- Clasificación de los diferentes tipos de
estructuras - Sistemas de puesta a tierra
- Diagramas unifilares
- Bibliografía
SÍNTESIS UNIDAD 3: ESTRUCTURAS,
TIERRAS Y DIAGRAMAS UNIFILARES
Según Pearson education (2005), se
clasifican según si la subestación es de tipo
intemperie, tipo interior o tipo blindado.
Tipo interperie: Generalmente se
construyen en terrenos expuestos a la intemperie, y requiere
de un diseño, aparatos y máquinas capaces de
soportar el funcionamiento bajo condiciones
atmosféricas adversas (lluvia, viento, nieve, etc.)
por lo general se utilizan en los sistemas de alta
tensión.Tipo interior: En este tipo, los
aparatos y máquinas están diseñados para
operar en interiores. Operan con potencias relativamente
bajas y generalmente son usados en las industrias o
comercios.Tipo blindado: Aquí los aparatos
y las máquinas están bien protegidos, y el
espacio necesario es muy reducido, generalmente se utilizan
en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y
centros comerciales que requieran poco espacio para su
instalación. Normalmente están aisladas con
SF6.
El sistema de puesta a tierra es una
conexión conductora por medio de la cual un circuito
eléctrico o equipo se conecta a la masa de la tierra o a
algún cuerpo conductor de dimensiones relativamente
grandes que cumple la misma función que la masa de la
tierra y esta constituida por:
Electrodo: Conductor o conjunto de
conductores que sirven para establecer una conexion con
tierra.Línea de tierra: Conductor o
conjunto de conductores (malla) que une(n) el electrodo de
tierra con una parte de la instalación que se haya de
poner a tierra, siempre y cuando los conductores estén
fuera del terreno o colocados en el pero aisladoes del
mismo.Punto de puesta a tierra: Es un punto,
situado generalmente fuera del terreno, que sirve de
unión entre las líneas de tierra con el
electrodo, directamente o a través de líneas de
enlace con él.
Figura 1: Puesta a tierra.
Fuente: Servitecweb.com
Sus funciones son:
Mantener el voltaje del sistema dentro
de límites razonables bajo condiciones de falla y
asegurar que no se exceda el voltaje de ruptura
dieléctrica de las aislaciones.Limitar el voltaje a tierra sobre
materiales conductivos que circundan conductores o equipos
eléctricos.Estabilizar los voltajes de fase a
tierra en líneas eléctricas bajo condiciones de
régimen permanente.Proporcionar una trayectoria
alternativa para las corrientes inducidas y de tal modo
minimizar el ruido eléctrico.Proporcionar una plataforma
equipotencial sobre la cual pueda operar equipo
electrónico.Reducir sobretensiones.
3.2.1 Clasificación de sistemas de
tierras.
El diseño de un sistema de tierras
para la subestación eléctrica tiene los siguientes
objetivos.
Proporcionar un medio para conducir las
corrientes eléctricas hacia tierras bajo condiciones
normales y de falla, sin exceder alguno de los límites
de operación del equipo o afectar la continuidad del
servicio.Asegurar que una persona que se
encuentre dentro de la vecindad de sistema de tierras no
esté fácilmente expuesta al peligro de
descargas eléctricas críticas.
La clasificación de puesta a tierra
en subestaciones eléctricas es la siguiente:
Neutro rígido.
Son aquellos que son operados con una
conexión directa del neutro a tierra.
Figura 2: Neutro rígido.
Fuente: García, R.
(1991).
Ventajas:
Facilidad de detección y
localización de las faltas a tierra.Limitación de las sobretensiones
por faltas a tierra y transitorias por maniobras y
rayos.
Desventajas:
Faltas a tierras más
energéticas. Se requieren protecciones de alta
velocidad para limitar los efectos térmicos y
mecánicos sobre los equipos.
Se puede aplicar en AT y MAT por
economía de los aislamientos.
Neutro aislado:
Son aquellos que están operados sin
una conexión intencional del neutro a tierra.
Figura 3: Neutro aislado.
Fuente: García, R.
(1991).
Ventajas:
La primera falta a tierra solo causa
una pequeña circulación de corriente
capacitiva, por lo que se puede operar el sistema sin afectar
a la continuidad del suministro.No es necesario invertir en
equipamiento para la puesta a tierra, pero si para el sistema
de protección.
Desventaja:
Mayor coste de aislamiento de los
equipos a tierra.Mayores posibilidades de sobretensiones
transistorias por faltas con arco, resonancia,
ferroresonancia, etc.Su uso está restringido a
sistemas de distribución de media tensión y
requiere de esquemas de detección de falta a
tierra.Neutro con resistencia.
Son aquellos que están operando con
una conexión del neutro a tierra a través de una
resistencia.
Figura 4: Neutro con
resistencia.
Fuente: García, R.
(1991).
Puede ser de alta resistencia o de baja
resistencia.
Ventajas y desventajas para baja
resistencia similares al sistema de neutro rígido a
tierra, pero con efectos menos dañinos durante la falta al
haberse reducido la corriente a tierra.
Alta resistencia.
Ventajas
No es necesario dar disparo
instantáneo ante una primera falta a
tierra.Reducción a los daños por
efecto térmico y electrodinámicos.Reducción de las sobretensiones
transistorias por maniobras y rayos.
Desventajas:
Comportamiento para faltas a tierra
similar a neutro aislado. Fases sanas a tensión
compuesta.
Neutro con reactancia.
Son aquellos que están operando con
una conexión del neutro a tierra a través de una
reactancia de valor fijo.
Figura 5: Neutro con reactancia.
Fuente: García, R.
(1991).
Ventaja: Permite reducir las sobretensiones
transitorias.
Desventaja: La reducción de la
corriente de falta no es tan elevada como en el caso de puesta a
tierra con resistencia, por lo que no es una alternativa a esta
última.
Este método se utiliza para puesta a
tierra de generadores y transformadores de potencia.
Neutro resonante.
Son aquellos que operan con una
conexión del neutro a tierra a través de una
reactancia de valor variable (bobina Petersen).
Figura 6: Neutro resonante.
Fuente: García, R.
(1991).
El coeficiente de inducción de la
bobina se ajusta para que resuene con la capacidad a tierra del
sistema, de forma que para una falta a tierra, la corriente de
falta queda reducida a un valor resistivo muy bajo.
Ventajas:
Durante una falta a tierra la corriente
es muy reducida y está en fase con la tensión,
por lo que las faltas con arco se extinguen
fácilmente.Una falta a tierra no implica disparo
instantáneo, por lo que se mejora la
continuidad.
Desventajas:
Similar a neutro aislado, las fases
sanas se ponen a tensión compuesta durante la
falta.El sistema de protección es muy
complejo.
3.2.2 Cálculo de tensiones de paso y
de contacto.
Figura 7: Tensiones de paso y de
contacto.
Fuente: Harper, E. (2005).
La tensión de paso es la diferencia
de tensión que puede aparecer entre dos puntos del terreno
adyacente a la puesta a tierra, separados a una distancia de 1 m
(distancia de paso), ante una fuga a tierras. Se evitará
que esta tensión alcance valores peligrosos para los seres
humanos.
La ecuación para el cálculo
de tensión de paso es:
Ec. 1.
La tensión de contacto es la
diferencia de tensión que puede aparecer entre dos puntos
situados a 1 m de distancia cuando existe una fuga a tierras,
siendo estos puntos, la pica o el cable de enlace con tierra y el
terreno a 1 m de distancia.
La ecuación para calcular la
tensión de contacto es:
Ec. 3.
La longitud del conductor está dada
por:
L= n·A + m·B.
Entonces:
Ec. 4.
3.2.3 Cálculo de la red de
tierras.
La red de tierras está afectado por
las siguientes variables:
Tensión permisible de
paso.Tensión permisible de
contacto.Configuración de la
red.Tiempo máximo de despeje de la
falla.Conductor de la red.
Profundidad de instalación de la
red.
Para calcular la sección del
conductor se aplica la siguiente ecuación:
Ec. 5.
El cálculo de la resistencia de
puesta a tierra se puede hacer por el método de Laurent y
Niemann o por el método de Dwingth. El método de
Laurent y Niemann se calcula con la siguiente
ecuación:
Ec. 6.
El método de Laurent y Niemann es
una aproximación del valor real, que suele ser
menor.
El método de Dwight es mucho
más extenso y exacto; el primer paso consisten en calcular
la resistencia de un conductor de la red con la siguiente
fórmula:
Ec. 7.
Después se procede al cálculo
de las resistencias debidas a las interferencias mutuas entre los
conductores:
Ec. 8.
La resistencia mutua de los componentes de
unión incluyendo la interferencia debida a los conductores
transversales a los cuales se encuentra unidos es:
Ec. 11.
Diagrama que representa los elementos
principales de una subestación, donde dichos elementos
están representados por una simbología que se
expone más adelante. El diagrama debe cumplir:
Fuente de alimentación o puntos
de conexión a la red, incluyendo valores de voltajes y
de cortocircuito.Generadores (en su caso), incluyendo su
potencial en KVA o MVA, voltaje, impedancia y método
de conexión a tierra.Tamaño y tipo de todos los
conductores, cables, barras y líneas
aéreas.Tamaño de transformadores,
voltajes, impedancias, conexiones y métodos de
conexión a tierra.Dispositivos de
protección.Transformadores de
instrumento.Apartarrayos y bancos de
capacitores.Identificación de cargas (en su
caso), incluyendo grandes motores eléctricos e
impedancias.Tipos de relevadores.
Ampliaciones futuras.
La cantidad de detalle en un diagrama
unifilar está determinada por su uso relativo, el diagrama
unifilar conceptual no debe contemplar toda la información
descrita anteriormente, la simbología es la
siguiente:
3.3.1 Simbología.
Figura 8: Simbología.
Fuente: Harper, G. (2005).
3.3.2 Diferentes tipos de
subestaciones.
Dependiendo del nivel de voltaje, potencia
que manejan, objetivo y tipo de servicio que prestan, las
subestaciones se pueden clasificar como:
Subestaciones elevadoras: Se usa en las
centrales eléctricas, cuando se trata de elvar los
voltajes de generación o valores de voltajes de
transmisión.Subestaciones reductoras: Es donde los
niveles de voltaje de transmisión se
reducen.De enlace: Se utilizan para tener mayor
flexibilidad de operación para incrementar la
continuidad del servicio.En anillo: Se usan con frecuencia en
los sistemas de distribución para interconectar
subestaciones que están interconectadas a su vez con
otras.Radial: Es cuando la subestación
tiene un solo punto de alimentación y no se
interconecta con otras.De switcheo: No se tiene
transformadores de potencia, ya que solo se hacen operaciones
de conexión y desconexión.
García, R. (1991), La puesta a
tierra de instalaciones eléctricas y el R.A.T.",
Editorial Productica, España.Harper, E. (2005), "El ABC de las
instalaciones eléctricas industriales". Editorial
Reverté, México.Harper, E. (2005), "Fundamentos de
instalaciones eléctricas de media y alta
tensión". Editorial Reverté,
México.Pearson Education (S. F.),
"Subestación interactiva", extraído el
26/03/11, de:
http://www.pearsoneducacion.net/brokering/brokering/Proyectos/Subestaciones/entrada.htmlServitec (S. F.), "Puesta a tierra",
extraído el 26/03/11, de:
www.servitecweb.com
Autor:
Lira Martínez Manuel
Alejandro
DOCENTE: ING. CHIMAL Y ALAMILLA
FLORENTINO
