UF0219: Montaje y mantenimiento eléctrico de parque eólico

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1 UF0219: Montaje y mantenimiento eléctico de paque eólico

2 Elaboado po: Equipo Nuevos Negocios en la Red Edición: 7.0 NUEVOS NEGOCIOS EN LA RED S.L. ISBN: Depósito legal: MA No está pemitida la epoducción total o pacial de esta oba bajo cualquiea de sus fomas gáficas o audiovisuales sin la autoización pevia y po escito de los titulaes del depósito legal. Impeso en España - Pinted in Spain

3 índice Montaje y mantenimiento eléctico de un paque eólico UD1 Electotecnia y electomagnetismo 1.1. Electotecnia: Fundamentos Geneales de Electicidad y Electomagnetismo Natualeza de la Electicidad Magnetismo y electomagnetismo Cicuitos elécticos Medida de magnitudes elécticas y pocedimientos de medida Lo más impotante...33 Autoevaluación UD UD2 Metodología del montaje y mantenimiento eléctico de instalaciones de enegía eólica 2.1. Montaje y mantenimiento eléctico de paques eólicos y de aeogeneadoes Metodología de tabajo en un paque eólico: Montaje, puesta en macha, mantenimientos peventivos y coectivos, equipos de tabajo Pocedimientos y opeaciones de pepaación y eplanteo de las instalaciones Fases de montaje Oganización y plan de seguidad Calidad en el montaje. Pliegos de pescipciones técnicas Pocesos de documentación técnica del tabajo Tipología de aveías Pogama de mantenimiento Diagnóstico de aveías en instalaciones de enegía eólica... 73

4 2.10. Pocedimientos de aislamiento mecánico y eléctico de los difeentes componentes de la instalación paa ealiza el mantenimiento coectivo Métodos paa la epaación de los distintos componentes elécticos de las instalaciones. Análisis económico de las actuaciones Equipos y heamientas más usuales paa ealiza el montaje y mantenimiento eléctico de instalaciones eólicas Redacción de infomes y documentos. Pates de tabajo Sistemas de seguidad paa el mantenimiento...80 Lo más impotante...89 Autoevaluación UD UD3 Montaje y mantenimiento de edes elécticas y cento de tansfomación 3.1. Constitución y caacteísticas técnicas y de montaje Pocedimiento Veificaciones Infomación ecopilada Pocedimiento Suministo y colocacion de testigo ceamico o de plástico de potección Colocacion de cinta de atencion al cable o cinta de señalización Tapado y compactado de zanjas Veificaciones Infomación ecopilada Cicuitos de tiea Tipología de aveías en las edes elécticas Montaje y mantenimiento peventivo y coectivo de edes elécticas Centos de tansfomación Celdas de MT.Tipos y funciones Dispositivos de manioba, cote y potección Esquemas elécticos y nomativa Montaje y mantenimiento peventivo y coectivo de celdas de media tensión Lo más impotante Autoevaluación UD eólica Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico

5 UD4 Montaje y mantenimiento de geneadoes y motoes elécticos 4.1. Tipos de geneadoes Maquina Asíncona Roto bobinado Conexión Estella- tiangulo Concepto de deslizamiento y balance enegético Potecciones de los geneadoes Reglamento Electotécnico de Baja Tensión Montaje, acoplamiento, alineación e inteconexión del geneado eléctico Mantenimiento peventivo y coectivo del aeogeneado. Veificación y método de sustitución de escobillas, odamientos y conexiones. Compobación de aislamiento Moto de coiente altena asínconos de Roto Bobinado Moto de coiente altena asínconos de Roto Bobinado Tipos de Aanque. Potecciones Lo más impotante Autoevaluación UD UD5 Montaje y mantenimiento de paques elécticos en un aeogeneado 5.1. Cuados: Gound, Top y Hub Diagamas elécticos unifilaes Diagamas elécticos tifilaes Disposición de apaatos elécticos/electónicos en los cuados. Pincipio de opeación, aspectos constuctivos y tecnológicos de los mismos Potecciones, enclavamientos y seguidades Pocedimiento de montaje, puesta en macha y mantenimiento Lo más impotante Autoevaluación UD

6 UD6 Montaje y mantenimiento de equipos de instumentación 6.1. Conceptos geneales de magnitudes físicas. Pesión, caudal, tempeatua, nivel, vibaciones, velocidad, etc Descipción técnica, caacteísticas, selección, instalación y configuación de medidoes Mantenimiento de equipos de instumentación Lo más impotante Autoevaluación UD UD7 Opeación en el telemando del contol de la subestación del paque 7.1. Constitución del softwae y hadwae, funcionamiento (Local y emoto) Monitoización y ajuste de vaiables, bases de datos, aveías, etc..209 Lo más impotante Autoevaluación UD eólica Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico

7 UD1 Electotecnia y electomagnetismo 1.1. Electotecnia: Fundamentos Geneales de Electicidad y Electomagnetismo Natualeza de la Electicidad Magnetismo y electomagnetismo 1.2. Cicuitos elécticos 1.3. Medida de magnitudes elécticas y pocedimientos de medida

8 eólica

9 UD Electotecnia: Fundamentos Geneales de Electicidad y Electomagnetismo Natualeza de la Electicidad La existencia de fenómenos tales como la capacidad del vidio y la ebonita paa adquii la popiedad de atae cietos pequeños pedazos de papel después de se fotados es un hecho expeimental que se denomina caga eléctica. Las sucesivas expeiencias dieon oigen a la idea de la existencia de la caga eléctica como una popiedad de la mateia. Po tanto, se postulaon dos natualezas paa la caga eléctica que se denominaon caga eléctica positiva y negativa. Los pincipios que se considean básicos e inalteables son: 1. Hay dos tipos de cagas elécticas, o dos natualezas de la caga eléctica, denominadas positivas y negativas. 2. En un sistema aislado, la caga eléctica neta se conseva. 3. La facción más pequeña de caga aislable es la contenida en un electón (o en un potón). a.conceptos y leyes básicas. Ley de Coulomb: Expesa el fenómeno que tiene luga ente dos cagas elécticas puntuales y que consiste en que cada una de ellas ejece una fueza sobe la ota. Dicha fueza es diectamente popocional al poducto de las cagas e invesamente popocional al cuadado de la distancia que las sepaa, siendo la diección de la fueza la ecta que las une y el sentido de la misma seá de atacción si son de natualeza distinta y de epulsión si tienen la misma natualeza. F qq F qq + + Q q Q q F Qq F Qq Fómula de la ley de Coulomb. F Q q = k 2 F qq + Q q F Qq Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico 9

10 vecto unitaio que nos indica diección y sentido de la fueza que ejece una caga sobe la ota. k=1/4πε 0 ; Constante de Popocionalidad (8, N.m 2.C -2 ) ε o es la pemitividad del vacío (8, C 2.N -1.m -2 ). La fueza oiginada F 1 es de atacción o de epulsión si las cagas son de signo contaio o de igual signo espectivamente. No existe ningún medio mateial donde dichas cagas inteactúan, sino simplemente inteactúan a distancia de una foma atactiva o epulsiva, lo que sí existe y se le ha dado el nombe de campo, al luga del espacio donde ocuen y se poducen estos fenómenos elécticos. De igual foma apaecen los nombes de campo eléctico y campo magnético. Intensidad del Campo Eléctico E en un punto deteminado P Se define como la fueza que se ejece sobe una caga de pueba P (unitaia y positiva) situada en ese punto deteminado y con la diección y sentido del vecto. E + Q P+ E = k Q 2 E Combinando la Ley de Coulomb y la Intensidad de campo eléctico, podemos enconta la elación siguiente, que nos dice que la fueza ente las cagas es q veces el valo de la intensidad de campo E en el punto P. Q P+ + q E F F = E q F 1Paa difeencia las magnitudes escalaes de las vectoiales en el texto, se utilizaá un fomato de negita en las magnitudes que sean vectoiales. q 10 EDición 7.0

11 UD1 Viniendo a deci que una caga dento de un campo eléctico E expeimenta una fueza popocional al campo de módulo F = E q, y la de diección es la misma, peo de sentido depende del signo de la caga. El tabajo de una fueza consevativa es el valo de una función que sólo depende de estado inicial A y final B que denominamos enegía potencial. B A F dl = E p E pa Quedando la expesión infinitesimal del tabajo como: dw = F dl = F dl cosθ = F d pb A A Q q F dl B B d F θ dl Puesto que d es el desplazamiento infinitesimal de la patícula cagada q en la diección adial. El tabajo ealizado seá la suma de todos los tabajos infinitesimales, luego, seá: La enegía potencial es: W B 1 = 4πε A Qq d = 1 Qq 2 0 4πε 0 A 4 1 πε 0 Qq B Luego, paa =, la enegía potencial es ceo, po tanto la enegía cinética como la potencial de la patícula es constante, se conseva paa cualquie punto de la tayectoia. Potencial Electostático E p 1 = 4πε Qq E = 1 mv + 2 E = p cte 2 El potencial es una popiedad del punto P del espacio entono a la caga Q, luego establecemos que el potencial V es la enegía potencial po unidad de caga positiva imaginaiamente situada en dicho punto P. 0 Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico 11

12 V = E q p 1 V = 4πε 0 Q Siendo la elación ente E y V la siguiente: E A B E A B d La difeencia de potencial es el áea que existe bajo la cuva ente A y B. Si el campo se mantiene constante, es el áea del ectángulo. El campo eléctico E es consevativo, luego tenemos que: El tabajo que ealiza el campo eléctico sobe una caga q cuando se desplaza desde una posición A de potencial Va a ota posición B de potencial Vb es: Si q>0 y V A >V B luego W>0. V A + q F V B E F V A > V B q x Paa un sistema de n cagas puntuales 12 EDición 7.0

13 UD1 q P E 2 E 1 E 3 El campo eléctico E poducido po n cagas en el punto P, es la suma vectoial de los campos poducidos po cada una de las cagas individuales en el punto P. q 2 1 q 1 Donde i es el vecto unitaio. El potencial seá en P. Ley de Gauss. Cuando el vecto E es constante en toda una supeficie S, el flujo es el poducto escala del vecto campo po el vecto supeficie Φ = E S (el flujo se mide en Webe, W). El vecto supeficie es pependicula al plano. Si E y son pependiculaes, el flujo es ceo. La ley de Gauss indica que el flujo del campo eléctico a tavés de una supeficie ceada es igual a la caga que hay en el inteio de la supeficie dividida ente ε0. Si fuese una línea indefinida cagada, la aplicación de dicha ley equeiía ealiza los siguientes potocolos: Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico 13

14 1.Ve la simetía de la distibución de caga, y detemina la diección de E. 44 La diección del campo es adial y pependicula a la línea cagada. 2.Elegi una supeficie ceada paa calcula el. 44 Toma como supeficie ceada, un cilindo de adio y longitud L. 44 Cálculo del Φ, E y S1, S2, foman 90º, luego el Φ es ceo. 44 E es paalelo al vecto supeficie ds. 3.Detemina la caga que hay en el inteio de la supeficie ceada. 44 La caga existente en el inteio de la supeficie ceada vale q=λ L, donde λ es la caga po unidad de la longitud. 4.Aplica el teoema de Gauss y despejamos el módulo del campo eléctico. De esta foma, aplicando la Ley de Gauss, calculamos el campo eléctico de una manea más ápida y eficiente. b.magnitudes elécticas Intensidad de coiente (I) La coiente eléctica es el flujo de electones que ataviesa un conducto po unidad de tiempo; se mide en Ampeios (A). Tensión eléctica (V) Es la difeencia de potencial que existe ente dos puntos cuando la caga se mueve desde el potencial más alto al más bajo; se mide en voltios (V). Resistencia eléctica (R) Es la mayo o meno dificultad que pesenta un elemento al paso de la coiente eléctica; se mide en Ohmios (Ω). 14 EDición 7.0

15 UD Magnetismo y electomagnetismo El magnetismo es una popiedad que tienen los mateiales cuando se ataen o se epelen de otos. La gan mayoía tienen popiedades magnéticas aunque sólo unos cuantos la pesentan en mayo medida. Estos mateiales son a los que llamamos mateiales magnéticos. Se clasifican según el compotamiento que tienen cuando se acecan a un imán, es deci, a un campo magnético. Los momentos magnéticos con diección y sentido, así como el momento esultante, quedaán definidos po la el compotamiento de los mateiales enté sí. Los mateiales feomagnéticos son aquellos que pueden se magnetizados constantemente al sometelos a un campo magnético. Algunos ejemplos son el hieo, el níquel y algunas aleaciones de los anteioes. Los mateiales paamagnéticos son mateiales ataídos po los campos magnéticos, peo no mantienen esa magnetización y los mateiales diamagnéticos no son ataídos po los campos magnéticos. a.conceptos, leyes geneales y magnitudes magnéticas. N S Los imanes son mateiales que pesentan un campo magnético más desaollado que la mayoía. Un imán puede se natual o magnetizado exteiomente po un campo exteno como el hieo. Los imanes pesentan dos polos, Note y Su. En los imanes apaecen unas fuezas magnéticas que modifican la tayectoia y no el módulo de la velocidad que se veá posteiomente. Po tanto, cuando sobe un conducto cicula electicidad y se encuenta en un campo, apaece esa fueza magnética. El campo magnético se mide en Tesla y lo definimos como B. Fueza magnética sobe una caga en movimiento. Fueza de Loentz. La fueza magnética o de Loentz apaece cuando una caga eléctica en movimiento ataviesa un campo magnético. Ésta modifica la diección de la velocidad, sin modifica su módulo. El sentido de dicha fueza se calcula po la egla de la mano deecha (indicando cada uno de los dedos la velocidad, el campo y la fueza), fomando 90º ente cada uno de los tes dedos. El sentido de la fueza es paa cagas positivas. Si las cagas son negativas el sentido es el opuesto al obtenido con la egla de la mano deecha. Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico 15

16 B ceado po una coiente eléctica F m = q (VxB) siendo el poducto vectoial. q la caga. V la velocidad y B el campo magnético. La coiente que cicula po un conducto cea un campo magnético alededo del mismo. La diección y el sentido del campo magnético alededo del conducto se calculan po la egla del sacacochos que consiste en imagina un sacacochos que avanza en sentido de la coiente. Paa ealizalo debe movese y desplazase en un sentido de gio, que es el campo que cea dicha coiente, es deci, B. Ley de Ampee La Ley de Ampee elaciona un campo magnético con la coiente eléctica que lo genea. Paa calcula el campo alededo de un conducto ectilíneo se considean conductoes de longitud infinita. μ 0 = Constante de pemeabilidad magnética i= Intensidad de la coiente B = Vecto campo magnético dl = Difeencial de longitud del cicuito que se toma alededo del conducto θ = Angulo fomado con el difeencial de longitud Ley de Faaday La E (fueza electomotiz inducida) se detemina po la Ley de Faaday que indica la vaiación del flujo magnético po unidad de tiempo. Se le antepone un signo negativo paa decinos que va en sentido contaio a la causa que la poduce de la siguiente foma: 16 EDición 7.0

17 UD1 Actualmente, casi toda la enegía que se consume en los hogaes y en la industia se obtiene gacias al fenómeno de inducción electomagnética. Existen geneadoes movidos po agua, vapo, petóleo o enegía atómica, en los cuales, enomes bobinas gian ente los polos de potentes imanes y genean gandes cantidades de enegía eléctica. Definición de inducto e inductancia Un inducto es un aollamiento de un mateial conducto sobe un núcleo de un mateial feomagnético. El inducto almacena enegía y lo hace en un campo magnético. En la ciculación de una coiente eléctica po el inducto, éste genea un campo magnético y po tanto un flujo magnético. Si el flujo es vaiable, puede inducise en ota bobina cecana geneando en ésta una fueza electomotiz inducida. La Inductancia (L) y la Enegía que almacena (W). Magnitudes Magnéticas. Existe una analogía ente las magnitudes elécticas y magnéticas. Electicidad Intensidad Potencial electostático Resistencia Fueza electomotiz Conductancia Magnetismo Flujo Potencial magnético Reluctancia Fueza magnetomotiz Pemeancia Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico 17

18 1.2. Cicuitos elécticos 44 Cicuitos de CC y CA. Cuando existen dos puntos con difeente potencial eléctico y éstos son unidos po un conducto, se poduce un movimiento de cagas llamado coiente eléctica, que tiende a equiliba las cagas ente un lado y oto, disponiendo una fuente de tensión o intensidad. Fuentes de tensión Ente los bones del cicuito existe una difeencia de potencialconstante, po ese motivo la coiente que se entega depende del valo de la esistencia del cicuito. En los cicuitos la fuente de tensión se simboliza con dos líneas de distinto tamaño, coespondiendo la más gande al polo positivo. Fuentes de coiente Las fuentes de coiente son aquellas que pesentan una coiente constante al cicuito. Si cambia el valo de la esistencia de caga, la fuente aumenta o disminuye el potencial ente sus polos paa mantene constante la coiente po esa esistencia. La existencia de una coiente eléctica significa que se están moviendo los electones, van del polo negativo al positivo. Sin embago, el hecho de que se muevan los electones significa un movimiento de cagas negativas en el mismo sentido y po lo tanto un movimiento de cagas positivas en sentido contaio, lo que quiee deci que una coiente eléctica también se puede epesenta como un movimiento de cagas (positivas) desde el positivo al negativo. Oto elemento impotante es la esistencia de un mateial, diectamente popocional a su longitud e invesamente popocional a su sección. Se calcula multiplicando el coeficiente de esistividad po la longitud del mismo y dividiéndolo po su sección. 18 EDición 7.0

19 UD1 ρ = Coeficiente de esistividad del mateial l = Longitud del conducto s = Sección del conducto. Además de los conductoes, existen los semiconductoes y los supeconductoes. En los semiconductoes, el valo de la esistencia es alto o bajo dependiendo de las condiciones en las que se encuente el mateial, mientas que los supeconductoes caecen de esistencia. Resistencias en seie La esistencia total es igual a la suma de cada una de las esistencias. Rt = R1 + R2 + R3 Coientes y tensiones R1 R2 R3 R t La coiente po una ama en seie es la misma, luego la misma intensidad pasa po cada una de ellas. La suma de las caídas de tensión en cada esistencia es igual a la tensión total aplicada a la ama. R1 R2 A I t R3 B Resistencias en paalelo La invesa de la esistencia total seá la suma de las invesas de cada esistencia. Tensión en cada esistencia. R t A B Montaje y mantenimiento mecánico y eléctico de un paque eólico 19

20 La tensión aplicada a cada esistencia es la misma que la aplicada ente A y B. V1 = V2 = V3 Coiente po cada esistencia La coiente se divide en cada nodo (asociado a cada esistencia) de tal foma que la suma de todas las coientes en paalelo es igual a la coiente total. I = I1 + I2 + I3 Ley de Ohm La Ley de Ohm indica la elación ente la tensión, la coiente eléctica y la esistencia y asegua que la intensidad de coiente que cicula po un conducto eléctico es diectamente popocional a la tensión e invesamente popocional a la esistencia (consideando constante la tempeatua). Leyes de Kichhoff Establecen la sistemática paa analiza y calcula los cicuitos. R I + V Definiendo el concepto de nodo como el punto de un cicuito en el que se unen tes o más conductoes, la ama como la pate del cicuito unida po dos nodos y la malla como el ecoido ceado dento de un cicuito. Se establecen dos leyes al especto: 1.Ley de nodos La suma algebaica de las coientes en un nodo es igual a ceo. I1 I2 I3 = 0 I 1 I 2 I 3 20 EDición 7.0