Segundo Parcial

Preguntas que se repiten:

1. Indique por lo menos cinco elementos principales constitutivos de una subestación.

Transformadores de potencia

Transformadores de medida

Interruptores

Seccionadores

Pararrayos

2. Especifique a qué porcentaje del valor de la potencia del transformador, considerando si

empleo en una central de base, o en una subestación de distribución, se tendrá el

rendimiento máximo del transformador.

o Central de base -> al 100 % ya que si es menor habría perdida de dinero

o Central de distribución -> al 75% por el consumo variable de acuerdo a la

demanda

3. Por su nivel de tensión, las subestaciones se clasifican en:

Media tensión: 1-60 kV

Alta tensión: 60-230 kV

Extra alta tensión: 230 o 345-700 kV

Ultra alta tensión: 700 o 800-1500 kV

4. Explique las desventajas del autotransformador.

• Al tener una impedancia interna menor, las corrientes de corto circuito son mayores. Esto significa limitar el uso del autotransformador a lugares donde las corrientes de cortocircuito no son críticas. • No existe separación física entre primario y secundario. Las sobretensiones que llegan al primario pasan al secundario sin variación, para esto se debe dimensionar toda la aislación para el voltaje primario.

5. Por su función las subestaciones de clasifican en:

ELEVADORAS O DE GENERACIÓN. Son subestaciones de centrales eléctricas, cuyo objetivo es elevar la tensión para la transmisión.

RECEPTORAS O DE REBAJE. Rebajan la tensión para la distribución.

INTERCONEXION. Interconectan sistemas de alta tensión a alta tensión exclusivamente.

MANIOBRA. Conectan y desconectan líneas de transmisión mediante interruptores.

CONVERTIDORAS. Estas subestaciones pueden cambiar la frecuencia; o también cambiar la corriente de alterna a continua o viceversa.

6. Explique ¿qué es la potencia de precisión (Burden) o presentación?

Es la máxima carga o potencia en Volt Amperes VA que se puede conectar en los bornes del secundario del transformador sin que el error supere él limite establecido por su clase de precisión.

7. Defina qué es un Sistema de barras.

Esquema o sistema de barras es el modo en que los elementos principales de una subestación se conectan entre sí y con el sistema al cual pertenecen.

8. Explique por lo menos tres criterios para la selección de un esquema de barras en una

subestación.

a) Seguridad de servicio En este aspecto se debe tomar en cuenta el comportamiento frente a: - falla en interruptores - falla en barras La falla en interruptores es la más probable, en cambio las fallas en barras (corto circuito en barras) son menos probables.

b) Flexibilidad del esquema Se toma en cuenta los mantenimientos en interruptores y barras, también las futuras ampliaciones que pueda tener la subestación.

c) Importancia de la subestación Depende caso por caso de la importancia asignada a una subestación dentro del sistema al cual pertenece, el criterio varia País a País y empresa a empresa.

d) Simplicidad operacional Los esquemas deberían ser lo más simples posible para facilitar la operación y el mantenimiento por el personal.

e) Espacio ocupado El espacio ocupado es importante porque no siempre se tiene espacio ilimitado y a un costo accesible.

f) Costo

Se debe establecer cuanto se puede gastar o invertir desde un punto de vista técnico económico para cumplir con los objetivos.

9. Existen dos tipos de sobretensiones. Indique cuáles son y explique cuáles son las

principales causas para su aparición.

Origen Externo: Son aquellas sobretensiones que se originan al exterior del sistema eléctrico, la magnitud de esta sobretensión no depende del voltaje nominal del sistema eléctrico. Un caso típico son las sobretensiones de rayo debido a descargas atmosféricas. Origen interno: Se originan al interior del sistema eléctrico. Su magnitud es proporcional al voltaje nominal del sistema. Se distinguen dos tipos: sobretensiones de maniobra y sobretensiones temporarias.

10. Defina qué es un transformador, y explique cuál es su función dentro de un sistema

eléctrico.

Los transformadores son máquinas electromagnéticas estáticas, cuya función principal es cambiar la magnitud de las tensiones, y por ende de las corrientes. Un transformador de potencia esta constituido por tres partes principales: Parte activa Parte pasiva Accesorios

11. Indique las razones por las cuales los generadores empleados en las centrales se conectan

en la mayor parte de los casos en estrella y el neutro se conecta a tierra.

Ventajas: • Se tiene acceso al neutro físico (para sistemas neutro a tierra). • Se puede tener una aislación progresiva en las bobinas (menor al neutro), lo cual abarata los costos en alta tensión.

12. Explique ¿qué entiende por Subestación de Potencia?

Una “subestación eléctrica” es un conjunto de equipos de una instalación eléctrica que nos permiten modificar parámetros eléctricos (frecuencia, tensión, corriente, etc.) y/o modificar la configuración de un sistema eléctrico.

13. ¿Cuáles son los factores a considerar para el diseño de una Subestación?

No deben conectarse a tierra los neutros de los circuitos secundarios, de baja

tensión por lo que se los considera conductores energizados para evitar

inconvenientes.

Es conveniente construir cámara de inspección para poder poner aparatos de

medida y asi controlar periódicamente la resistencia de la malla

Todos los elementos metalicos de los edificios que se encuentran en el área de

la subestación deben estar al mismo potencial de tierra, de modo que todos

los aparatos y tableros también deban conectarse a tierra.

Se debe extender una capa de grava por lo menos un metro mas alla de los

limites de la malla.

Sobre el plano de fundaciones, se diseña el mallado teórico, adecuando las

diferentes puestas de tierra y reforzando las zonas de inyección de corriente

(pararrayos y neutros) con varillas, e instalando varillas periféricas para ayudar

al control de potenciales en el contorno.

14. Explique todo lo que sabe del Relé Buchholz 63B (funcionamiento y función).

Este relé está instalado en la tubería que conecta la cuba y el tanque de expansión en la parte superior del transformador. Sirve para detectar fallas internas en el transformador. Cuando se producen cortocircuitos o descargas parciales, estas descargas o arcos parciales producidos dentro el transformador descomponen el aceite produciendo gases ( metano, hidrogeno ) que necesariamente tienen que pasar por el relé de gas, donde existen dos flotadores con diferente sensibilidad. Cuando existe turbulencia debido a los gases que se generan, actúa el primer flotador cerrando sus contactos y de esta forma da alarma, y si hubiera una turbulencia grande actúa el otro flotador cerrando un contacto de disparo que protege al transformador abriendo el interruptor.

15. Explique claramente ¿qué entiende por corrección del nivel básico de aislación BIL?

(Basic Level Insulation = Nivel básico de aislación): Son determinados niveles de aislación estandarizados para la fabricación de equipos y corresponden a valores soportados de sobretensiones de rayo, validos hasta 1000 m.s.n.m.

16. Constructivamente los generadores se diferencian por la ubicación del campo, explique las

diferencias constructivas.

A LA INTEMPERIE Construidas al aire libre, conductores sostenidos por pórticos, construidas con perfil alto o bajo. Económicamente representa una ventaja aunque, requieren de mayor espacio. Este tipo de subestaciones son usadas mayormente para alta tensión y son muy comunes en Bolivia. PROTEGIDAS Construidas y/o ubicadas en lugares cerrados o al interior de un recinto con un cierto grado deprotección a agentes externos, o finalmente los equipos son instalados en cubicales. Los cubicales son sinónimo de alta seguridad. Este tipo de construcción es usada mayormente para el campo de media tensión. En Bolivia se usa típicamente en sectores en media tensión de las subestaciones urbanas. BLINDADAS O GIS Los equipos se encuentran encapsulados en gas aislante en espacios reducidos. El gas aislante usado es el hexafloruro de azufre SF6. (Ver Anexo A) Se justifican en países que tienen ciudades grandes donde el principal problema es el espacio, ya que este tipo de construcciones tiene un costo elevado. Todo el equipo se encuentra encapsulado en SF6 a excepción de los transformadores. Se los puede ubicar en sótanos de edificios. Este tipo de construcciones se usan para el campo de la alta y extra alta tensión.

En los generadores el campo magnético o el flujo de campo magnético puede

estar en el estator o en el rotor.

Los generadores en los cuales en campo esta en el estator son los cuales tienen las

bobinas de campo por los cuales se hace pasar corriente para generar un campo

magnético, o por otro lado se ponen imanes permanentes.

Los generadores los cuales tienen el campo en el rotor, las bobinas de campo se encuentran en el rotor y se recolecta la tensión inducida del estator.

17. Explique porqué es más conveniente tener un transformador con conexión Ydn en la

subestación de una central de generación.

Esto e sporque se reduce mejor la tensión y se comporta de manera etable frente a cargas

desequilibradas, ya que el triangulo reduce posibles desequilibrios.

18. Dentro de los elementos constitutivos de una Subestación existen dos clasificaciones

dependiendo de la importancia de los elementos. Indique cuales son y nombre cuatro

elementos por lo menos, de cada clasificación.

ELEMENTOS PRINCIPALES: Transformadores de potencia Transformadores de medida Interruptores Seccionadores

Pararrayos Equipos de compensación (reactores y capacitores) Tableros de mando, control y protección ELEMENTOS SECUNDARIOS: Estructuras metálicas Barras flexibles y rígidas Sistemas auxiliares (control y servicios) Cableado (control y potencia) Sistemas de puesta a tierra Equipos de comunicación (telecomunicación y telemando) Alumbrado Cercos

19. ¿Cuáles son los tipos de cambiador de relación Tap, y cómo funcionan?

TC Es un cambiador de relaciones a usarse en vacío, lo cual significa cuando el transformador esta desenergizado. El TC se lo ubica en el lado de alta tension El TC se coloca en las fases, cerca al neutro debido a que en ese punto la tensión es menor. El cambiador de relaciones normal o estándar que se pide es: � 2 x 2.5%. En la placa del cambiador de relaciones se tiene tabuladas cinco posiciones. Siendo la posición cero la tensión nominal del transformador. LTC Se opera este cambiador de relaciones bajo carga. Es un equipo automático que toma el voltaje de un transformador de tensión interno y lo compara con un voltaje de referencia, y procede de forma automática a subir o bajar la tensión.

20. Indique las especificaciones de un transformador, lo más ampliamente posible.

Pruebas en vacío

Prueba de cortocircuito

Prueba de tensión aplicada

Pruebas de tensión inducida

Pruebas de impulso

Preguntas Diferentes:

1. Explique la aplicación y las características de las subestaciones blindadas o gis.

La aplicación de subestaciones blindadas o gis se da en ciudades grandes donde el

principal problema es el espacio ya que este tipo de construcciones tiene un costo

elevado. Se usan para el campo de Alta y Extra-Alta Tensión. (Pag 14)

2. Para asegurar la calidad, existen cuatro tipos de pruebas que se realizan en los equipos

que salen de fábrica, indique cuáles son.

Estas son:

- Pruebas de tipo o prototipo.

- Pruebas de rutina o control de calidad.

- Pruebas de aceptación.

- Pruebas de campo. (Pag 51)

3. Un transformador normal tiene dos arrollamientos o bobinas independientes, pero para

casos especiales se dispone de un tercer arrollamiento accesible. Indique los usos que

puede tener este arrollamiento terciario.

Cuando se dispone de un tercer arrollamiento accesible este sirve para compensar

desequilibrios, además tiene varios usos usos adicionales como ser:

- Para conectar un motor síncrono y de esta forma suministrar potencia reactiva

al sistema

- Para conectar un banco de capacitores estáticos

- Para alimentar una población o una industria con una demanda de tensión

intermedia

- Para el uso del servicio local (Pag. 34)

4. Explique las clases de precisión de los CT.

Clase de precisión para medición. La clase de presición se designa por el error de modulo máximo admisible, en porcentaje, que el transformador puede introducir en la medición, operando con su corriente y a frecuencia nominales. Clase de precisión para protección. Los núcleos para protección, se diseñan para que la corriente secundaria mantenga la precisión, para corrientes con valores varias veces superiores al valor de la corriente nominal ( ALF ).

5. Defina y explique cómo se calcula el Nivel de aislación corregido.

Respuesta.- El Nivel de aislación requerido es el BIL, que es el nivel básico de aislación,

son niveles determinados de aislación de equipos y corresponden a valores

normalizados tomados para 100 msnm.

Para alturas mayores a los 1000msnm se corrige el BIL, primero empleando la fórmula:

El BIL requerido es:

Se corrige según el nivel de la altura:

FC = 1 / 1+1.25E-4*(H-1000)

Se corrige el BIL actual con el FC

Se elige un BIL de las tablas estandarizadas

Se determina el nivel de aislación real.

Nota: Si H = 1000 m.s.n.m FC = 1

Si H > 1000 m.s.n.m FC < 1 (Pag 50)

6. ¿Cuál es la función del Interruptor de Potencia?

Respuesta.- Un interruptor de potencia es un equipo eléctrico que tiene la función de abrir o

cerrar un circuito eléctrico recorrido por una corriente nominal o una sobre-corriente.

Un interruptor de potencia debe ser capaz de interrumpir corrientes eléctricas de intensidades

y factores de potencia diferentes, pasando desde las corrientes inductivas hasta las corrientes

capacitivas.

Sus tareas más importantes son:

- Separar los contactos

- Soportar el arco

- Eliminar o extinguir el arco

- Evitar que el arco reencienda (Re-Strike)

(pag 80)

7. Indique las cuatro tareas específicas del interruptor.

1) Separar los contactos. 2) Soportar el arco. 3) Eliminar o extinguir el arco. 4) Evitar que el arco reencienda (Restrike).

8. Explique cuál es la ventaja de emplear el Exhafloruro de Azufre (SF6) en un Interruptor

Propiedades del SF6. Es un gas químicamente estable e inerte, su peso especifico es de 6.14 g / l. Alcanza unas tres veces la rigidez dieléctrica del aire, a la misma presión. A la temperatura de 2000grados K (Kelvin) conserva todavía su conductividad térmica, que ayuda a enfriar el plasma creado por el arco eléctrico y al pasar por cero la onda de corriente, facilita la extinción del arco. Físicamente el gas tiene características electronegativas, ósea la propiedad de captar electrones libres transformando los átomos en iones negativos, lo cual provoca en el gas altas características de rupture

Cuando estas 4 tareas se cumplen se

dice que el interruptor tuvo una

APERTURA EXITOSA

del arco eléctrico y por lo tanto la gran velocidad de recuperación dieléctrica de los contactos, después de la extinción del arco.

9. ¿Cuál es la función del Seccionador de Potencia?

Los seccionadores de potencia son equipos eléctricos destinados a abrir circuitos bajo tensión pero no cuando por el circuito circula corriente, ósea no están diseñados para abrir sus contactos con arco eléctrico.

10. Indique cómo se maniobran los interruptores y los seccionadores.

Los seccionadores son dispositivos que sirven para conectar y desconectar visualmente (conexiones y desconexiones visibles para los operadores) diversas partes de una instalación eléctrica, para efectuar maniobras de operación o bien para hacer mantenimientos ya sea del interruptor o del circuito al cual están conectados.

11. Explique cómo se calcula la tensión transitoria de restablecimiento.

F.A. = 1,4

FPPA es de 1,3 ó 1,5.

Vmax es velocidad maxima

12. ¿Cuáles son las pruebas más comunes de aceptación que se realizan a los transformadores

de potencia?

a) Pruebas en vacío b) Prueba de cortocircuito c) Prueba de tensión aplicada d) Pruebas de tensión inducida e) Pruebas de impulse

Pruebas en vacio: Permite conocer las perdidas del hierro

Pruebas en cortocircuito: Permite conocer la impedancia interna del trafo, la tensión

de cortocircuito y las perdidas en el cobre

Prueba de tensión aplicada: Se hace para probar la aislación, se aplica una tensión que

es la doble de la tensión nominal, en treo los devanados del primario y el secundario

durante un minuto.

Prueba de tensión inducida: sirve para comprobar la aislación entre espiras y

secciones del devanado, se aplica una tensión del doble de la tensión nominal en los

devanados del primario, dejando los bornes del secundario abiertos.

Es tas pruebas siempre se las realiza para recibir el trafo

Prueba de impulso: solo se la realiza si se cuenta con un laboratorio de alta tensión,

consiste en aplicar tanto al primario como al secundario 3 tipos de onda

* RFW (Reduced full wave): una onda completa al 62.5% del BIL (valor de cresta) a

1.2/50 microsegundos.

* FW (Full wave): una onda completa al 100% del BIL (valor de cresta) a 1.2/50

microsegundos.

*CW (Chopped wave): Prueba de onda cortada, una onda cortada a 3 microsegundos,

con un valor de cresta de 115% del BIL.

Primero de somete al RFW, luego al FW y finalmente al CW, entonces si resiste a las 3

pruebas entonces el comprador acepta el trafo.

13. Explique ampliamente sobre el transformador de potencial capacitivo.

Son usados en alta tensión en paños de salida a líneas de alta tensión donde se los puede utilizar como transformador de potencial y como capacitores de acoplamiento para onda portadora (PLC). También se conectan entre fase y tierra, y como utilizan divisores capacitivos se tiene un transformador inductivo más pequeño, teniendo en el primario una fracción de la tensión primaria.

PAG 93 ETEROVIC

Los transformadores de tensión capacitivos separan del circuito de alta tensión los instrumentos de medida, contadores, relés, protecciones, etc. y reducen las tensiones a valores manejables y proporcionales a las primarias originales. Adicionalmente ofrecen la posibilidad de transmitir señales de alta frecuencia a través de las líneas de alta tensión. Los condensadores de acoplamiento sirven únicamente como acoplamiento de señales de comunicación de alta frecuencia y corresponden a la parte capacitiva de un transformador de tensión capacitivo.

14. Explique cómo se regula la corriente de excitación.

La regulación de la corriente de excitación se raliza mediante el RAT (Regulador

automatico de tension) el cual procesa la señal de entrada (voltaje en los bornes de el

generador) para mantenerlo constante a través de una resistencia variable.

15. Sabemos que la tensión entregada por el generador debe ser lo más constante posible, a

pesar que puede cambiar el módulo de la corriente y el factor de potencia. Explique cómo

puede mantener la tensión en bornes del generador.

Se mantiene constante variando dos parámetros, la velocidad a la que gira el generador, o

por otro lado, variando el flujo magnético mediante la variación de la corriente de

excitación.

16. ¿Qué ventajas tiene la regulación a través de elementos de estado sólido?

Las ventajas que tienen los elementos de estado solido, permiten un mayor control de las

variables que inciden en la regulación de voltaje, además de reducir los elementos

mecánicos y por consiguiente el mantenimiento que pueden llegar a tener estos

elementos ya que son elementos electrónicos.

17. El alternador, como toda máquina eléctrica, tiene pérdidas que se transforman en calor,

exprese en forma global estas pérdidas.

Rpta. I^2 * R

18. Indique por lo menos cinco elementos secundarios constitutivos de una subestación.

Estructuras metálicas

Barras flexibles y rigidas

Cableado (control y potencia)

Equipos de comunicación

Alumbrado

Cercos

Sistemas auxiliares (Control y servicios)

19. Explique cómo regula la tensión de las líneas de transmisión el transformador sin

interrumpir el servicio.

Constituye el mecanismo que permite regular la tensión de salida de un transformador. Puede ser automático ó manual y puede instalarse en el lado de alta o baja tensión dependiendo de la capacidad y tensión del aparato, aunque conviene instalarlos en alta tensión, debido a que su costo disminuye en virtud a que la intensidad de corriente es menor y la conexión estrella. A través de los reguladores de TAPS bajo carga

20. Explique ¿por qué se emplean los trasformadores de medida?

Los transformadores de medida son transformadores especiales cuya función es reducir con adecuada precisión las magnitudes de tensión y corriente que se utilizan en la protección y medición de los diferentes circuitos de un sistema eléctrico.

21. ¿Cómo se fija el nivel de aislamiento de una Subestación?

22. Sabemos que los Sistemas Eléctricos de Potencia tienen incorporados a su vez los sistemas

de comunicaciones, telemedición, teleacción (corrientes débiles), que emplean los mismos

conductores de transmisión de potencia (comentes fuertes). Explique cómo se pueden

separar estas corrientes, al llegar la Línea de Transmisión a una Subestación.

23. Explique el propósito de tener servicios auxiliares en una Central Eléctrica.

Asegurar el funcionamiento de todo equipo eléctrico o electromecánico que comprende la subestación para así no perturbar la continuidad y confiabilidad del servicio.

24. Explique porqué se realizan las pruebas de aislación a los equipos e instalaciones

eléctricas.

Estas pruebas se realizan principalmente para determinar si un equipo cumple con la rigidez dieléctrica determinada. El nivel de aislación de los equipos e instalaciones eléctricas debe asumir un valor normalizado (por razones económicas) para cada tipo de sobretensión y el nivel escogido debe poder ser sujeto de pruebas y certificación en Laboratorios de Alta Tensión.

25. Dibuje y explique el esquema del sistema de realimentación que se utiliza para mantener

la tensión constante en bornes del generador.

26. Explique qué entiende por velocidad sincrónica

Es la velocidad que se requiere para que el generador se encuentre en fase con la

frecuencia de las líneas de transmisión.

27. ¿Cuál es la aislación preferida en la fabricación de generadores para centrales

hidroeléctricas, y que materiales comprende?

28. ¿Qué entiende por Excitatriz?

Proporciona corriente continua al devanado de campo de la maquina síncrona.ydn

29. ¿Cuál es la función del Regulador automático de tensión AVR electrónico, y como la

realiza?

Proteger aparatos electrónicos, contra daños eléctricos y problemas de funcionamiento,

así prolongando la vida útil de estos mismos equipos.

30. Explique y dibuje ¿qué tipo de sistema de barra se utiliza en Bolivia en Al' (69 KV hasta 1

15 KV)?

31. ¿Qué sistemas de refrigeración se emplean en los transformadores? Explique

-AA Enfriamiento propio

-AFA Enfriamiento por aire forzado

-AA/FA Enfriamiento por convección natural

-OA Enfriamiento natural de aire, aceite forzado

-OA/FA Enfriamiento por aire forzado y enfriamiento propio

- FOA Enfriamiento por aire y aceite forzado

32. Los transformadores tienen una cierta temperatura límite, por ejemplo la aislación clase A,

tiene una temperatura límite de 105 °C (Temperatura máxima del punto más caliente).

Explique cómo se estima este valor de temperatura.

33. Dibuje y explique la Coordinación de Aislaciones a tres Niveles.

34. En un Sistema Eléctrico como se regula la tensión?

Variando la tensión en el principio de línea, por transformadores o autotrafos, reguladores

de inducción, condensadores de aire, compensador síncrono, condensadores y bobinas en

paralelo.

35. Existen cinco sistemas de barras básicas, indique cuales son.

a) Esquema de barra simple - Esquema de barra simple sin by pass - Esquema de barra simple con by pass - Esquema H

b) Esquema de barra con transferencia c) Esquema de barra doble

- Esquema de barra doble con barra de transferencia (Barra Triple) - Esquema de barra doble con doble interruptor

d) Esquema de anillo e) Esquema de interruptor y medio

36. Explique qué entiende por Servicios Auxiliares en Centrales Eléctricas.

Los sistemas auxiliares de una subestación, comprenden el conjunto de instalaciones en baja tensión, alimentados por fuentes de corriente continua y corriente alterna, cuya función primordial es de asegurar el funcionamiento de todo equipo eléctrico o electromecánico que comprende la subestación para así no perturbar la continuidad y confiabilidad del servicio.

37. Dibuje y explique tres esquemas para el suministro de los servicios auxiliares.

38. Explique y especifique que tipo de rotores tienen las máquinas síncronas, y en qué tipo de

generadores se emplean.

Polos salientes: El rotor presenta expansiones polares que dan lugar a un entrehierro

variable.

Polos lisos: El devanado de campo esta distribuido en varias bobinas situadas en

diferentes angulos.

39. ¿Cuál es la función del Sistema de Excitación del Generador?

Además de proveer de corriente continua al devanado de campo, contiene varias

funciones de control y protección que repercuten sobre el comportamiento dinamico del

sistema eléctrico.

40. Sabemos que el campo magnético del rotor en una máquina síncrona se alimenta de una

fuente de corriente continua, explique cómo se realiza esta alimentación.

41. Explique cómo se refrigeran los turbogeneradores.

42. Suponga que en el SIN (Sistema Interconectado Nacional) se tiene un incremento

importante en la demanda de Energía Eléctrica, explique qué medidas tuviera que tomar

para poder entregar esta energía adicional.

43. Especifique la protección interna y externa del Transformador.