k (W₀ · t_o + W_c · t_c · q²)

Donde:

• p = corresponde al precio medio del kWh para cada año
• k = es el coeficiente función del tiempo estimado de funcionamiento del transformador y del interés del capital inmovilizado.

Siendo:

Donde: 

• n = es el tiempo estimado de servicio del transformador 
• i = la tasa de actualización estimada 

según la anterior fórmula podemos obtener los siguientes coeficientes K:

Tiempo en servicio (años)	Interés del capital
	5%	6%	8%	10%	12%
20	12,5	11,5	9,8	8,5	7,5
30	14,1	12,8	10,7	9,1	7,8
35	15,4	13,8	11,3	9,4	8,1

Por último conoceremos el coste actualizado de la transformación de energía a partir de la fórmula:

C = P + p · k (W₀ · t_o + W_c · t_c · q²)

 Siendo:

• C = coste actualizado de la transformación de energía
• P = Precio de compra del transformador

Ejemplo práctico

Comparación de dos transformadores a lo largo de 20 años de servicio

Sean dos transformadores de 2500 kVA, 24/0,420 kV, estando en tensión 24/24 h todo el año, trabaja 24 h durante 265 días laborables al año al 85% de carga a razón de una capitalización durante 20 años con interés del 6%, tomaremos, por ejemplo, el precio medio del kWh para cada año 0,04 euros el kWh, su relación de pérdidas y precio de compra son los siguientes.

	Transformador 1	Transformador 2
Pérdidas en vacío (en kW)	2,87	3,15
Pérdidas debidas a la carga (en kW)	24,5	16,8
Precio de compra (en euros)	20500	25000

C1 = 20500 + 0,04 · 11,5 (2,87 · 8760 + 24,5 · 6360 · 0,852) = 83.686 euros 

C2 = 25000 + 0,04 · 11,5 (3,15 · 8760 + 16,8 · 6360 · 0,852) = 73.078 euros 

A pesar de un precio de compra del transformador 1 del 18 % más barato, el transformador 2 supone un ahorro actualizado de la transformación de energía a 20 años vista del 12,6 % sobre el transformador 1 

Las pérdidas financieras anuales serían = p · (W0 + Wc · q2) 

Para el transformador 1 se tendrían: 5.508 euros/año y para el transformador 2: 4.191 euros/año. 

Por lo que, el periodo de recuperación de la inversión adicional (Payback), sería = sobrecoste de compra / economía anual = 4500 / 1317 = 3,4 años

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