UNIDAD 4: MANTENIMINTO A SUBESTACIONES SUBESTACIONES ELECTRICAS DE BAJA TENSIÓN 4.1 Subestación eléctrica. 4.1.1 Elementos de subestación. 4.2 Pruebas a transformadores. 4.2.1 Prueba de relación de transformación. 4.2.2 Prueba de rigidez dieléctrica al aceite. 4.2.3 Prueba de aislamiento eléctrico.
4.1 Subestación e!ct"ica. Subestación eléctrica
Una subestación e!ct"ica es una instalac instalación ión destina destinada da a modifica modificarr y establec establecer er los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica !ara facilitar el trans!orte y distribución distribución de de la energ"a eléctrica. eléctrica . Su e#ui!o !rinci!al es el transformador transformador .. $ormalmente est% dividida en secciones !or lo general 3 !rinci!ales y las dem%s son derivadas. &as secciones !rinci!ales son las siguientes' 1. Secci Sección ón de medici medición ón.. 2. Sección Sección !ara !ara las las cuc(illa cuc(illas s de !aso. !aso. 3. Sección Sección !ara el interr interru!to u!tor. r. &as secciones derivadas normalmente llevan interru!tores de!ende de #ue ti!o (acia los transformadores. )omo norma general se !uede (ablar de subestaciones eléctricas elevadoras situadas en las inmediaciones de las centrales generadoras de energ"a eléctrica cuya función es elevar el nivel de tensión (asta 132 22* o incluso 4** +, +, antes de entregar la energ"a a la red de trans!orte. trans!orte . &as subestaciones eléctricas reductoras reducen el nivel de tensión (asta valores #ue oscilan (abitualmente entre 132 1- 2* 4- ó +, y entregan la energ"a a la red de distribución distribución.. Posteriormente los centros de transformación reducen los niveles niveles de tensión tensión (asta valores valores comercial comerciales es / ba0 ba0a a tens tensión ión a!tos a!tos !ara el consu consumo mo doméstico e industrial t"!icamente 4** ,.
ransformador de alta tensión usado en las subestaciones de electricidad. Eisten dos razones técnicas #ue e!lican !or #ué el trans!orte y la distribución en energ"a eléctrica se realizan a tensiones elevadas y en consecuencia !or #ué son necesarias las subestaciones eléctricas' •
&as !érdidas de !otencia #ue se !roducen en un conductor !or el #ue circula una corriente eléctrica debido al Efecto oule son directamente !ro!orcionales al valor de esta /
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&a !otencia eléctrica trans!ortada en una red es directamente !ro!orcional al valor de su tensión y al de su intensidad / .
Por tanto cuanto mayor sea el valor de la tensión menor deber% ser el de intensidad !ara transmitir la misma !otencia y en consecuencia menores ser%n las !érdidas !or efecto oule. 5dem%s de transformadores las subestaciones eléctricas est%n dotadas de elementos de maniobra /interru!tores seccionadores etc. y !rotección /fusibles interru!tores autom%ticos etc. #ue desem!e6an un !a!el fundamental en los !rocesos de mantenimiento y o!eración de las redes de distribución y trans!orte. 5vances en la maniobrabilidad Uno de las maniobras m%s (abitual y a la vez m%s !eligrosa #ue se realiza en una subestación eléctrica es la a!ertura y cierre de interru!tores debido a #ue el car%cter inductivo de los circuitos !resenta rec(azo al corte en la circulación de la intensidad eléctrica #ue se !roduce en la a!ertura de un interru!tor. Pueden a!arecer incluso arcos eléctricos #ue liberan una gran cantidad de energ"a y #ue !ueden resultar !eligrosos !ara las !ersonas e instalaciones !or lo cual se debe usar e#ui!o de !rotección !ersonal es!ecial al realizar cual#uier ti!o de maniobra como za!atos de seguridad y guantes ambos de materiales dielectricos #ue !roduzcan suficiente aislación !ara la tensión de o!eración y un tra0e contra destello de arco eléctrico. &os avances tecnológicos y las me0oras de dise6o (an !ermitido sustituir los interru!tores eléctricos convencionales con corte al aire !or interruptores blindados #ue realizan el corte de los circuitos en un de!ósito del gas (eafloruro de azufre /S7 #ue im!ide la formación de arcos y la !ro!agación de la llama.
Estos sistemas se (an definido como avance tecnológico aun#ue realmente no es un sistema nuevo ya #ue los inicios de subestaciones aisladas en gas S7 datan desde los 8*9s y se (a observado #ue efectivamente im!iden la formación del arco !ero se !ueden convertir en una bomba ya #ue el gas S7 esta contenido en un reci!iente sellado. 5dicionalmente estas subestaciones aisladas en gas S7 re#uieren de mayor obra civil ya #ue se debe de adecuar en el es!acio confinado a la subestación una serie de ductos !ara el esca!e de gases calientes de otro modo el !ersonal y las instalaciones corren el riesgo de ser gravemente da6ados.
4.1.1 Ee#ent$s %e subestación. Elementos constitutivos de una subestación &os elementos !rimarios #ue constituyen una subestación seg:n Enr"#uez ;ar!er /2**- son los siguientes' 1. ransformador. 2. . )ondensadores. ?. ransformadores de instrumento. Sus res!ectivas definiciones clasificaciones y /en algunos casos elementos se e!onen a continuación' ransformadores de !otencia Un transformador es un a!arato eléctrico #ue !or inducción electromagnética transfiere energ"a eléctrica de uno o m%s circuitos a uno o m%s circuitos a la misma frecuencia usualmente aumentando o disminuyendo los valores de tensión y corriente eléctrica.
7igura 1' Partes internas de un transformador.
&os elementos b%sicos de un transformador de !otencia son los siguientes' 1. $:cleo de circuito magnético. 2. @evanados. 3. 5islamiento. 4. 5islantes. -. an#ue o reci!iente. . Ao#uillas. 8. Banc(os de su0eción. >. ,%lvula de carga de aceite. ?. ,%lvula de drena0e. 1*. an#ue conservador. 11. ubos radiadores. 12. Aase !ara rolar. 13. Placa de tierra.
14. Placa de caracter"sticas. 1-. ermómetro. 1. Canómetro. 18. )ambiador de derivaciones o ta!s. )abe mencionar #ue debido al dise6o del transformador !uede tener m%s elementos o menos de los mencionados.
4.& '"uebas a t"ans($"#a%$"es. &os transformadores de !otencia son el e0e central del sector de la distribución y transmisión de energ"a. )omo tales su estado es cr"tico !ara un funcionamiento fiable y libre de fallas. )ual#uier falla !uede tener consecuencias graves. &as sobrecargas resultantes de secciones de la red !ueden !roducir cortes de gran alcance en el suministro y la !roducción. Una falla total del aislamiento !uede !rovocar lesiones !ersonales as" como inmensos da6os materiales. &a sustitución !reventiva des!ués de un determinado n:mero de a6os de servicio a menudo no es una alternativa económicamente viable ya #ue los costos asociados a la sustitución de este activo !ueden ser enormes y el enve0ecimiento de!ende de las condiciones en las cuales funciona el transformador. Este es el motivo !or el cual se (an establecido como la me0or o!ción las !ruebas y diagnóstico de activos basados en el estado o en el tiem!o. &os sistemas de monitoreo también !ueden re!resentar una solución eficaz si se sos!ec(a la eistencia de !roblemas o se ubican los transformadores en lugares de im!ortancia estratégica /!or e0em!lo en una central eléctrica.
4.&.1 '"ueba %e "eación %e t"ans($"#ación.
Reaci$n %e T"ans($"#ación )TTR*DTR+ El significado de la !rueba de =elación de ransformación es la razón del numero de es!iras del devanado de alta tensión contra las de ba0a tensión. Por lo tanto en un transformador el cual !osee derivaciones de tensión /5PDs se deber% com!robar la relación teórica seg:n la !laca de datos del mismo contra lo #ue se obtenga de lo ensayado en cam!o de esta manera se !odr% tener un !e#ue6o !anorama acerca de las condiciones de ambos devanados /Aa0a tensión y 5lta tensión as" como del sistema magnético del n:cleo.
)once!tos' &a relación entre la fuerza electromotriz inductora /E! la a!licada al devanado !rimario y la fuerza electromotriz inducida /Es la obtenida en el secundario es directamente !ro!orcional al n:mero de es!iras de los devanados !rimario /$! y secundario /$s seg:n la ecuación'
&a relación de transformación /m de la tensión entre el bobinado !rimario y el bobinado secundario de!ende de los n:meros de vueltas #ue tenga cada uno. Si el n:mero de vueltas del secundario es el tri!le del !rimario en el secundario (abr% el tri!le de tensión.
@onde' /,! es la tensión en el devanado !rimario o tensión de entrada /,s es la tensión en el devanado secundario o tensión de salida /
5(ora bien como la !otencia eléctrica a!licada en el !rimario en caso de un transformador ideal debe ser igual a la obtenida en el secundario'
El !roducto de la diferencia de !otencial !or la intensidad /!otencia debe ser constante.
5!licaciones' Para la medición con el = se debe seguir el circuito b%sico de la figura 1' cuando el detector @E est% en balance la relación de transformación es igual a ==1.
&a tolerancia !ara la relación de transformación medida cuando el transformador est% sin carga debe ser de F *-G en todas sus derivaciones. Para !oder realizar la medición de este !ar%metro se utilizan e#ui!os denominados medidores = /ransformer urns =atio o @= /@igital ransformer =atiometer estos e#ui!os nos !ro!orcionaran datos numéricos acerca de la relación de es!iras en el e#ui!o sometido a !rueba.
Ti,$s %e TTR: En la actualidad los = se dividen en dos gru!os' monof%sicos y trif%sicos. 5lgunos fabricantes ofrecen = monof%sicos #ue son ca!aces de medir !or fase la relación de vueltas corriente de ecitación desviación de fase resistencia de los enrollamientos HIH J H;H y !olaridad de la coneión de los enrollamientos HIH J H;H de transformadores de distribución y corriente as" como también de reguladores de tensión. 5simismo los = trif%sicos autom%ticos est%n dise6ados !ara medir la relación entre el n:mero de es!iras del secundario y del !rimario en forma simult%nea en las tres fases de transformadores de !otencia instrumentación y distribución en subestaciones o f%bricas. Ka #ue conocemos los conce!tos fundamentales de esta !rueba as" como caracter"sticas sim!les de los e#ui!os de medición usados en la determinación de la misma solo nos falta una cosa mas saber las coneiones adecuadas !ara una medición. Para ello necesitamos saber tres !untos im!ortantes'
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i!o de e#ui!o de medición a em!lear /monof%sico rif%sico i!o de Aa0a tensión
ransformador
a
determinar
esta medición /)oneiones
5lta
y
Canufactura del transformador /5mericanos Euro!eos &os transformadores manufacturados en américa !rinci!almente usan una simbologia !ara determinar el lado de alta tensión /; y ba0a tensión /IL !or otra !arte la manufactura euro!ea nos !resenta una diferencia sim!le la cual es #ue en alta tensión se encontrara como U, y ML y !or el lado de ba0a tensión como u v y N.
5mericano
Aa0o ,olta0e
Euro!eo
5lto ,olta0e ;1 ;2 y ;3 I* I1 I2 y I3 $ u v y N
U , y M
5(ora #ue ya sabemos lo #ue !odemos encontrar en el transformador !ara indicarnos alta y ba0a tensión es im!ortante saber el ti!o de coneión #ue se mane0a dentro del e#ui!o eléctrico lo !rimero #ue !odemos encontrar es una coneión ti!o @eltaOEstrella algunas otras !ueden ser EstrellaOEstrella @eltaO@elta. Por #ue Estrella y @elta esto se refiere a la manera en la cual esta configurada tanto la alta como la ba0a tensiónL como e0em!lo en la siguiente imagen'
El e#ui!o usado nos dar% !auta a ver el ti!o de coneiones a realizar !or e0em!lo en el caso de e#ui!os = trif%sicos de!endiendo del fabricante y !restaciones del e#ui!o !odemos encontrar res cables !ara alta tensión y cuatro !ara la ba0a tensión o en su caso cuatro cables !ara cada lado del transformador (aciendo un tanto mas sencilla la manera de conectar los cables !ara realizar las mediciones.
4.&.& '"ueba %e "i-i%e %ie!ct"ica a aceite.
E!licación' Esta !rueba al aceite es una de las m%s frecuentes ya #ue al conocer la tensión de ru!tura #ue un aceite so!orta es muc(o m%s valioso adem%s esta !rueba revela cualitativamente la resistencia moment%nea de la muestra del aceite al !aso de la corriente y el grado de (umedad suciedad y sólidos conductores en sus!ensión. )omo es sabido en los transformadores sumergidos en aceite éste (ace dos funciones' de refrigerante y de aislante. En cuanto a la función de aislante es necesario determinar la rigidez dieléctrica del aceite !ara lo cual se em!lea un e#ui!o !robador #ue se le conoce como !robeta y #ue en cuyo interior tiene dos electrodos calibrados a los cuales se les a!lica un !otencial variable #ue !rovoca #ue al llegar a cierto valor dic(o !otencial se rom!a el dieléctrico del aceite y se registre dic(o valor de tensión a!licada. &a !rueba se !uede realizar con electrodos !lanos o semiesféricos y cuyo di%metro y se!aración esta normalizado de acuerdo al ti!o de !rueba. Para electrodos semiesféricos la se!aración es de 1.*1 mm y !ara !lanos de 2.-4 mm &os electrodos y la !robeta deben lim!iarse !erfectamente de !referencia en0uag%ndolos con gasolina bencina o alg:n solvente adecuado libre de toda (umedad. ;asta #ue se encuentren libres de fibras o bien deber% lavarse la co!a !reviamente con el mismo aceite #ue se va a !robar. El aceite se debe tomar de la !arte inferior del transformador /ya #ue es la !arte donde !osiblemente tenga mayor n:mero de im!urezas el mismo. &a eva!oración de la gasolina de los electrodos !uede enfriarlos lo suficiente !ara #ue (aya una condensación de (umedad en la su!erficie. Por esta razón des!ués del en0uague final con gasolina la co!a debe llenarse inmediatamente con el aceite a !robar. &a tem!eratura de la co!a de !rueba y del aceite cuando se esté !robando debe ser igual a la del ambiente a fin de reducir al m"nimo la absorción de (umedad. &a tem!eratura ambiente no debe ser menor de 2*). &a mayor"a de los e#ui!os #ue se tienen son de electrodos !lanos !or lo #ue la descri!ción se (ar% tomando de base este ti!o de electrodos.
@escri!ción
de
la
!rueba
5. )erciórese #ue el control gradual de !otencial esté en cero. A. )alibre los electrodos del !robador a 2.mm. /*.1 !ulg.. ). )onecte el !robador a una fuente de alimentación de ).5. de 128 ,olts. @. &im!ie !erfectamente la !robeta y electrodos como se menciona anteriormente. E. ome una muestra de aceite de la !arte inferior del transformador y dé0ela en la !robeta tres minutos (asta #ue esté en com!leto re!oso y sin burbu0as /debe tenerse cuidado #ue el aceite cubra los electrodos. 7. a!e la !robeta con el cristal !rotector !ara mayor seguridad. B. Cediante el control gradual de volta0e a!li#ue tensión a razón de 3 +, !or segundo a!roimadamente (asta lograr la ru!tura del dieléctrico registre la lectura corres!ondiente
a la cual se rom!ió el dieléctrico. ;. @e0e re!osar m"nimo durante un minuto el aceite y a!li#ue nuevamente !otencial re!itiendo la o!eración anterior registre nuevamente la lectura a #ue se rom!ió el dieléctrico. <. =e!ita una vez la o!eración del !unto (. . =egistre la tem!eratura ambiente del lugar donde se esté (aciendo la !rueba. Q. ,acié sus resultados obtenidos en el formato corres!ondiente. &. )alcule el valor !romedio de tensión a #ue rom!ió el dieléctrico /ese !romedio ser% re!resentativo !ara esa !rimera muestra. C. =e!ita !ara otras dos muestras m%s el !roceso de los !untos e f g ( i 0 + l. $. El !romedio de cada muestra es v%lido siem!re #ue ninguna !rueba sea diferente en m%s de - +,. si eiste una variación mayor deber%n efectuarse m%s !ruebas con nuevas muestras. R. )alcule el !romedio total con la base del !romedio de cada una de las tres muestras /ese !romedio ser% el re!resentativo de todo el aceite su0eto a !rueba y si el valor es 2+, /m"nimo nos indicar% #ue es de ace!tarse su condición y !or lo tanto se usar%. )o!a n:m. em! ) Pruebas deOOO =u!tura en OO +v Promedio 1O2O3
4.&./ '"ueba %e aisa#ient$ e!ct"ic$. OBJETI0O. ,erificar #ue los aislamientos del transformador ba0o !rueba cum!len con la resistencia m"nima so!ortable ba0o la o!eración a la #ue ser%n sometidos as" como de com!robar la no inadecuada coneión entre sus devanados y tierra !ara avalar un buen dise6o del !roducto y #ue no eista defectos en el mismo.
Inst"u#ent$s %e #e%ici$n los instrumentos de medición #ue se em!lear%n en esta !rueba de!enden del grado de eactitud de la lectura de la resistencia de aislamiento #ue se #uiera conocer.
n$"#as %e "e(e"encia.
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las !resentes es!ecificaciones est%n referidas a lo esti!ulado en las normas' ieee c-8.12.?*O1??3 Hieee standard test code for li#uid O inmersed distribución !oNer and regulating transformers and ieee guide for s(ort O circuit testing of distribution and !oNer transformersH. ieee 43O1?84
#et$%$ %e ,"ueba.
El método de !rueba de la resistencia de aislamiento de un transformador es el de medición directa con el instrumento de medición /Cegger.
'ROCEDIMIENTO.
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o
El significado de la resistencia de aislamiento generalmente re#uiere de cierta inter!retación y de!ende b%sicamente del dise6o se#uedad y lim!ieza de los aislantes #ue envuelven al transformador. El !rocedimiento de !rueba !ara la medición de la resistencia de aislamiento de un transformador est% descrito en la norma
,olta0e de !rueba /,
Cenos de 11-
2-*
11-
2-* o-**
23*
-**
4*
-** o 1***
)omo una regla general el volta0e de !rueba debe ser a!licado (asta #ue se registre una lectura #ue no cambie en un margen de 1- segundos o la lectura final #ue observa en el transcurso de * segundos. En circuitos ca!acitivos se deber% e0ercer la tensión de !rueba !or un minuto o m%s si es necesario com!letar la carga de la muestra. &a norma
&a (i-u"a 1 muestra el diagrama elemental de coneiones del Cegger analógico donde el devanado ba0o !rueba !uede ser cual#uiera de los ya mencionados antes. Una vez terminadas las coneiones se debe girar la !alanca a una velocidad tal #ue la agu0a del instrumento se estabilice y se encienda el led de color verde y tomar la lectura. Si el led de color ro0o se enciende significa #ue el valor medido se deber% multi!licar !or 1*. El volta0e a!licado !ara la medición de la resistencia de aislamiento a tierra deber% ser incrementado en un tiem!o no mayor a 1- segundos y des!ués de ser retenido en su valor de !rueba durante un minuto y se deber% reducir gradualmente en no m%s de segundos a un valor de un cuarto o menos del valor m%imo #ue se (aya registrado. &as !ruebas de resistencia de aislamiento deber%n realizarse con los circuitos de igual volta0e conectados entre s" y los circuitos de diferente volta0e deber%n ser !robados !or se!arado !or e0em!lo' 5lta tensión vs. Aa0a tensión 5lta tensión vs. ierra Aa0a tensión vs. ierra $eutro vs. ierra /En el caso de #ue el neutro no esté conectado directamente a
• • • •
tierra Esta !rueba se realiza con la finalidad de incrementar la eactitud del estado de !rueba de los aislamientos de un transformador y en el caso de #ue no sea suficiente con la !rueba de resistencia de aislamiento se recomienda la P=UEA5 @E <$@<)E @E PR&5=
7igura 1 )oneiones del Cegger analógico resistencia de aislamiento de un transformador.
!ara
la
medición
de
la
UNIDAD : MANTENIMIENTO A SISTEMAS DE CONTROL ELECTRÓNICO. -.1 i!os de circuitos de control electrónicos. -.2 @iagnósticos de fallas a circuitos de control electrónicos. -.3 Cantenimiento !reventivo y correctivo a circuitos de control e lectrónico. -.4 i!os de sensores electrónicos y actuadores. -.- @iagnóstico de fallas comunes a sensores y actuadores. -. Cantenimiento !reventivo a sensores y actuadores.
-.1 i!os de circuitos de control electrónicos
En los comienzos de la industrialización las m%#uinas fueron gobernadas esencialmente a mano e im!ulzadas desde un e0e com:n de transmisión o de l"nea. @ic(o e0e de transmisión era im!ulsado !or un gran motor de uso cont"nuo el cual accinaba mediante una correa tales m%#uinas en el momento #ue fuese necesario una de las desventa0as !rinci!ales #ue este sistema de transmisión de !otencia fue #ue no era conveniente !ara una !roducción de nivel elevada. El funcionamiento autom%tico de una m%#uina se obtiene eclusivamente !or la acción desl motor y del control de la m%#uina. Este control algunas veces es totalmente eléctrico y otras veces suele combinarse al control mec%nico !ero l os !rinci!ios b%sicos a!licados son los mismos. Una m%#uina moderna se com!one de tres !artes !rinci!ales #ue son las siguientes'
La misma, destinada para realizar un tipo de trabajo.
El motor, el cual es seleccionado considerando los requisitos de la máquina en cuanto a la carga, tipo de trabajo y _________de servicio que se requiere.
El sistema de control, que está estrechamente relacionado a las condiciones de funcionamiento tanto del motor como de la máquina.
TI'OS DE CONTROLES ELECTRICOS. Estos !ueden ser del ti!o' C5$U5&' Este ti!o de control se e0ecuta manualmente en el mismo lugar en #ue est% colocada la m%#uina. Este control es el m%s sencillo y conocido y es generalmente el utilizado !ara el arran#ue de motores !e#ue6os a tensión nominal. Este ti!o de control se utilizan frecuentemente con el !ro!ósito de la ! uesta en marc(a y !arada del motor. El costo de este sistema es a!roimadamente la mitad del de un arrancador electromagnético e#uivalente. E arrancador manual !ro!orciona genegalmente !rotección contra sobrecarga y desenganc(e de tensión m"nima !ero no !rotección contra ba0a tensión.
Este ti!o de control abunda en talleres !e#ue6os de metalisteria y car!inter"a en #ue se utilizan m%#uinas !e#ue6as #ue !ueden arrancar a !lena tensión sin causar !erturbaciones en las l"neas de alimentación o en la m%#uina. Una a!licación de este ti!o de control es una m%#uina de soldar del ti!o motor generador . El control manual se aracteriza !or el (ec(o de #ue el o!erador debe mover un interru!tor o !ulsar un botón !ara #ue se efect:e cual#uier cambio en las condiciones de funcionamiento de la m%#uina o del e#ui!o en cuestión. SEC
-.2 @iagnósticos de fallas a circuitos de control electrónicos.
-.3 Cantenimiento !reventivo y correctivo a circuitos de control e lectrónico. -.4 i!os de sensores electrónicos y actuadores. -.- @iagnóstico de fallas comunes a sensores y actuadores. -. Cantenimiento !reventivo a sensores y actuadores.
