TECNOLOGÍA ELÉCTRICA TEMA 9

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1 TECNOLOGÍA ELÉCTRICA TEMA 9 CENTROS DE TRANSFORMACION 1 CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN TIPO INTEMPERIE INTERIOR ALIMENTACIÓN AEREA SUBTERRANEA MIXTA PROPIETARIO DE LA INSTALCIÓN ABONADO ABONADO, MANTENIMIENTO COMPAÑÍA SUMINISTRADORA COMPAÑÍA SUMINISTRADORA 1

2 CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN POSICIÓN EN LA RED DE M.T. Subestación secundaria 13 kv/0 kv DE PUNTA DE PASO DE ANILLO L. RADIAL L. ANILLO ENTRONCADO A LINEA AEREA INDEPENDIENTE E/S Subestación secundaria Ct. Ct. Ct. Centros de Transformación Independiente P Centros de Transformación en anillo 13 kv/0 kv Ct. punta Ct. paso Centros de Transformación: de punta y de paso 3 CLASIFICACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN MEDIDA M.T. B.T. M.T. Y B.T. Esquema de Medida en media y baja tensión Esquema de Medida en media tensión Esquema de Medida en baja tensión 4

3 COMPOSICIÓN GENERAL DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN C.T DE INTERIOR Celdas y esquema unifilar de centro de transformación simple 5 COMPOSICIÓN GENERAL DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN C.T DE INTERIOR Simbolos de equipos de un centro de transformación Interruptor Seccionador Seccionador de tierra Interruptor-seccionador Interruptor con cortacircuito fusible incorporado Fusible Contador Transformador de potencia Transformador de tensión Transformador de intensidad Enclavamiento mecánico Tierra Pararrayos Botella terminal 6 3

4 TIPOS DE CELDAS Y ELEMENTOS QUE LA INTEGRAN CELDAS DE LINEA: Esquema de una celda de línea Esquema unifilar de dos celdas de línea Esquema unifilar de entrada aérea 7 CENTROS DE TRANSFORMACIÓN DE INTEMPERIE 8 4

5 CENTROS DE TRANSFORMACIÓN DE INTEMPERIE 9 CELDAS DE MEDIDA Wh CONTADORES Conexiones de los aparatos de medida en media tensión Armario o módulo aislante de medida Dispositivo de verificación normalizado FUSIBLES Celdas de medidas A.T. S 1 P 1 S P S 1 S P 1 P S 1 S P1 P A T.T B S 1 P 1 S P T.I. C 10 5

6 MEDIDA Y PROTECCIÓN Esquema unifilar de una protección indirecta M: A: C: PI: B: ( Dispositivo Transformadores Equipo ó 3 T.I., de ó 3 corte(interruptor-seccionador T.T.) de intensidad de protección con ( ó fusibles 3 T.I.) BD: Relé Bobina de de protección medida de disparo indirecta del dispositivo de corte o interruptor automático) 11 CELDAS DE PROTECCIÓN Y MEDIDA Esquema unifilar de protecciones directa e indirecta Protección directa con interruptorseccionador y fusible Protección indirecta con interruptorseccionador y fusible 1 6

7 CELDAS DE PROTECCIÓN Y MEDIDA Esquema unifilar de protecciones directa e indirecta Protección directa con interruptor automático Protección indirecta con interruptor automático 13 CELDAS DE TRANSFORMADOR Celda de un transformador con refrigeración en aceite. 14 7

8 CANALIZACIONES Valores de las tensiones de ensayo KV eficaces KV cresta KV eficaces 15 CANALIZACIONES Distancias mínimas en función de la tensión tipo rayo ensayos (C.T de obra) 16 8

9 SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Cargas admisibles en amperios para pletinas de cobre Carga continua en A Valores estáticos para una barra Ancho Corriente Corriente x Sección Peso alterna continua x x y y espesor 10 a 60 Hz 1 pletina 1 pletina Wx cm 3 Jx cm 4 Wy cm 3 Jy cm 4 mm mm kg/m desnuda desnuda 1 x 4 0, ,048 0,088 0,008 0, x 30 0, ,075 0,056 0,010 0, x , ,11 0,0840 0,0 0, x 40 0, ,133 0,1330 0,013 0, x , ,00 0,000 0,030 0, x , ,333 0,3330 0,083 0,008 5 x , ,31 0,3900 0,037 0, x , ,51 0,6510 0,104 0, x , ,450 0,6750 0,045 0, x , ,750 1,150 0,175 0, SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Cargas admisibles en amperios para pletinas de cobre Carga continua en A Valores estáticos para una barra Ancho Corriente Corriente x Sección Peso alterna continua x x y y espesor 10 a 60 Hz 1 pletina 1 pletina Wx cm 3 Jx cm 4 Wy cm 3 Jy cm 4 mm mm kg/m desnuda desnuda 1 40 x ,1 1, ,048 0,800 0,088 1,6000 0,008 0,060 0,0008 0, x , ,333,6660 0,166 0, x , ,666 5,3330 0,666 0, x 5 50, ,080 5,000 0,08 0, x , ,160 10,4000 0,833 0, x 5 300, ,000 9,0000 0,50 0, x , ,000 18,0000 1,000 0, x , ,333 1,3300 0,333 0, x , ,660 4,6000 1,333 0, x , ,333 41,6600 0,417 0, x , ,660 83,3000 1,666 0,

10 SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Densidades admisibles en función de la sección 19 DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Criterio Térmico I? I,???? ( tablas 9.3, 9.4) ; S 50mm ad ad? Criterio de Calentamiento en c.c S ( mm I t? t ccp K? )? k ad t? 1 seg? t ad? 150 ºC 0 10

11 DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Criterio Electrodinámico f? Kg / m? I S ( KA)?,04 d? cm? Iccp f? 13, d 1 T ( / ) l max kg m? f ( m) 8 d (cm) l(m) l max? cm? T? kg?? max? ? cm? /? ad Wy S? W y? Tmax? 100? ad. T máx.? ad (Cu)? 100 kg/cm? ad (Al)? 1000 kg/cm 1 DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES Sección de conductores rígidos más usuales en centros de transformación y b y y D h x D x x x d y y y W Pletinas 1 I y?? h b 1 I y? b 1 6 y?? 3 hb I? I? 0,0491? D y Redondos y W? 01,? D 3 4 Conductores Huecos? 4 I? I??(D? d y y 64 4? D 4? d W?? 3 D 4 ) 11

12 EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO Se quiere dimensionar el embarrado de una instalación de 0 kv, con una potencia de cortocircuito en 0 kv de 350 MVA y con unas distancias entre fases y entre apoyos tal y como los indicados en la figura 9., siendo la corriente nominal de 100 A. Ejemplo de embarrado de un C.T. convencional. Se realiza el embarrado con pletinas de cobre de disposición vertical y pintadas. Teniendo en cuenta que la corriente nominal es de 100 A entrando en el cuadro 9.4 se observa que con una pletina de 1 sería suficiente, pero teniendo en cuenta que su resistencia debe ser igual o menor a la de la varilla de 8 mm de di ámetro (50,6 mm de sección), se adopta desde el punto de vista de calentamiento una pletina de (0 3) mm. 3 EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO Para dimensionar la pletina desde el punto de vista de esfuerzos electrodinámicos se parte de la potencia de cortocircuito y se calcula la I cc,p. 6 Scc 350? 10 k = Icc,p = =? 10 ka 3? U 3? 0? 10 I 3 y con ello se tendr á una fuerza por unidad de longitud: I p (ka) f = 13,? d (cm) lo que supone un momento máximo de = 13, cc,? kg = 33 m 1 1 Tmáx =? f l =? 33?(1,5) = 9,8 kg? m

13 EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO para tener una? menor a la admitida por el cobre se requiere un módulo resistente de la barra de:? T? 9,8 kg? m 9,8 = =? 100 cm kg cm máx 3 3 W adm = 0,77 cm Entrando en el cuadro 9.3 supone una pletina de mm y por tanto comparando las dos soluciones encontradas (calentamiento y esfuerzo electrodinámico) se adapta una pletina de 50x10 mm en posición vertical. 5 EJEMPLO DE CÁLCULO DE UN EMBARRADO Obs érvese que la pletina de 0 3 mm, no hubiese soportado el esfuerzo electrodinámico:? máx W y =? a b =??(0,3) = 0,03 cm 6 6 T = W máx y 98 = 0,03 kg? cm kg >? 1.00 cm El procedimiento explicado es válido para cualquier nivel de tensión (B.T, M.T y A.T) y de instalación (embarrado en cuadro, subestaciones al aire, etc.), pero cada una tendr á especificidades propias (valores altos de I, de la I cc, forma de la sección de los conductores, número de conductores por fase, etc.). Para estudiar más detalladamente cada caso se recomienda acudir a bibliografía más especializada. 6 13

14 TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA DE LLENADO INTEGRAL -- DE 100 kva A.500 kva y hasta 36 kv -- 7 TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA CON RADIADORES Y DEPOSITO DE EXPANSIÓN -- HASTA.500 kva y 36 kv

15 TRANSFORMADOR EN ACEITE Y SILICONA DE POTENCIA Y ESPECIALES -- HASTA 10 MVA y 7 5 kv -- 9 TRANSFORMADOR DE DISTRIBUCIÓN EN ACEITE Y SILICONA CON RADIADORES Y DEPOSITO DE EXPANSIÓN -- HASTA.500 kva y 36 kv

16 TRANSFORMADOR INTEGRAL Necesariamente deben estar construidos con aletas de refrigeración, carecen de cámara de aire en su interior, el aceite llega interiormente hasta el final de los pasatapas, la dilatación del aceite por temperatura, es absorbida por la dilatación de las aletas que permiten el aumento del volumen interior con su expansión. 31 TRANSFORMADOR HERMÉTICOS Construidos con aletas o radiadores, en la parte superior queda una cámara de aire que se comprime y reduce su tamaño cuando aumenta el volumen de aceite debido al calentamiento, siempre la parte activa permanece sumergida en aceite para asegurar su aislamiento 3 16

17 TRANSFORMADOR CON DEPOSITO DE EXPANSIÓN Constructivamente son similares a los herméticos, pero llevan un deposito llamado de expansión por encima de la tapa, que obliga a que los interiores de las bornas en AT queden totalmente sumergidas en aceite

18 CURVAS DE FUSION 35 CURVAS DE FUSION 36 18

19 ESQUEMAS DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN CON TECNOLOGIA DIFERENTE Centro de aparellaje convencional en celdas de mamposteria Centro con celda compacta de SF 6 Centro de aparellaje convencional bajo envolvente metalica 37 COMPARACIÓN DE TAMAÑOS DE CENTROS DE TRANSFORMACIÓN VOLUMEN OCUPADO POR LAS CELDAS PARA UN MISMO ESQUEMA Esquema eléctrico: celdas de línea y 1 de protección(4kv) 38 19

20 ASPECTO DE UNA CELDA COMPACTA EN SF 6 39 CENTRO PREFABRICADO DE HORMIGÓN 40 0

21 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. 1. Intensidad de Alta Tensión:. Intensidad de Baja Tensión: Scc I1 = = = 8,9A? 9A 3? U1 3? 0 Primario: 3. Corrientes de cortocircuito: Corriente de cortocircuito permanente: '' Scc 350 Icc, p,1= I k,1 = = =10,1kA? 10 ka 3? U 3? 0 Icc, máx,1= I? l =? 1,8? I s 1 Scc I = =? 1.50 A 3? U 3? 0,380 Corriente de cortocircuito máxima instantánea: cc, p = 5,5 ka Secundario : ' ' I 1.50 I k, = Icc,p, = = = ? 30kA? 0,05 cc Is = Icc,máx,?,55? Icc, p, = 75kA 41 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. 4. Dimensiones del embarrado de M.T: 1) Cálculo térmico, por densidad de corriente : A la intensidad nominal de 9 A, le corresponde una sección mínima según el MIE-RAT de 50 mm. ) Cálculo electrodinámico : Suponiendo una separación entre apoyos de 1m y distancia entre fases de 5 cm. Is (ka) 5? f =,04? =,04? 5 d(cm) 5 kg = 53 m El cálculo del momento máximo se hace para los dos casos extremos: 1 1 Tmáx =? f? l = 6,65 kg? m; Tmáx =? f? l = 4,41 kg? m

22 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. Requiriéndose en cada caso un módulo resistente: Tmáx? ,5 3 W y = = = 0,55cm ;? 1.00 adm 4. Dimensiones del embarrado de M.T: T máx? 100 W y = =? adm = 0,37 cm En el cuadro se observa que pletinas de mm, con W y =0,666 cm 3 ; o de con W y =0,833 cm 3, serían suficientes. Hay que tener en cuenta que para C.T.s de paso, o de anillo, el cálculo por densidad de corriente no se hace con la intensidad nominal del primario del transformador, sino para la corriente de paso por las celdas de línea que indica la compañía distribuidora y que suele ser de 400 A o 630 A. No obstante, las pletinas escogidas admitirían esa corriente sin problema. Las compañías distribuidoras suelen indicar unas secciones mínimas para los conductores de las celdas de línea CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. 3) Comprobación por solicitación térmica en cortocircuito : Se comprueba que el calentamiento durante un cortocircuito, es decir, el incremento de temperatura, es inferior al admisible. Se aplica la expresión: 1 Icc,p? t? S =? k?? T Donde S (mm ) es la sección del conductor;? T (ºC) el incremento de temperatura admisible, se suele tomar 150 ºC; t (s) el tiempo de disipación de la falta, se tomará en el ejemplo 1 segundo; k es una constante que depende de la capacidad térmica del conductor y de su resistividad media en el intervalo de temp eraturas considerado, los valores normales de k para el cobre y las unidades indicadas están entre 11 y 13. Así pues: S = ? = 68 mm»400 ó 500 mm 44

23 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. Por tanto, las secciones propuestas son adecuadas. Este cálculo es aproximado; pero en general es suficiente. Para cálculos más precisos y justificación de [5], ver referencia (Ras, 1975: 7).. 5. Cálculo de las instalaciones de puesta a tierra. Se expondrán escuetamente los cálculos, siguiendo lo explicado en el tema de tierras. Primero se calculará la puesta a tierra de las masas del C.T. 1) Naturaleza del terreno: Se tomará una resistividad,? =100 Ohm m. ) Corrientes máximas de puesta a tierra (defecto fase-masa) y tiempo máximo de eliminación del defecto. Se considera: X T? 7/3?, I d =500 A, t d =0,7 seg. 45 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. 3) Diseño preliminar de la instalación de tierra: Se considera inicialmente, un electrodo en forma de anillo de 4 3 m con 4 picas, de L=m, enterrados a una profundidad de 0,5 m, según el cuadro 3.4 del capítulo 3. Para esta disposición, se tiene: K r =0,1; K p =0,031; K c =0,0506. Obteniéndose los valores de la resistencia de tierra (R T ) y de las tensiones de paso (V p,m ) y contacto (V c,m ) máximas: V V c,m RT = Kr? = 10? = Kp? Id = V = Kc? Id =.530 V p,m 46 3

24 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. 3) Diseño preliminar de la instalación de tierra: Con esa resistencia de tierra, la tensión de defecto (V d ) será, como mucho: Vd? RT Id = 10? 500 = V Recuérdese, que en el caso de que en el C.T. se disponga de tierra común para masas de M.T y neutro de baja, la tensión de defecto debe ser menor que V. Los valores de V p,m y V c,m han de ser inferiores a los valores máximos admisibles (V p,ad, V c,ad ) calculados a continuación, con k=7 y n=1: 10? k? 6??? V p,ad = 1+ = V n t d? 1.000? k? 1,5??? V c,ad = 1+ n t d? 1.000? Si? = 100?? m? V c,ad =118V Si? = 3.000?? m? Vc,ad = 566V 47 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. Se observa que con la tensión de paso, no hay problema; pero sí lo hay con la tensión de contacto, puesto que aun admitiendo una resistividad alta (suelo de hormigón) la V c,ad =566 V es mucho menor que la que se puede presentar, V c,m =.530 V. Si se quiere rebajar el valor de V d y el de V c,m hasta valores admisibles, habrá que buscar otra disposición de los electrodos de tierra; para ello se pueden utilizar las tablas de la referencia (UNESA, 1989: 13). Si resultase muy difícil o excesivamente costoso el conseguirlo, se puede recurrir a tomar medidas alternativas (ver MIE RAT 13, apartado.). Los conductores de tierra se pondrán de acero (50 mm ) o cobre (5 mm ) que son las secciones mínimas admisibles; y que dan lugar a densidades de corriente de defecto inferiores a las admisibles: Id 500 A? ac = = = 10 < 60 Sac 50 mm Id 500 A? Cu = = = 0 < 160 SCu 5 mm 48 4

25 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. también se puede calcular la tensión de paso máxima admisible en el acceso del C.T.: 10? k? 3?? +3? '? 10,7? 3? ? 3.000? Vp(acc) = 1+ = 1 + = V n t? 1.000? 0,7? 1.000? donde? y? son las resistividades en el exterior (? ) y en el interior (? ) del C.T. Como sale un valor alto, en general no será preciso calcular la tensión de contacto exterior si se adopta la precaución de que las puertas y tierras metálicas que dan al exterior del centro no estén conectados eléctricamente con masas conductoras del interior de la instalación. 49 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. 6. Cálculo de la ventilación del C.T. Un cálculo aproximado puede realizarse, siguiendo el libro de Transformadores de Ras (Ras, 1991: 8), apéndice 14. Se considera que el transformador tiene un rendimiento del 98% a plena carga, lo que equivale a unas pérdidas de 0 KW a plena carga. Se considera un incremento de temperatura del aire,? T = 15 ºC. El caudal de aire necesario, es: Ppérd 0 Q = = =1,15 m 1,16?? T 1,16? 15 s

26 CÁLCULO DE UN CENTRO DE TRANSFORMACIÓN EJEMPLO: Se va a calcular un C.T de kva, 0 kv/380v, con entrada y salida subterráneas y 350 MVA de potencia de cortocircuito (S cc ). Relación de cortocircuito del transformador, e cc =5%. 6. Cálculo de la ventilación del C.T. Considerando una diferencia de altura entre la rejilla de entrada y de salida, de metros (h= m), y con una velocidad de salida de aire de 0,7 m/s, obtenida según tablas. La sección mínima de las rejillas será de: S rej Q = v sal 1,15 = 0,7 =1,64 m En el proyecto de un C.T. se incluirán el cálculo del dimensionamiento del foso apagafuegos, en caso de que el tipo de transformador lo requiera, y los cálculos necesarios para justificar la selección de la aparamenta requerida 51 EJEMPLO : ESQUEMA UNIFILAR Y DISTRIBUCIÓN EN CELDAS DE UN C.T. ESQUEMA UNIFILAR DE UN C.T. CON TRES TRANSFORMADORES. 5 6

27 EJEMPLO : ESQUEMA UNIFILAR Y DISTRIBUCIÓN EN CELDAS DE UN C.T. PLANTA DEL C.T. ANTERIOR 53 7