Diseño De Estaciones Eléctricas

1. INTRODUCCIÓN, GENERALIDADES Y FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS. 1.1 INTRODUCCIÓN 1.2 DEFINICIONES 1.3 CLASIFICACIÓN <011> 1.4 FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS - descripción - definición - clasificación definición - clasificación - comentario 1.5 NODO - DESCRIPCIÓN 1.6 ESQUEMAS ELÉCTRICOS DE LAS ESTACIONES - definiciones - comentario 1.7 ESQUEMAS ELÉCTRICOS BÁSICOS Y SU RELACIÓN CON LA RED - definiciones ejemplo <012> 1.8 ESQUEMAS USUALES - ACOPLE POR BARRAS - único juego de barras o barra simple único juego de barras partidas - doble juego de barras - triple juego de barras <013> barra principal y barra de transferencia - doble barra y barra de transferencia - barra principal y segunda barra también de transferencia. - esquemas con seccionador de by pass - esquemas en H 1.9 REFLEXIONES <014> 1.10 ESQUEMAS DE ACOPLE POR INTERRUPTORES - ESQUEMA EN ANILLO SIMPLE esquemas en anillo doble, anillos múltiples <015> esquema de interruptor y medio - esquema doble barra dos interruptores por línea comparación y comentarios 1.11 TRANSFORMADORES EN BARRAS - comentarios <016> 1.12 DISPOSICIONES BÁSICAS DE EQUIPOS - descripción - clasificación - condiciones a satisfacer <017>

2. COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA 2.1 COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA 2.2 EQUIPOS PRINCIPALES - definiciones - interruptor <021> seccionador <022> seccionador (continuación) - seccionador de puesta a tierra <023> transformadores de medición - transformador de tensión - transformador de corriente <024> descargadores - capacitor de acoplamiento - bobina de bloqueo - aisladores <025> 2.3 CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS - numero de polos - características en función de la tensión - tensión nominal - características en función de la corriente - características particulares de los transformadores de corriente - características particulares de los transformadores de tensión

2.4 LAS ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS - tipos constructivos - utilización de los aparatos 2.5 EDIFICIOS - FUNCIÓN - comentarios - clasificación - comentario 2.6 CONSTRUCCIONES - CLASIFICACIÓN - comentario 2.7 SISTEMAS DE COMANDO Y PROTECCIÓN - COMENTARIO - componentes 2.8 SISTEMAS AUXILIARES - COMENTARIO - auxiliares eléctricos - clasificación componentes <026>

3. LA INGENIERÍA BÁSICA 3.1 GENERALIDADES - criterios - concepto - definición 3.2 OBJETIVOS DEL PROYECTO 3.3 RELACIÓN CON EL AMBIENTE ELÉCTRICO - LA CONCEPCIÓN - los cambios generación y transporte - ejemplo - las tensiones - relación entre escalones de tensión reflexiones - ejemplo <031> 3.4 EL SISTEMA ACTUAL Y FUTURO - CONOCIMIENTO DEL SISTEMA - inserción en el sistema - adaptación al sistema - imaginación y documentación - la vida útil 3.5 LA RELACIÓN CON LA ECONOMÍA 3.6 DETERMINACIÓN DE LOS DATOS BÁSICOS - SOBRETENSIONES EN EL SISTEMA registros de lo existente - clasificación de las sobretensiones 3.7 CORRIENTES NORMALES Y DE FALLA - LOS ESTUDIOS - los niveles de cortocircuito relación entre corrientes <032> 3.8 INTERFERENCIA EN RADIO Y TELEVISIÓN - LAS MOLESTIAS - origen de los disturbios - las previsiones 3.9 EL RUIDO ACÚSTICO - FUENTES DE RUIDO - transformador - interruptores - la instalación - la obra 3.10 GRADIENTE AL SUELO Y TENSIONES INDUCIDAS - EL CAMPO ELÉCTRICO - la red de tierra - conclusiones 3.11 RELACIÓN CON AMBIENTE FÍSICO Y GEOGRÁFICO - CONDICIONES AMBIENTES efectos de la obra - acciones <033> 3.12 CLIMA TEMPERATURAS Y VIENTO - condiciones climáticas - la temperatura: - el viento - el enfoque probabilístico - factores de ajuste - relación entre temperatura y viento - el hielo las tormentas eléctricas 3.13 POLUCIÓN Y CONTAMINACIÓN - CONTAMINACIÓN DE LOS AISLANTES - los ensayos - comentarios <034> 3.14 CONDICIONES SÍSMICAS - DEFINICIÓN - características - ensayos 3.15 CONDICIONES DE PROYECTO - topografía - el área - el suelo - comentarios - el acceso

3.16 CONDICIONES ESPECIALES - consecuencias - los accesos de las líneas - criterio 3.17 IMPACTO VISUAL - DIMENSIONES: - criterio - comentarios - conclusiones <035> 3.18 MATERIALIZACIÓN DEL PROYECTO: - Proyecto - definición: - Ingeniería básica Ingeniería de detalle - Los planos - Las memorias de calculo - Las especificaciones técnicas Las planillas de materiales - La estimación de ingeniería - El apoyo a obra <036>

4. CÁLCULOS DE DISEÑO 4.1 BARRAS Y CABLES - DEFINICIÓN - clasificación - determinación de la sección <041> verificación del diámetro - campo eléctrico <042> efecto térmico de las corrientes de breve duración 4.2 RESUMEN <043> 4.3 ESFUERZOS SOBRE CONDUCTORES - peso propio y sobrecargas verticales - empuje del viento y sobrecargas horizontales - sobrecarga del hielo - carga total aplicada <044> 4.4 CONDUCTORES FLEXIBLES - hipótesis simplificativas - compensadores de tiro constante - compensadores elásticos 4.5 CONDUCTORES FLEXIBLES CORTOS - fórmulas aplicables - modulo de elasticidad equivalente <045> 4.6 CONDUCTORES RÍGIDOS - esfuerzos debidos a dilatación - elástica del conductor fórmulas utilizadas <046> 4.7 FUERZAS DEBIDAS AL CORTOCIRCUITO - COMENTARIO - hipótesis simplificativas - la corriente de cortocircuito - caso de barras rígidas - caso de barras flexibles, cables - caso de subconductores - hipótesis simplificativas 4.8 PÓRTICOS - concepción del pórtico - cargas actuantes - observaciones - hipótesis de carga 4.9 SOPORTES DE EQUIPOS - cargas actuantes - soportes complejos <047> 4.10 RED DE TIERRA - FINALIDAD - comentario - definiciones - comentario - hipótesis simplificativa - diseño básico - principios - fórmulas utilizadas - criterios 4.11 PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA RED DE TIERRA - RESISTIVIDAD DEL SUELO medición de resistividad - capa superficial 4.12 CORRIENTE A DRENAR - distribución de corriente entre dispersores en paralelo - líneas dispersoras - distribución de corriente en la estación 4.13 CONDICIONES DE PELIGRO - COMENTARIO - fórmulas - comentario - valores característicos - precaución 4.14 SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES - distribución de corrientes en la malla - jabalinas corrientes impulsivas 4.15 FUNDACIONES <048>

5. LAS HIPÓTESIS DE CALCULO

5.1 DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES DE POTENCIA - la capacidad de transporte de corriente - el campo eléctrico superficial - consideraciones mecánicas conductores rígidos - conductores flexibles - conexiones cortas - condiciones climáticas - nieve y hielo 5.2 EL TERREMOTO - aptitud antisísmica - ensayos sísmicos 5.3 ESFUERZOS DE CORTOCIRCUITO - barras y conexiones de la estación 5.4 AISLACIONES AUTO-REGENERATIVAS EN UNA ESTACIÓN - los aisladores contaminación de los aisladores 5.5 MORSETERIA 5.6 SOPORTES DE EQUIPOS 5.7 FUNDACIONES 5.8 TORRES Y FUNDACIONES 5.9 CAMINOS Y CIRCULACIÓN <050>

6. LA DOCUMENTACIÓN DE PROYECTO 6.1 DEFINICIÓN 6.2 INGENIERÍA BÁSICA 6.3 INGENIERÍA DE DETALLE - los planos - las memorias de calculo - las especificaciones técnicas - planillas de materiales. - comentario 6.4 ESTIMACIÓN DE INGENIERÍA 6.5 APOYO A LA OBRA 6.6 LA ORGANIZACIÓN DE UN PROYECTO - ingeniería básica - ingeniería de detalle conclusión 6.7 LA ORGANIZACIÓN 6.8 CRONOGRAMA <060>

7. DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS 7.1 ESQUEMAS ELÉCTRICOS - INTRODUCCIÓN - el costo: - cantidad de interruptores: corriente nominal de los interruptores: - numero de interruptores a actuar frente a falla: simplicidad de maniobras de operación: - seguridad de operación: - flexibilidad de operación: posibilidad de modificar instalaciones existentes: 7.2 CONSIDERACIONES RELATIVAS AL COSTO DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS 7.3 ESQUEMAS SIMPLIFICADOS - esquemas con acople por barras - esquemas con acople por interruptores - evaluación de conveniencias - evolución del esquema <071>

7.4 SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS - estaciones convencionales - estaciones blindadas estaciones híbridas - estaciones compactas <072>

8. DISTANCIAS ELÉCTRICAS 8.1 INFLUENCIA DE LA AISLACION - OBJETO: - reflexión: - clasificación: - comentario: características de los equipos: - selección de valores básicos - observación - selección de valores de ensayo 8.2 SOBRETENSIONES - DEFINICIONES - referencias - comentarios - clasificación comentario - factor de falla a tierra - definición - conceptos - definiciones <081> 8.3 DISTANCIAS DE AISLACION FASE TIERRA - valores típicos a frecuencia industrial valores típicos a impulso de maniobra - comentario valores típicos a impulso - reflexión 8.4 DISTANCIA FASE - FASE 8.5 PROTECCIÓN - factor de seguridad 8.6 DIMENSIONAMIENTO DE LAS DISTANCIAS - GENERALIDADES: - función de las distancias: - clasificación y definiciones: - advertencia: - definiciones <082> 8.7 LIMITACIONES AL DESPLAZAMIENTO: - enfoque del problema - distancias normales distancias reducidas 8.8 DISTANCIAS DE AISLACION SUPERFICIALES - AISLADORES 8.9 DISTANCIAS DE GUARDIA 8.10 DIMENSIONES DEL HOMBRE 8.11 DISTANCIAS DE VINCULO <084> 8.12 INFLUENCIA EN EL MANTENIMIENTO - distancias de trabajo - delimitación de la zona de trabajo 8.13 INFLUENCIA DE LA ALTURA - CONCEPTO - las distancias - factores de corrección reflexión - advertencia - ejemplo - relación entre presión y la altura - conclusiones - advertencia 8.14 LA AISLACION SUPERFICIAL - grados de contaminación - ensayos 8.15 SOLUCIONES CON AISLACION EN SF6 <085>

9. MODULARIDAD Y RACIONALIZACIÓN 9.1 INTRODUCCIÓN 9.2 LA MODULARIDAD - lo existente - la comparación - cualidades del proyecto 9.3 DISPOSICIÓN DE EQUIPOS - zona de salida <091> modulo de seccionador - pórtico de salida <092>

zona de barras (seccionadores de polos paralelos, pantógrafo, seccionadores en fila india) <093> 9.4 DIAGRAMACION DE ESTACIONES CON ESQUEMAS DE ACOPLE POR BARRAS (dos niveles de barras, derivaciones bajas, derivaciones altas, doble juego de barras y seccionadores pantógrafo) <095> (simple juego de barras y barras en U) <097> 9.5 DIAGRAMACION DE ESTACIONES DE INTERRUPTOR Y MEDIO POR SALIDA 9.6 DIAGRAMACION DE OTROS DISEÑOS 9.7 DIMENSIONES DE EQUIPOS <098>

10. LA SEGURIDAD Y LA INTERFERENCIA 10.1 RED DE TIERRA - mediciones previas - verificaciones durante la construcción verificaciones al fin de la construcción - verificaciones durante la vida - condiciones de seguridad frente a tensiones de contacto <101> 10.2 PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRECTAS - FUNCIÓN - el nivel isoceraunico - ejemplo - aclaración - blindaje - ubicación del cable de guarda - comentario - pararrayos de puntas - modelos electrogeometricos y técnica de Montecarlo 10.3 DESCARGAS ATMOSFERICAS CONDUCIDAS - ARCO INVERSO - localización de descargadores 10.4 CANALES DE CABLES Y CABLEADO - compatibilidad electromagnética <102>

11. SISTEMA DE COMANDO Y PROTECCIÓN 11.1 CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES - nota particular 11.2 EDIFICIO DE CONTROL (SALA DE CONTROL) - sistema de control - registrador cronológico de eventos - convertidores de medida - relés repetidores - comando - conmutador local remoto (l-r) - señalización - alarmas 11.3 MEDICIONES - MEDICIONES DIRECTAS - mediciones analógicas - mediciones por acumulación de señales 11.4 DOCUMENTACIÓN - diagramas de bloques - esquemas funcionales - definiciones principios y conceptos - bornes y conductores - los circuitos - esquemas lógicos <111> 11.5 CONCEPCIÓN DE LOS TABLEROS - tablero de control - paneles de protección - relés de protección - características técnicas generales - tipos de relés - ejecución - contactos 11.6 PANEL DE BORNERAS REPETIDORAS 11.7 COMANDO Y PROTECCIONES 11.8 CRITERIOS DE CABLEADO - verificación de cables 11.9 ANÁLISIS DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN - el problema de las protecciones de

los sistemas eléctricos 11.10 PANEL DE RELES AUXILIARES - relés auxiliares - características técnicas generales. tipos de relés y su aplicación - relés monoestables para usos generales - relés de alta velocidad - relés de interfase de telecontrol - relés biestables - criterios generales de utilización de los relés auxiliares 11.11 LA REALIZACIÓN DE LOS CABLEADOS - los cables multipolares. - cables multipares telefónicos. - cables telefónicos para uso general. - cables multipares telefónicos para circuitos de medición. - utilización y segregación de cables multipolares y multipares - tendido de cables y puesta a tierra del blindaje 11.12 - ALIMENTACION DE LAS FUNCIONES DE COMANDO (CRITERIOS) <112>

12. LOS SERVICIOS AUXILIARES 12.1 NECESIDADES - servicios auxiliares de corriente alterna <121> servicios auxiliares en corriente continua - las baterías - el cargador - alarmas 12.2 ALIMENTACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES - COMENTARIOS 12.3 CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES 12.4 LA BATERÍA DE CORRIENTE CONTINUA 12.5 EL CABLEADO <122> 12.6 LA ALIMENTACION EN CORRIENTE CONTINUA - introducción - la tensión - tipos de baterías - puesta a tierra de la batería - carga de batería - protección de los circuitos de continua - capacidad de la batería - distribución en corriente continua <123>

13. ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO 13.1 PRESENTACIÓN 13.2 ESQUEMA ELÉCTRICO BÁSICO. E-E-B. 13.3 ESQUEMA UNIFILAR COMPLETO. E-U-C. 13.4 DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA BÁSICA. D-C-B. 13.5 ANTEPROYECTO BÁSICO 13.6 DEFINICIÓN DEL EQUIPAMIENTO PRINCIPAL O CRITICO 13.7 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN 13.8 DEFINICIÓN DEL ESPACIO NECESARIO - ESTUDIO DE ALTERNATIVAS 13.9 ANTEPROYECTO DEFINITIVO

13.10 ANTEPROYECTO DETALLADO 13.11 SEGUIMIENTO Y CONTROL DE FABRICACIÓN - RECEPCIÓN 13.12 PROYECTO CIVIL - PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES 13.13 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN 13.14 ASISTENCIA TÉCNICA - RECEPCIÓN 13.15 PROYECTO ELÉCTRICO - DEFINICIÓN DE EQUIPAMIENTO SECUNDARIO 13.16 CONFECCIÓN DE PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES 13.17 ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN 13.18 ASISTENCIA TÉCNICA - PUESTA EN SERVICIO <130>

1 - INTRODUCCIÓN, GENERALIDADES Y FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sirabonian 1.1 - INTRODUCCIÓN Una red eléctrica está formada por líneas y estaciones eléctricas, las líneas son las ramas (o lados) de la red, las estaciones son nodos de la red. La red eléctrica, se esquematiza en formas muy simples para poder comprenderla, a los fines de su estudio se construye un grafo que la representa, el grafo tiene nodos (o cúspides, vértices), lados (o aristas). Desde el punto de vista topológico las ramas son aristas del grafo, los nodos son vértices (Ver figura 1.1 y figura 1.2).

Las ramas son las líneas eléctricas, lados, de la red y en forma genérica también los transformadores, que unen nodos de distinta tensión. Los nodos, puntos donde se conectan las líneas y los transformadores, son las estaciones eléctricas, en rigor cuando hay transformadores se tienen al menos dos nodos próximos (desde el punto de vista geográfico) y de tensiones distintas. Una estación eléctrica puede estar representada en rigor entonces por uno o mas nodos. La topología de la red varía, a causa de que se conectan y desconectan líneas, ramas, en consecuencia el grafo varía. Este es un aspecto importante de la red eléctrica, el grafo que la representa varía, cambia, es un grafo dinámico, variable, existen para ello equipos de maniobra. Una estación eléctrica está ubicada en un sistema eléctrico, de una cierta tensión nominal.

1.2 - DEFINICIONES - Sistema eléctrico: es el conjunto de máquinas, de aparatos, de barras y de líneas que constituyen un circuito que tiene determinada tensión nominal. - Tensión nominal de un sistema: es el valor de la tensión con la cual el sistema es denominado, y al cual se refieren sus características, de acuerdo con lo que indican las normas sobre tensiones nominales.

En los sistemas trifásicos se considera como tensión nominal la compuesta o de línea (Ver figura 1.3). Tensión máxima de un sistema: es la tensión mas elevada (expresada en valor eficaz para los sistemas en corriente alterna) que puede presentarse en

cualquier momento y en cualquier punto del sistema en condiciones regulares de servicio (Ver figura 1.4). No se tienen en cuenta las variaciones temporáneas de la tensión (Sobretensiones, subtensiones) debidas a fallas, o a desconexiones bruscas de la carga, etc. Ejemplo: Para los sistemas de 132 kV corresponde una tensión máxima de 145 kV. 1.3 - CLASIFICACIÓN Los sistemas eléctricos pueden clasificarse por su nivel de tensión y en la jerga se utiliza la siguiente división (Ver figura 1.5):

- Baja tensión, sistemas de hasta 1.000 V.

- Media tensión, sistemas hasta 36 kV, algunos consideran valores más altos (72,5 kV) el limite está en la diferente tecnología entre esta clase y la superior. - Alta tensión, sistemas hasta 245 300 kV. - Muy alta tensión, por encima de los 300 362 kV. Los límites de la clasificación no son estrictos, dependen de criterios y de normas.

1.4 - FUNCIÓN DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS - DESCRIPCIÓN Desde un punto de vista de instalación, la estación eléctrica debe ser considerada como una instalación eléctrica de tipo particular. DEFINICIÓN - Instalación eléctrica: es un conjunto orgánico de construcciones y de instalaciones destinadas a alguna de las siguientes funciones: producción, conversión, transformación, regulación, repartición, transporte, distribución, utilización de la energía eléctrica. CLASIFICACIÓN Una instalación eléctrica puede ser considerada interior o exterior. Una instalación eléctrica, o una parte , se dice que es interior si está contenida en locales que la reparan de los agentes atmosféricos. En los restantes casos se considera exterior. DEFINICIÓN - Planta eléctrica: es el conjunto de locales y/o áreas encerradas en un único cerco, se trata de instalaciones eléctricas destinadas a producción, conversión, transformación, regulación, repartición de la energía eléctrica, etc.

Cuando una planta está incorporada a obras civiles, se entiende por planta eléctrica solo los locales que incluyen instalaciones eléctricas. CLASIFICACIÓN - Centrales eléctricas destinadas a producir energía eléctrica. - Estaciones eléctricas conectadas a sistemas en los cuales al menos uno debe considerarse de alta tensión. - Cámaras, conectadas a sistemas de media tensión. - Consumo, es una instalación eléctrica que incluye aparatos utilizadores con conexión fija, los correspondientes circuitos de alimentación, y también los circuitos fijos destinados a alimentar tomas. COMENTARIO Las estaciones eléctricas pueden tener las funciones de conversión, transformación, regulación, repartición de energía eléctrica. Hay estaciones que tienen transformación, en tal caso se tienen dos o más sistemas de tensiones distintas. Hay estaciones que tienen un solo sistema, de una sola tensión nominal, y su función es interconexión.

En rigor encontramos generalmente ambas funciones en una estación eléctrica

(Ver figura 1.6).

1.5 - NODO - DESCRIPCIÓN Topológicamente un nodo es un punto, pero es necesario desarrollarlo suficientemente para poder dar cabida a los equipos que deben conectar físicamente cada línea al nodo (figura 1.7).

El nodo debe tomar un cierto tamaño físico, para ser un nodo real (Estación Eléctrica).

Efectivamente el nodo no puede realizarse con un punto, debe tener cierta extensión (geométrica), para que pueda ser construido, démosle forma de anillo, de el salen las ramas, los equipos de maniobra se pueden interponer en las ramas o en el anillo (separando los puntos donde se derivan las ramas). Se pueden entonces concebir dos esquemas, uno en el cual los equipos (interruptores y seccionadores) que maniobran las líneas están dispuestos sobre las líneas; otro en cambio dispone los interruptores sobre los lados del polígono que representa el nodo real (figura 1.8).

1.6 - ESQUEMAS ELÉCTRICOS DE LAS ESTACIONES La formación del nodo puede realizarse con una barra a la que se conectan las ramas, o a través de interruptores, estas dos formas de crear el nodo se llaman: - acoplamiento por barra. - acoplamiento por interruptor.

DEFINICIONES - Acople por barras, cada línea que incide en las barras lo hace a través de su interruptor. - Acople por interruptores, los interruptores están dispuestos formando anillo, y las líneas inciden entre cada par de interruptores (Ver figura 1.8).

COMENTARIO Ambos esquemas utilizan un número de interruptores igual al de líneas, en consecuencia, desde este punto de vista son equivalentes. El acople por interruptores es frecuentemente denominado esquema en anillo. 1.7 - ESQUEMAS ELÉCTRICOS BÁSICOS Y SU RELACIÓN CON LA RED El examen de una estación eléctrica muestra distintas partes, áreas y sectores. DEFINICIONES

- Sección de instalación, es una parte que incluye equipos o aparatos orgánicamente agrupados y conectados, caracterizados por una determinada tensión nominal, incluyendo sus estructuras portantes. En el caso particular de las Estaciones Eléctricas la sección se denomina campo o vano (en ingles bay, algunos la llaman bahía). - Tablero de control y comando, es el conjunto orgánico de dispositivos y aparatos (incluidas sus estructuras portantes) alimentados por sistemas de baja tensión destinados a medición, comando, señalización, control, y protección de las máquinas, aparatos, y circuitos de una planta eléctrica, estación eléctrica o de un consumo. EJEMPLO Al observar una estación eléctrica encontramos los distintos campos: de línea, transformador, acoplamiento, medición, etc. Los diferentes equipos de los campos o vanos se comandan desde el tablero (Ver figura 1.9).

BARRA PRINCIPAL Y BARRA DE TRANSFERENCIA La barra de transferencia está unida a cada línea mediante un seccionador, y a la barra principal por medio de un interruptor, que puede reemplazar a cualquiera de los otros (figura 1.15).

El conjunto interruptor de transferencia, barra de transferencia, y seccionador permite reemplazar cualquiera de los interruptores de línea, posibilitándose así el mantenimiento de este último.

La dificultad se presenta con los transformadores de corriente y las protecciones, que deben ser transferidas (si necesario) para que den la orden de disparo al interruptor adecuado. DOBLE BARRA Y BARRA DE TRANSFERENCIA Es análogo al caso anterior (figura 1.16). Se necesita interruptor de transferencia, y de acoplamiento, o se puede tener uno solo con ambas funciones,

los

seccionadores

deben

permitir

esta

posibilidad,

y

los

enclavamientos deben impedir errores.

BARRA PRINCIPAL Y SEGUNDA BARRA TAMBIÉN DE TRANSFERENCIA. Esta posibilidad también se obtiene con seccionadores, y los posibles errores exigen mas enclavamientos ya que el sistema trabaja como doble barra, o como barra principal y transferencia (figura 1.17).

ESQUEMAS CON SECCIONADOR DE BY PASS Ciertos esquemas prevén un seccionador (Seccionador de by Pass) que puentea al interruptor y permiten operar sin él, reemplazándolo por otro (figura 1.17).

Un seccionador que puede cortocircuitar al interruptor, y las conexiones del interruptor deben poderse desmontar con facilidad, si no será necesario tener seccionadores a ambos lados del interruptor. Otra posibilidad es que el seccionador que hace de by-pass esté puesto directamente entre barras y la salida de línea, como se ha representado para el caso de segunda barra y barra de transferencia. ESQUEMAS EN H

Con solo uno o mas interruptores, son esquemas muy simples y económicos, frecuentemente usados en industrias o en distribución pública, en estaciones que son terminales (figura 1.18).

REFLEXIONES El esquema de la estación, es una característica que no se selecciona para la estación en si, sino que corresponde a toda la red, y debe tener en cuenta condiciones de la red. Si las líneas son relativamente cortas, es posible suplir la falta de una estación, o de una línea, con las vecinas, y entonces el esquema puede ser el mas simple y menos flexible. Cuando en cambio las líneas son relativamente largas y las estaciones son pocas, y poco conectadas entre si, no es posible suplir la falta de una línea, o peor aún de la estación, en consecuencia el esquema debe ser mas complicado. 1.9 - ESQUEMAS DE ACOPLE POR INTERRUPTORES Los esquemas de la modalidad acople por interruptores, son esencialmente sistemas anillados, cuando se debe separar una línea se deben abrir en la estación dos interruptores, o mas, veamos los esquemas de este tipo:

ESQUEMA EN ANILLO SIMPLE En el vértice del polígono donde llega la línea se tienen dos interruptores con los correspondientes seccionadores, la línea requiere un seccionador adicional para poderla separar, y volver a cerrar el anillo, si la operación lo requiere (figura 1.19).

Debe notarse que el número de interruptores es igual al número de terminales, como en los esquemas de simple juego de barras. El esquema en anillo presenta la dificultad del crecimiento, no es fácil ampliar la estación agregando nuevas líneas, es un esquema no conveniente cuando se piensa que el desarrollo futuro obligará a ampliaciones. En la figura 1.20 puede observarse como se desarrolla el crecimiento en etapas del esquema en anillo.

El anillo no debe superar los 6 u 8 terminales, además no es posible separar la estación en nodos arbitrarios, como visto para el esquema de doble juego de barras. La ventaja del anillo es que permite acceder a cualquier interruptor, sin eliminar ninguna línea, solo debe abrirse el anillo. Este esquema es útil cuando las líneas son relativamente largas, y no se pueden sacar de servicio. ESQUEMAS EN ANILLO DOBLE, ANILLOS MÚLTIPLES De complejidad creciente (figura 1.21 y figura 1.22). Estos esquemas son complicados de entender, y muy poco intuitivos, baste observar la figura 1.22 que en dos formas representa el mismo esquema y corresponde a estaciones de 765 kV realizadas por HidroQuebec, en los años 60 cuando la confiabilidad que se atribuía a los interruptores de tan alta tensión era muy reducida.

Hoy esquemas tan complejos de entender, construir y operar, no se logran justificar fácilmente. ESQUEMA DE INTERRUPTOR Y MEDIO Este esquema tiene tres interruptores entre dos barras por cada dos salidas (figura 1.23).

En la figura 1.24 puede observarse como se desarrolla en etapas este esquema, que con tres o cuatro líneas, toma la configuración de anillo.

El esquema es utilizable cuando se tienen seis terminales o más, con cuatro terminales, no tiene sentido, se debe realizar el esquema en anillo, si se intenta realizar un esquema de interruptor y medio, de pondrán en serie dos interruptores sin mayor ventaja. Otro concepto importante de observar es que pese a que el esquema tiene dos juegos de barras, el seccionamiento de barras no tiene mucho sentido, y menos aún con utilización de interruptores de barras.

ESQUEMA DOBLE BARRA DOS INTERRUPTORES POR LÍNEA Este esquema es útil cuando el mantenimiento de los interruptores debe ser frecuente, se puede sacar de servicio cualquier interruptor, o una barra sin afectar la continuidad de servicio (figura 1.25).

El esquema puede trabajar con todos los interruptores cerrados, y una falla en barras no afecta la continuidad. A veces este esquema se adopta solo para las salidas que sufren más maniobras, o para las mas críticas, cuando no se quiere que el mantenimiento de un interruptor ponga la salida en crisis, y las salidas no críticas se hacen mas simples, por ejemplo adoptando doble sistema de barras con un interruptor por salida. COMPARACIÓN Y COMENTARIOS El esquema de interruptor y medio también funciona con todos los interruptores cerrados, y entonces tiene características parecidas al de dos interruptores por salida, pero las logra con menos interruptores, y alguna mayor complicación conceptual. Los esquemas de interruptor y medio o doble interruptor por salida no se conciben con barras partidas, ya que esencialmente se trata de esquemas que trabajan con ambas barras en tensión, y si se debe hacer alguna tarea de mantenimiento en una barra es posible conservar el nodo sobre la otra barra.

1.11 - TRANSFORMADORES EN BARRAS Las fallas en barras son muy poco frecuentes, también las fallas de los transformadores bien construidos son muy poco frecuentes, a veces para limitar el costo de la estación se propone conectar los transformadores a las barras a través de solo seccionadores. La falla del transformador causará una salida de servicio de la barra afectada, se abre el seccionador de transformador, y se reconstruye la barra, el interruptor de transformador hubiera evitado la salida de toda la barra. La falla de la barra implica la salida de servicio del transformador, el interruptor de transformador no evitaría este evento, con solo el segundo transformador se debe satisfacer toda la carga eventualmente aprovechando su capacidad de sobrecarga, situación que también se presenta con la falla de un transformador. COMENTARIOS Los diferentes esquemas se utilizan con distinta frecuencia en las redes, dependiendo su elección de razones económicas, de operación, etc. 1.12 - DISPOSICIONES BÁSICAS DE EQUIPOS - DESCRIPCIÓN El planteo de la disposición general debe tener en cuenta las líneas que llegan a torres (próximas a la estación) o pórticos terminales, se debe lograr establecer una buena relación entre la estación y las líneas. Al tratar de realizar físicamente el esquema elegido para la estación eléctrica, se debe pensar que esta es una construcción que se hace sobre la tierra, es una construcción que ocupa cierta área plana. Actualmente se prefieren las disposiciones que se extienden horizontalmente, y que permiten una menor altura de la construcción, ocupando mayor superficie.

Los esquemas que se han analizado desde el punto de vista unifilar deben realizarse físicamente, se tienen tres conductores (el sistema es trifásico) y entonces es necesario disponer en dos planos distintos los conductores que corresponden a las barras, y los de las derivaciones (líneas). El principal elemento que caracteriza una disposición constructiva es el seccionador, y su relación con las barras. Generalmente las barras se encuentran en un plano horizontal y las partes en tensión de los aparatos y sus conexiones se encuentran en otro plano (Ver figura 1.26) inferior o superior.

Desde el suelo observamos entonces una primera capa en la que circulan las personas en la estación. Una segunda capa llega hasta el plano en que se tienen partes en tensión, y otra capa separa esta superficie de otra que contiene también conductores en tensión. CLASIFICACIÓN Realicemos un esquema de simple juego de barras, podemos disponerlas en un plano superior a los equipos (barras altas), o al mismo nivel que las partes en tensión de los equipos, y poner las derivaciones arriba (barras bajas, derivaciones altas). Un concepto de clasificación puede ser la posición relativa de los distintos planos de tensión (figura 1.26).

- Barras bajas, con derivaciones altas. - Barras altas, con derivaciones bajas. - Barras intermedias, con derivaciones altas y aparatos bajos. De las barras se pasa por el seccionador, al interruptor, transformadores de corriente, seccionador de línea, etc. y finalmente se llega a la línea saliente. El otro aspecto a considerar es el tipo constructivo de las barras, rígidas (tubulares) o flexibles (cables). Indudablemente la forma de los equipos que se utilizan, y como se instalan, y en particular los seccionadores es muy importante para avanzar en el diseño de la estación. Otro concepto es la relación entre las barras o los conductores de las derivaciones que pueden encontrarse: - Asociadas, las fases de un campo se encuentran reunidas y adyacentes (figura 1.27).

- Separadas, cuando las fases de un campo no se encuentran próximas; en cambio se observa que se encuentran reunidos los elementos que pertenecen a una misma fase (figura 1.28).

Fases Mixtas, con este nombre se caracteriza una disposición donde en las derivaciones se encuentran reunidos los elementos de una salida (asociadas) , en cambio las barras tienen una disposición del tipo separadas (figura 1.29).

Volviendo a los seccionadores, los hay cuyos contactos se encuentran ambos en el mismo plano horizontal, por lo tanto interrumpen conductores que se deben encontrar en dicho plano (seccionamiento horizontal), y después de cierto desarrollo pueden pasar a otro plano. Otros tipos pueden unir niveles distintos, unen dos planos, atravesando una capa de aislación, estos últimos se llaman de seccionamiento vertical. En algunos diseños de estaciones se tienen hasta tres planos de tensión, debido a distintas necesidades que imponen los cruces. Es un ejercicio conveniente observar y analizar vistas, cortes y fotografías de estaciones eléctricas tratando de comprender su solución constructiva, su esquema unifilar, y las razones del diseño adoptado.

CONDICIONES A SATISFACER En el diseño de la estación se deben satisfacer muchas condiciones, y en particular: - flexibilidad y confiabilidad, ligadas a la estructura de la red. - facilidades de mantenimiento, maniobra, circulación, evolución, ampliación. - correctas distancias, y particularmente aislación. - control de la inversión inicial, y costos de operación.

2 - COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sirabonian Al observar la estación, fotos o planos, vemos torres, estructuras donde están amarradas las líneas, y conductores (barras) de la estación, llama generalmente la atención su tamaño, la vista siguiendo estas estructuras sube. Encontramos conductores tensados entre aisladores, o sostenidos por ellos, debajo los equipos cuya cabeza se encuentra en tensión y están sostenidos por aisladores y soportes estructurales. Los conductores se deben unir entre sí y a los equipos, mediante morseteria adecuada. En el suelo de la estación observamos canales de cables, por los que corren los cables de comando, medición, protección que están sumergidos en un ambiente de elevada interferencia electromagnética (corrientes y tensiones elevadas son causa de los intensos campos magnéticos y eléctricos que inducen en los cables sus efectos). En el subsuelo se encuentra tendida una red de tierra que tiende a mantener el suelo de la estación con características equipotenciales, para evitar peligros a las personas y controlar interferencias electromagnéticas. Además se tienen obras civiles, fundaciones, drenajes, caminos. En la estación se encuentran además edificios, ya en el campo, kioscos, y fuera del campo, edificio de comando donde se concentra esa función, medición, protección, telecomando etc.

COMPONENTES DE LA ESTACIÓN ELÉCTRICA En la Estación Eléctrica encontramos distintas construcciones, instalaciones y equipos con funciones particulares y características definidas. Ya hemos citado los distintos equipos de la estación, pero conviene tratar de hacer alguna clasificación, en principio por función: - instalaciones y equipos de potencia o principales: interruptor, seccionadores, transformadores

de

medición,

descargadores,

trampa

de

onda,

transformadores de potencia. - instalaciones y equipos de control y auxiliares: comando, señalización, protecciones, servicios auxiliares, servicios esenciales.

EQUIPOS PRINCIPALES Los equipos directamente relacionados con las magnitudes eléctricas en juego en la Estación, son llamados equipos principales (figura 2.1)

Las características eléctricas principales de la estación y de sus equipos están relacionadas con los niveles de tensión y cortocircuito. Los equipos de potencia, son adquiridos y se instalan en la estación, pero no son en general construidos especialmente para la estación en cuestión, se construyen bajo normas que imponen las características de interés y fijan los ensayos que las comprueban. Las características de los distintos equipos en muchos casos son comunes, en consecuencia primero individualizaremos los equipos y luego, en modo comparativo, analizaremos sus características.

DEFINICIONES - INTERRUPTOR El interruptor es un aparato de maniobra mecánico, capaz de establecer, conducir e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito; y también de establecer, conducir por un tiempo determinado, e interrumpir corrientes en determinadas condiciones anormales como las de cortocircuito (figura 2.2).

Este es el aparato que ha sufrido mayores evoluciones y cambios en sus principios de funcionamiento, casi podríamos decir que es como si hubiese habido modas (aunque la realidad fuera consecuencia frecuentemente de dificultad

tecnológica)

citemos

solo

(comprimido), aceite, gas SF6, vacío.

los

medios

de

interrupción

aire

La forma de estos aparatos es de lo mas variada, se los puede clasificar en aparatos con tanque a tierra, o con tanque en tensión (muerto o vivo), entendiendo por tanque el contenedor (metálico o de material aislante) de los contactos. El número de interrupciones (o cámaras) en serie es otra característica distintiva de las altas tensiones, a medida que se avanza en el desarrollo en número

de

cámaras

disminuye,

aumentando

simultáneamente

sus

prestaciones. Cuando hay cámaras en serie se controla la distribución de la tensión entre ellas mediante capacitores, es así que el interruptor abierto conduce cierta corriente, y por efecto capacitivo en su otro extremo aparece tensión. Algunos interruptores tienen cámaras de interrupción (o de establecimiento de corrientes) en paralelo con las principales, y con resistores en serie, ya para lograr interrumpir ciertas corrientes (con resistores de apertura), o lograr limitar las sobretensiones de inserción de largas líneas (resistores de preinseción).

SECCIONADOR El seccionador es un aparato mecánico de conexión que asegura, en posición abierta,

una

distancia

de

seccionamiento

que

satisface

condiciones

especificadas. Un seccionador es capaz de abrir y de cerrar un circuito cuando se establece o interrumpe una corriente de valor despreciable, o bien no se produce ningún cambio importante de la tensión entre los bornes de cada uno de los polos del seccionador.

Es también capaz de conducir corrientes en las condiciones normales del circuito, y de soportar corrientes por un tiempo especificado en condiciones anormales como las de cortocircuito. Se presenta en una variedad de modelos, que muestran las figuras 2.3.a y 2.3.b

Se los clasifica por el plano en que se mueven las cuchillas, vertical, horizontal, por la distancia de seccionamiento, también vertical u horizontal, por el número de columnas de aisladores que tienen por polo, dos o tres columnas, por la posición relativa de los polos, diagonal, paralelos, en fila india.

La figura 2.3.a muestra el modelo de seccionador rotativo de tres columnas, la central mueve el contacto principal, y de tienen dos interrupciones por polo.

La figura 2.3.b muestra el modelo de seccionador rotativo de dos columnas, cada columna sostiene medio brazo, la interrupción se presenta en el centro del polo. Mecánicamente es mas complejo que el seccionador de tres columnas, ya que ambos polos deben moverse sincronizados, para que el contacto se cierre con éxito. La

figura

2.3.c

muestra

el

modelo

de

seccionador

pantógrafo

de

seccionamiento vertical, cada columna sostiene un brazo articulado que con su mano busca cerrarse en el contacto fijo soportado por las barras tubulares o los cables.

Debe notarse que hay dos aisladores por polo, uno de soporte, y otro que transmite el movimiento al brazo.

La figura 2.3.d muestra el modelo análogo pero con el seccionamiento horizontal,

generalmente

estos

últimos

modelos

utilizan

los

mismos

componentes aplicados en otra forma como puede verse en las figuras.

SECCIONADOR DE PUESTA A TIERRA El seccionador de puesta a tierra, tiene la función de conectar a tierra parte de un circuito.

El seccionador de tierra generalmente está asociado a un seccionador principal. La aislación entre contactos del seccionador de tierra puede ser menor que la aislación entre contactos del seccionador principal asociado. Normalmente este seccionador cortocircuita un aislador de soporte del seccionador principal al que se encuentra asociado.

TRANSFORMADORES DE MEDICIÓN Los transformadores de medición están destinados a alimentar instrumentos de medida, indicadores, registradores, integradores, relés de protección, o aparatos

análogos.

Según

la

magnitud

en

juego

se

clasifican

en

Transformadores de Tensión y de Corriente.

TRANSFORMADOR DE TENSIÓN Es un transformador en cuyo secundario, en condiciones normales de uso se tiene una tensión cuyo módulo es prácticamente proporcional a la tensión primaria, y que difiere en fase en un ángulo próximo a cero, para una adecuada conexión. En alta tensión se encuentra conectado entre fase y tierra (figura 2.4), solo hasta 72.5 kV se encuentran construcciones para conexión entre fases (con dos aisladores).

TRANSFORMADOR DE CORRIENTE Los transformadores de corriente presentan una corriente secundaria cuyo módulo es prácticamente proporcional a la corriente primaria y que difiere en fase en un ángulo próximo a cero. Los hay de distintas formas constructivas, con núcleo en la cabeza (figura 2.5a), o con núcleo en la parte inferior. (figura 2.5b)

DESCARGADORES El descargador es un aparato destinado a proteger el material eléctrico contra sobretensiones transitorias elevadas y a limitar la duración y frecuentemente la amplitud de la corriente subsiguiente. Se considera que forma parte del descargador todo espinterómetro en serie, necesario para el correcto funcionamiento del aparato en condiciones de servicio (figura 2.6).

Modernamente se han impuesto los descargadores de óxido de cinc que no tienen espinterómetro en serie (aunque los hubo con).

CAPACITOR DE ACOPLAMIENTO Tiene la función de acoplar los sistemas de telecomunicaciones en alta frecuencia a las líneas aéreas de alta tensión (figura 2.7).

Los transformadores de tensión capacitivos pueden cumplir las funciones de transformador de tensión y de capacitor de acoplamiento (figura 2.8).

BOBINA DE BLOQUEO La bobina de bloqueo, también llamada Trampa de Onda, es un dispositivo destinado a ser instalado en serie en una línea de alta tensión. Su impedancia debe ser despreciable a la frecuencia de la red, de manera de no perturbar la transmisión de Energía, pero debe ser selectivamente elevada en cualquier banda de frecuencia utilizable para la transmisión por onda portadora. El equipo consiste en un inductor principal, un dispositivo de protección, descargador, y un dispositivo de sintonización (figura 2.9).

AISLADORES Los aisladores son dispositivos que sirven para mantener un conductor fijo, separado y aislado de partes que en general no están bajo tensión (a tierra). Los aisladores que sirven para que un conductor atraviese una pared se denominan pasamuros. Se los denomina pasatapas cuando atraviesan la cuba de un transformador o la celda metálica de una instalación blindada. Podemos denominarlos genéricamente como aisladores pasantes. La definición de éstos incluye los medios de fijación al tabique o pared a atravesar.

2.3 - CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS Para definir un equipo es necesario determinar sus características funcionales ligadas básicamente a los parámetros tensión y corriente. Analizaremos a continuación cada característica, primero independiente de los equipos a los cuales corresponde y luego particularizando las mismas a los equipos en cuestión y sus diferencias con otros. Las características eléctricas de los equipos de potencia, que se comprueban con ensayos, están ligadas a su aislación, y su capacidad de transportar corrientes y sobrecorrientes. Se puede realizar una lista de estas características, el objetivo final es una tabla que relaciona equipos y sus características eléctricas asociadas. - características ligadas a la aislación: - entre partes en tensión y tierra. - sobre el seccionamiento. - tensión nominal. - tensión de ensayo de frecuencia industrial. - tensión de ensayo de maniobra. - tensión de impulso atmosférico. - características de transporte de corriente: - corriente nominal, permanente. - corriente de breve duración. - corriente de pico máximo. - poder de interrupción. - otras características, mecánicas, dimensionales, etc.

NUMERO DE POLOS En las instalaciones trifásicas algunos de los aparatos que se instalan son tripolares (interruptores, seccionadores), otros en cambio son unipolares (Transformadores de medición, descargadores, trampa de onda, capacitor de acoplamiento, aisladores). Este criterio se utiliza aún para el equipamiento de muy alta tensión donde también los aparatos tripolares están formados por tres polos completamente independientes. Efectivamente al hablar de un interruptor o seccionador se los entiende como tripolares, mientras que un transformador de corriente, tensión, descargador etc. se entienden como aparatos unipolares.

CARACTERÍSTICAS EN FUNCIÓN DE LA TENSIÓN - TENSIÓN NOMINAL La tensión nominal (Un) de un componente de un sistema es el valor de tensión con el cual se lo denomina y al cual se refieren algunas de sus características.

COMENTARIO En general la tensión nominal de un componente de un sistema corresponde al límite superior de la más alta tensión del sistema para la cual el aparato está previsto. Se debe verificar que la tensión que se presenta en la red sea siempre inferior a la tensión nominal de los aparatos. Esta referencia se hace, no para situaciones de breve duración (Transitorias, Sobretensiones), sino para las condiciones de funcionamiento normal (permanente) de la instalación.

VALORES Para los componentes de los sistemas trifásicos, en general, la tensión (Un) coincide con la máxima tensión de línea (tensión compuesta) y caracteriza la dimensión de los aisladores. Para el caso particular de los descargadores, que se conectan entre fase y tierra, su tensión nominal se elige en función de los máximos valores que puede alcanzar la tensión de fase. Esta situación debe ser estudiada también frente a estados transitorios que se presentan en la red. Cuando se produce una falla en un punto de la red, las fases sanas pueden tomar valores de tensión de fase elevada en función al grado de puesta a tierra que existe en el punto donde está instalado el equipo.

FACTOR DE PUESTA A TIERRA El factor de puesta a tierra es la mayor relación que se tiene entre la tensión en las fases sanas y la tensión sin falla, para falla en un punto dado de la red. Para determinar este factor se deben poner en cortocircuito monofasico a tierra una fase y determinar las tensiones en las fases sanas. Para un sistema rígidamente a tierra este factor debería ser 1, en un sistema aislado sin resonancias entre capacitancias de líneas y respectivas reactancias este factor es 1.73, en general en los sistemas reales se considera que este factor asume valores intermedios. Se dice que un sistema tiene neutro a tierra cuando el factor de puesta a tierra está comprendido entre 1 y 1.4.

NIVEL DE AISLACION NOMINAL Con el nivel de aislación nominal se definen las tensiones de ensayo a frecuencia industrial durante un (1) minuto, y a impulso atmosférico que determinan las características de aislación del equipo. Para tensiones altas, según las recomendaciones de la IEC, por encima de los 72,5 kV, el nivel de aislación se debe elegir teniendo en cuenta el grado de puesta a tierra. Para tensiones desde 300 kV se definen tensiones de ensayo de impulsos de maniobra y de impulso atmosférico para determinar las características de la aislacion. Si está asegurada la condición de puesta a tierra se pueden elegir valores menores, que corresponden a equipos con aislación reducida, lo que implica una economía.

OBSERVACIONES Los interruptores con aislación reducida destinados a Sincronización, pueden requerir una tensión de aislación a frecuencia industrial entre contactos del interruptor abierto, mayor que la normal. Este requerimiento es necesario con el objeto de mantener la aislación en condiciones de oposición de fases, de los sistemas, a ambos lados del interruptor. Los seccionadores se caracterizan por tener una tensión de ensayo entre contactos abiertos que es superior a la tensión de ensayo hacia tierra y entre polos. La razón de esta condición es garantizar la aislación entre las partes del sistemas que el seccionador separa.

En efecto, si ocurriera una sobretensión en una parte del sistema, primero se produciría la descarga fase-tierra y en consecuencia la sobretensión no podría propagarse a través de los contactos principales del seccionador. Cabe mencionar que para los interruptores ambos valores son iguales, debido a que la mayor aislación necesaria, la tendrán siempre los seccionadores asociados. En cambio los descargadores, destinados a conducir, no poseen las características de aislación enunciadas anteriormente.

CARACTERÍSTICAS DE DESCARGA Esta es una característica que poseen exclusivamente los descargadores, cuya función es precisamente drenar las sobretensiones limitándolas. Es de importancia que los descargadores soporten las sobretensiones temporarias (dadas por una combinación de valores tensión-tiempo). La característica de descarga a tensiones de impulso atmosférico y de maniobra permiten verificar las máximas solicitaciones de la aislación. También son características exclusivas de los descargadores la tensión de cebado, y la tensión residual.

LÍNEA DE FUGA Esta es una característica relacionada también con la aislación, se trata de asignarle en particular a la aislación superficial, siempre necesaria en los diseños, una resistencia adecuada a la contaminación que produce el ambiente.

En las superficies de los aisladores se producen depósitos que afectan sus características en el tiempo. La defensa contra esta contaminación es el aumento de la línea de fuga de los aisladores (de 2 a 6 cm/kV fase tierra) según sea la clase de polución.

CARACTERÍSTICAS EN FUNCIÓN DE LA CORRIENTE Estas son características exclusivas de los aparatos que conducen la corriente. En

consecuencia

quedan

excluidos

los

transformadores

de

Tensión,

capacitores de acoplamiento, aisladores, etc.

CORRIENTE NOMINAL (In) Corriente nominal en servicio continuo es el valor eficaz de la corriente que el aparato está en condiciones de conducir en forma permanente, a la frecuencia nominal, manteniendo las temperaturas de sus diferentes partes, dentro de valores especificados.

COMENTARIO Como es lógico en estas condiciones no deben producirse deterioros ni envejecimientos acelerados, tanto para las partes conductoras como para las aislantes. Los seccionadores de puesta a tierra, cuya función no es conducir corrientes permanentes, no poseen esta característica.

PODER DE INTERRUPCIÓN Se trata de una característica que corresponde a los interruptores.

Poder de interrupción de cortocircuito es la más elevada corriente de cortocircuito que el interruptor debe ser capaz de interrumpir en condiciones de uso y comportamiento especificadas, con cortocircuito en bornes.

COMENTARIO Las especificaciones (las normas) cubren aspectos que definen la componente unidireccional de la corriente, la tensión de restablecimiento a frecuencia industrial y transitoria, tiempo de actuación de las protecciones y condiciones del circuito.

CORRIENTE DE INTERRUPCIÓN Es la que se presenta en un polo de interruptor en el instante de inicio del arco, durante una operación de apertura. Son de interés distintos tipos de interrupciones, algunas en condiciones normalizadas, y otras sujetas a acuerdo especial: - interrupción de cortocircuito en bornes - interrupción de falla en línea - interrupción en discordancia de fase - interrupción de líneas en vacío, y cables en vacío. - interrupción de baterías únicas de capacitores - interrupción de corrientes magnetizantes y pequeñas corrientes inductivas. - interrupción de baterías múltiples de capacitores - interrupción de falla secundaria de transformadores

COMENTARIO Las normas indican que deben ser objeto de especial acuerdo entre constructor y usuario las siguientes aplicaciones; - Interruptores conectados a generadores. - Interruptores conectados a transformadores, que aportan más del 50% de la corriente correspondiente al poder de interrupción del interruptor. - Interruptores próximos a reactores serie. - Interruptores para baterías múltiples de capacitores.

PODER DE CIERRE O ESTABLECIMIENTO Es el máximo valor de cresta de la corriente que un interruptor puede establecer con una tensión especificada, y en condiciones de uso y comportamiento establecidas. Ciertos tipos de seccionadores de puesta a tierra deben satisfacer este requerimiento, cuando se presenta la posibilidad de cerrarlos sobre una falla. Esta condición exige en particular, que el comando del seccionador y su mecanismo de accionamiento sean particularmente rápidos, a semejanza de un interruptor.

TIEMPOS Y MODOS DE OPERACIÓN Los interruptores operan en modo trifásico y para ciertas aplicaciones se requiere la posibilidad de operación monofásica. La secuencia de maniobras indica la sucesión de maniobras que el interruptor debe poder ejecutar (apertura-tiempo-cierre apertura-tiempo-cierre apertura, por ejemplo: O-0,3s-CO-3m-CO)

Son características importantes el tiempo de cierre, y el tiempo total de interrupción. El tiempo de cierre se mide desde la orden impartida hasta el efectivo cierre de los contactos principales. El tiempo total de interrupción cubre el tiempo de apertura desde que se imparte la orden hasta el inicio de separación de los contactos de arco de todos los polos, y la duración del arco desde la iniciación del primer arco hasta la extinción del último arco.

CORRIENTE DE BREVE DURACIÓN ADMISIBLE: Es la que un aparato puede soportar por un breve lapso, del orden de segundos y se indica por su valor eficaz. Este tiempo se lo denomina máxima duración del cortocircuito.

COMENTARIO: La solicitación correspondiente es de característica térmica respondiendo a una evolución adiabática, donde todo el calor generado es acumulado por las masas metálicas conductoras. Se acepta para tiempos distintos del indicado, que el valor I^2 t se mantiene constante.

CORRIENTE DE CRESTA ADMISIBLE: Es el pico máximo de corriente (Is) que un aparato puede soportar. CAPACIDAD TÉRMICA

También esta es una característica que poseen exclusivamente los descargadores, y está representada por la energía (corriente, tiempo) que son capaces de drenar.

CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DE LOS TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Estas características son: - Relación de transformación, que es la relación entre las corrientes nominales primaria y secundaria (Kn) . - Error de corriente, que es el que introduce el transformador en el módulo de la corriente: e = (Kn * Is - Ip) / Ip - Error de ángulo, diferencia de fases entre corriente primaria y secundaria. - Prestación nominal es la carga expresada por su potencia aparente y factor de potencia, referida corriente nominal secundaria, a la que corresponden los valores límites de error. - Potencia nominal, o de precisión, es la que el transformador entrega a la corriente nominal secundaria cuando tiene conectada la prestación nominal. - Corriente térmica y dinámica se controlan con el secundario en cortocircuito. - Corriente máxima permanente de calentamiento, es el mayor valor eficaz de la corriente que puede hacerse circular en el primario, sin que el calentamiento supere límites establecidos.

COMENTARIO: Según la función del transformador de corriente, es de importancia su comportamiento en el campo de sobrecorrientes, hasta el valor de corriente de cortocircuito, en el punto de instalación. Si el núcleo es de medida, y en sus secundarios se conectan dispositivos sensibles a las sobrecorrientes, debe en lo posible limitar la corriente secundaria, cuando se alcanzan valores elevados, debe ser entonces saturable. En general los modernos sistemas electrónicos, tienen autoprotección contra sobrecorrientes por lo que frecuentemente no es necesaria la saturación del transformador. Cuando la función del equipo es registro de transitorios, que se producen particularmente con corrientes elevadas, los núcleos no deben saturarse, para que el registro sea fiel. Si el núcleo es de protección en cambio, debe estar dimensionado de manera de no limitar la corriente secundaria, es decir no debe saturarse, debe tener pequeño error aun con corrientes elevadas.

CARACTERÍSTICAS PARTICULARES DE LOS TRANSFORMADORES DE TENSIÓN Definiremos las características particulares de los Transformadores de Tensión, ellas son: - Relación de Transformación, que es la relación entre las tensiones normales primaria y secundarias (Kn)

- Error de tensión, que es el que introduce el transformador en la medida del módulo de la tensión. e = (Kn * Us - Up) / Up - Error de ángulo, que es la diferencia de fases entre las tensiones primaria y secundaria. - Prestación nominal, es la carga expresada por su potencia aparente y factor de potencia referida a la tensión nominal secundaria a la que corresponden los valores límites de error. - Potencia térmica nominal, es la potencia aparente con factor de potencia unitario que el transformador puede entregar sin superar los límites de temperatura establecidos. - Factor de Tensión nominal, es la relación respecto de la tensión primaria nominal del mayor valor de tensión con el cual el transformador satisface especificaciones de calentamiento, por un tiempo determinado y respetando otras condiciones establecidas en las normas. En Alta Tensión se utilizan, también, transformadores de tensión capacitivos que están esencialmente formados por un divisor capacitivo y un conjunto electromagnético reactor-transformador, dimensionado de manera tal que se comporte como un transformador de tensión inductivo (Ver figura 2.8).

2.4 - LAS ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS Las características de los equipos son objeto de una tarea que se llama especificación de los equipos y que puede considerarse centro de distintas actividades que conducen al proyecto de la estación.

Estudios de redes, cuando la red aun no existe, permiten aportar los valores de especificación de los elementos, sobre redes existentes permiten juzgar el grado de aprovechamiento de las características, y aportar información para evolución del sistema, o la adquisición de componentes substitutivos. Experiencia de operación, montaje, ensayos, aportan información de indudable valor, para ser tenida en cuenta en las especificaciones. Normas, son la base de las especificaciones, son el punto de referencia de los fabricantes de equipos, y la buena especificación debe encontrar solución en equipos reales, con experiencia constructiva, y no obligar a prototipos proyectados a satisfacción de una especificación anormal (fuera de norma!). Tabla: características de los aparatos eléctricos utilizados en estaciones eléctricas

Interruptor

Seccionador

Cuchillas de tierra

Transformador de corriente

Transformador de tensión

Descargador

Capacitor de acoplamiento

Bobina de bloqueo

Aislador

NORMA IEC (numeración antigua)

56

129

129

185

186

99

.

.

.

Interior exterior

o

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Estado neutro

del

X

X

X

X

Ciclo operación

de

X

Tensión nominal

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Frecuencia nominal

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Tensión de ensayo a frecuencia industrial

X

XX

X

X

X

X

X

X

Tensión ensayo impulso

X

XX

X

X

X

X

X

X

de a

Características de descarga Corriente nominal Poder

X X

de

X

X

X

X

interrupción Poder cierre

de

X

Corriente de breve duración

X

X

X

X

X

Resistencia al pico

X

X

X

X

X

Numero polos

3

3

3

1

de

1

1

1

1

Unificación, las normas ofrecen muchas combinaciones de características, dentro de una instalación es bueno que no se presente una variedad grande de aparatos, mas bien es preferible minimizar esta cantidad, esto significa menos repuestos, intercambiabilidad. La especificación debe tener en cuenta estas necesidades y lograr una justa satisfacción. Frecuentemente los diseños de un fabricante son modulares y utilizan los mismos componentes para realizar distintos aparatos. En las especificaciones se deben dar indicaciones que permitan seleccionar tipos constructivos y tratamientos adecuados. Se debe cuidar la adaptación y la resistencia a la polución, a la corrosión, la agresión química, o por microorganismos (por descomposición especialmente en climas tropicales). Se debe controlar la conservación de características y dimensiones frente a grandes excursiones de temperatura, el envejecimiento debido a temperatura, radiación solar, choque térmico. Los equipos deben soportar choques y vibraciones durante el transporte. La especificación debe indicar condiciones anormales de: polución, climas (tropical, desértico, glacial), altitud, sismos (frecuencias, amortiguamientos).

TIPOS CONSTRUCTIVOS

1

Este es un tema largo y complejo, de alguna manera influenciado por la historia de la técnica, por otra parte cada tipo de aparato presenta sus propias particularidades, a veces invisibles al usuario, hasta que le traen alguna consecuencia particular. Bajando a ciertos detalles, las diferencias se notan de un fabricante a otro y/o de un país a otro. Interruptores, su característica mas saliente es el principio de interrupción, aceite, aire, gas SF6, y el numero de interrupciones en serie (cámaras). También puede observarse la forma, cámara contenedora de los contactos aislada o metálica, y posición relativa de las cámaras cuando múltiples. Seccionadores, de una, dos o tres columnas, de tipo pantógrafo, con seccionamiento horizontal o vertical. Transformadores de corriente con núcleo en lo alto, o abajo, con distintas formas del arrollamiento primario de una sola espira, en horquilla, U, barra pasante, o de varias espiras, con varios primarios conectables en serie y paralelo o con derivaciones secundarias para tener distintas relaciones de transformación. En algunas aplicaciones se utilizan transformadores de corriente montados sobre los aisladores pasantes, se los encuentra en transformadores de potencia y en interruptores con tanque a tierra (de gran volumen de aceite en el pasado, y hoy en algunos de SF6). Transformadores de tensión inductivos, con núcleos en cascada, o capacitivos. Transformadores de potencia, monofásicos, trifásicos, de dos o tres arrollamientos, distintos tipos de refrigeración exterior aire natural, forzado, con aerotermos, o refrigerados con agua.

UTILIZACIÓN DE LOS APARATOS La maniobra de los interruptores se caracteriza por la rapidez, mientras que los seccionadores se mueven en forma relativamente lenta, los primeros deben interrumpir cualquier tipo de corriente, mientras que los segundos están llamados a interrumpir corrientes débiles. La

interrupción

de

corrientes

por

los

seccionadores,

corrientes

de

transformadores de tensión, transformadores en vacío, barras (capacitivas), líneas en vacío, producen fenómenos de oscilaciones y propagación de sobretensiones, que en algunos casos merecen estudios especiales. Los transformadores de corriente deben alimentar las protecciones que frecuentemente miran en direcciones opuestas, o que cumplen distintas funciones (protección de barras, de líneas), generalmente se utilizan núcleos distintos. En algunos casos se prefieren transformadores separados, esto solo se justifica para independizar las relaciones de transformación. En algunos casos se han puesto transformadores de corriente a ambos lados del interruptor, aparentemente para solapar zonas de protección, esto solo se justifica para el caso de interruptores con tanque a tierra (donde por otra parte los transformadores de corriente, de tipo barra pasante son de costo mínimo). Para interruptores con tanque vivo (en tensión), los transformadores de corriente deben ser con aislación y se justifica plenamente estudiar las alternativas de alimentación de las protecciones para no duplicar los transformadores de corriente.

Transformadores de tensión, cuando en barras para el sincronismo se requiere al menos uno, cuando en línea se utilizan para medición y protecciones, son necesarios tres. Para facturación por clase y prestación se prefieren transformadores de tensión inductivos. Otra ventaja de los transformadores inductivos es mejor respuesta transitoria (menos retardo). Los transformadores capacitivos en general cuestan menos (lo que se nota a mayor tensión) y pueden asumir la función de capacitor de acople para la onda portadora. La onda portadora se puede instalar en una o dos fases, y se la utiliza para comunicaciones, comando y protección, aunque otro canal de comunicaciones posible y muy bueno es fibra óptica dentro del cable de guardia (de la línea). A veces por economía no se instala el descargador de línea, un espinterómetro cumple esta función. Si la línea no esta en uso, se encontrara conectada a tierra por lo que el descargador no seria aprovechado. Si en cambio la línea esta en uso los descargadores internos de la estación (próximos a los transformadores) deberán cumplir su función.

2.5 - EDIFICIOS - FUNCIÓN Proteger las instalaciones y personal de operación en todo o en parte de las inclemencias atmosféricas.

COMENTARIOS

Se pueden concebir dos casos extremos, toda la instalación a la intemperie o toda la instalación contenida en un edificio. Siempre la instalación debe ser separada en partes, y lo que corresponde a tableros de control y comando, generalmente requieren un edificio por dos razones; protección de los componentes y protección del personal de operación. También las instalaciones de distribución en media tensión, cuando existen, es conveniente que sean alojadas en un edificio. Ciertos servicios auxiliares, como por ejemplo el aire comprimido, requieren también su edificio. Ejemplo: Generalmente vemos que una estación eléctrica tiene un área a la intemperie, campos o vanos; un edificio, dividido en salas, que contienen las instalaciones de media tensión tableros de control y comando, otras salas de servicios varios, etc.

CLASIFICACIÓN Los edificios reciben distintos nombres según la función que tienen, entre ellos tienen además distintas relaciones. Edificio de comando, es aquel en el que se alojan los tableros de comando y los sistemas de protecciones, en este edificio vive el personal que supervisa la estación

y

en

consecuencia

son

importantes

sus

características

de

habitabilidad. Edificio de media tensión, es aquel en el que se alojan los tableros de media tensión, (cuando corresponda), en este edificio el personal se encuentra

circunstancialmente,

como

ser

en

las

emergencias

y

durante

los

mantenimientos. Casetas (y/o Kioscos), particularmente cuando el área cubierta por la estación es grande, parte de los equipos de comando y protección no se instalan en el edificio de comando sino próximos a los equipos de potencia, dentro de pequeños edificios cuya función es brindarles abrigo, y condiciones ambientes controladas. Por distintas razones pueden aparecer otros edificios, destinados a talleres, portería, vivienda del personal, etc.

COMENTARIO En algunos casos todas las instalaciones de alta tensión se encuentran alojadas en un edificio. Esta situación se presenta por necesidades particulares, como por ejemplo ofrecer protección de la contaminación atmosférica, o bien evitar que la estación, perturbe el ambiente que la rodea como por ejemplo en las ciudades. Cuando toda la instalación debe alojarse en un edificio es fundamental lograr minimizar el costo de este, que puede ser una parte muy importante dentro del costo total de la estación.

2.6 - CONSTRUCCIONES - CLASIFICACIÓN En la estación nos encontramos con distintas construcciones (excluidos los edificios ya tratados) y que tienen distintas funciones: - Pórticos, de amarre de líneas que llegan a la estación, de amarre de los conductores de la estación, barras, derivaciones, etc.

- Estructuras soporte, de los distintos equipos de potencia, interruptores, seccionadores, transformadores de medida, descargadores, aisladores, cajas, etc. - Fundaciones de los pórticos, de los soportes, etc. - Canales, canalizaciones de los cables, entre los equipos y los tableros de comando. - Caminos de circulación para control y mantenimiento. COMENTARIO Particular importancia y costo tienen las fundaciones de los transformadores de potencia. Estos equipos poseen una gran cantidad de aceite (aislante), por lo que el peligro potencial de incendio es grande. Efectivamente han ocurrido accidentes graves, se trata de un incendio de hidrocarburos, por lo que a veces el proyecto, cuando se le asigna gran importancia a este riesgo, queda muy condicionado y exige construcciones complicadas. La fundación del transformador, que podría haber sido una simple platea de hormigón, se transforma en una pileta de recolección de aceite y eventualmente con un pozo cisterna. Cuando se considera necesario los transformadores se separan con muros parallamas cuya función es condicionar la propagación del incendio.

2.7 - SISTEMAS DE COMANDO Y PROTECCIÓN - COMENTARIO

Haciendo una comparación con el cuerpo humano, puede compararse el sistema de comando de la estación al sistema nervioso, cuyo objeto es que el sistema muscular (instalación de potencia) cumpla su función. COMPONENTES El sistema de comando y protección se implementa en tableros que incluyen los aparatos que desarrollan las funciones específicas (figura 2.10)

En estos tableros encontramos relés, manipuladores, indicadores, etc. Los tableros de comando transmiten las funciones a los equipos de potencia mediante la red de cables de control multipolares.

2.8 - SISTEMAS AUXILIARES - COMENTARIO

El funcionamiento de la estación, como el de toda instalación, requiere distintos suministros, de energía eléctrica para fuerza motriz, iluminación, control, etc. Otros suministros como gas, agua, aire comprimido, etc. y los correspondientes drenajes. Estos sistemas tienen distintas importancias relativas, pero todos existen y son necesarios. AUXILIARES ELÉCTRICOS Tienen por función la alimentación de energía eléctrica que se utiliza en las distintas funciones. Una falla que afecta el funcionamiento de la red eléctrica puede tener efecto en los servicios auxiliares, ya que por esa causa estos pierden su alimentación, y no pueden funcionar correctamente. CLASIFICACIÓN Según el grado de importancia que los auxiliares tienen para el funcionamiento de la instalación, se los clasifica en distintos niveles. Se trata de tener fuentes de alimentación de mayor confiabilidad, y a ellas se asignan los servicios que requieren la máxima continuidad de alimentación. Estos se llaman servicios esenciales. De las fuentes de menor grado de confiabilidad se alimentan los servicios menos críticos. Generalmente el sistema más seguro es una instalación con baterías de corriente continua. Ciertas instalaciones poseen un grupo electrógeno de emergencia. Los sistemas menos críticos se alimentan en corriente alterna desde cualquier punto de la red.

COMPONENTES En la red de servicios auxiliares encontramos: Transformadores de media a baja tensión que es finalmente la tensión de utilización. Tableros de distribución, de donde se alimentan los servicios individuales. Sistema rectificador y batería, que forman las fuentes de suministro continuo al que se atribuye máxima confiabilidad. Red de cables que proveen la energía en los puntos en que los consumos lo requieren.

3 - LA INGENIERÍA BÁSICA 3.1 - GENERALIDADES Los estudios del sistema definen la estructura de la red y su futura evolución, para que pueda responder a la demanda. La concepción técnica debe dar soluciones satisfactorias en cuanto a regulación de tensión, coordinación de la aislación, control de las potencias de cortocircuito, control de la estabilidad transitoria, etc. Las estaciones que se construyen cubriendo distintas etapas de la evolución de la red deben quedar adaptadas al conjunto durante toda su vida.

CRITERIOS

Así también requerimientos de uniformidad y de normalización exigen seleccionar equipos de características adecuadas a lo largo de toda la vida de las obras. Hay criterios de división de la red en jerarquías, limitación de niveles de cortocircuito, descentralización, desacoplamiento, conexión de neutros a tierra, etc. que son fijados por consideraciones anteriores al inicio del proyecto de la estación eléctrica. Es más, la uniformidad fija también condiciones de esquemas de estación, o al menos tiene gran influencia en estas decisiones. CONCEPTO Este conjunto de información, unido a los criterios de preferencia de operación y mantenimiento, condicionado eventualmente por los equipos que se utilizarán constituye un volumen de documentación que puede llamarse la ingeniería básica del proyecto de la estación. El primer escalón del proyecto es llevar la ingeniería básica a un suficiente grado de desarrollo, dentro del campo en el cual los detalles no son fundamentales. Un buen desarrollo de ingeniería básica de todos modos debe tener en cuenta los detalles y fijar criterios de diseño de cada uno de ellos. DEFINICIÓN La ingeniería básica define los aspectos esenciales de la obra, y está formada por el esquema unifilar, los esquemas de principio de la lógica, las plantas y cortes básicos, los criterios de diseño a aplicar, las especificaciones básicas, etc.

Es difícil fijar un claro límite entre esta ingeniería básica y la ejecutiva de detalle, pero debe recordarse que la ingeniería de detalle es finalmente la que proyecta las soluciones que se construyen. Como toda obra de ingeniería, la estación eléctrica, especialmente si es de gran tamaño, interactúa con el ambiente, influyendo sobre él y recibiendo su influencia. En esta etapa del desarrollo del proyecto se deben determinar los factores que influyen en el proyecto ejecutivo, y que permitirán desarrollarlo sin pérdidas de tiempo. Es este el momento en que se deben determinar las condiciones ambientes, las hipótesis de cálculo a utilizar, y en particular las normas, los coeficientes de seguridad, o los valores aceptables si se aplican criterios probabilísticos.

3.2 - OBJETIVOS DEL PROYECTO El proyecto en la etapa de ingeniería básica define los objetivos, que se buscarán en el proyecto, éstos son: - Confiabilidad, ligada a equipos y tecnología que garanticen un servicio largo y precisamente confiable. - Seguridad, la disposición física, y el diseño eléctrico deben proveer la máxima seguridad para el personal de operación y para el servicio público. - Flexibilidad, que permite enfrentar las condiciones de emergencia, las que exigen una operación que aproveche al máximo la capacidad de los equipos. - Simplicidad, que brinde máxima protección, facilite los ensayos y requiera mínima instrucción.

- Normalización (Standarización) haciendo máximo uso de equipos y construcciones intercambiables para minimizar repuestos y simplificar el mantenimiento. Algunos de estos objetivos son contrapuestos. Para cada uno el límite depende de lo que se desea alcanzar en los restantes. En la disposición de la solución constructiva se debe también considerar el acceso para mantenimiento, ampliaciones, y todo esto sin sacrificar las restantes cualidades.

3.3 - RELACIÓN CON EL AMBIENTE ELÉCTRICO - LA CONCEPCIÓN Las estaciones eléctricas que se proyectan, como así también las líneas, se insertan en un ambiente eléctrico que las rodeará (otras líneas, estaciones, y en general otras obras), y en el que vivirán su vida útil. Un proyecto debe tener en cuenta que características del ambiente lo condicionan y además, la influencia que el proyecto ejerce sobre el ambiente mismo. El ambiente eléctrico es en particular el sistema eléctrico que recibe la obra, y en general el sistema físico en el cual se sienten los fenómenos eléctricos y sus consecuencias. De alguna manera debe pensarse que la obra se inserta en el ambiente en que vive, es importante la adaptación de la obra al ambiente y viceversa. LOS CAMBIOS Quienes viven en la proximidad de la obra, sufren las consecuencias del cambio de ambiente que esta provoca, a su vez la obra recibe la influencia del ambiente que la rodea.

El ambiente con el tiempo cambia, y esta condición se debe tener especialmente en cuenta a riesgo de encontrarse en un cierto momento con una obra inadaptada. Obsérvese ligado al crecimiento de las ciudades, como ciertas redes que nacieron para transporte, se transformaron en redes de distribución.

GENERACIÓN Y TRANSPORTE Existen grandes centros de consumo de energía, y lugares donde es conveniente establecer grandes centros de producción, en general la distancia entre centros no es despreciable. Se presenta entonces la necesidad de transportar energía, nos interesa en particular la energía eléctrica, destacándose la ventaja de que los distintos centros se encuentren interconectados. Así es que las redes eléctricas se han desarrollado, quizás inicialmente como redes radiales, pero evolucionando rápidamente a formas complejas, malladas. EJEMPLO La figura 3.1 que corresponde a la red eléctrica argentina del año 1985, muestra la característica de mallado, y es interesante recordar que su evolución comenzó con solo un sistema radial.

La imposibilidad práctica de acumular energía eléctrica requiere capacidad para transmitir grandes potencias, y la historia de la transmisión eléctrica ha visto crecer el parámetro tensión. Un mismo problema puede ser correctamente resuelto con distintos valores de tensión, la tendencia de distintos piases ha sido adoptar algunos pocos valores entre las tensiones normalizadas propuestas a nivel internacional.

LAS TENSIONES La relación entre dos escalones sucesivos de tensiones es un valor comprendido entre 2 y 2.5, es así que cuando se adopta un nivel de tensión, el escalón superior solo aparece cuando se hace necesario duplicar (o más, actualmente) la tensión. La adopción de valores de tensiones, sin cumplir estas reglas, no ofrece ventajas, mientras crea graves dificultades futuras para poder realizar la interconexión. La diferencia entre valores de tensiones marca también la diferencia entre funciones que desarrollan las redes a distinta tensión.

RELACIÓN ENTRE ESCALONES DE TENSIÓN En el país tenemos sistemas de 145 - 245 - 362 - 525 kV con una escala de relaciones 1.7 - 1.5 - 1.4, si teniendo en cuenta que el sistema de 362 kV está aislado del resto, lo eliminamos, la escala queda 1.7 - 2.1 comparable a las soluciones de otros piases. Así es que si miramos el desarrollo de redes eléctricas en distintas regiones observamos que periódicamente se les superpone una red con tensión 2 a 3 veces mayor. Quizás también esa superposición marca el fin del crecimiento de la red de tensión inmediata inferior, o en algún caso su no aparición, llegándose a una relación entre tensión de transmisión y de distribución de 3 a 4. En muchos ejemplos en nuestro país solo encontramos 145 - 525 kV con una relación 3,6.

REFLEXIONES El avance a escalones de la técnica fue poniendo en evidencia la distinta importancia relativa de ciertos temas en relación a otros, y se observa que no siempre es válido el criterio de extrapolar los conocimientos y experiencias disponibles para las tensiones inferiores. EJEMPLO La figura 3.2 muestra las tensiones normales nominales y la relación entre pares de valores. Se ha marcado la faja de valores entre 2 y 4 y se destacan las relaciones que corresponden a 525 kV como tensión superior y como tensión inferior 145 kV.

3.4 - EL SISTEMA ACTUAL Y FUTURO - CONOCIMIENTO DEL SISTEMA Para poder lograr una correcta adaptación al sistema (ambiente) de la estación eléctrica, debe conocerse suficientemente el sistema eléctrico y su evolución esperada. Lo primero que se observa es la estación, o se inserta en una red existente, o se realiza junto con las líneas de la red que se desarrolla. INSERCIÓN EN EL SISTEMA Una estación pertenece a un sistema eléctrico, y no puede ser considerada separada de él, es más, el sistema tiene un estado actual y un desarrollo esperado futuro, y la estación debe integrarse a toda la vida del sistema. El sistema generalmente cambia su función a medida que pasa el tiempo, así es que un sistema nacido para la transmisión puede convertirse en un sistema de distribución, las estaciones deben adaptarse a las distintas exigencias que esto implica.

ADAPTACIÓN AL SISTEMA La estación se concibe para el sistema en cual se incluye, el desarrollo del sistema, su futuro, deben ser considerados y tenidos en cuenta desde el inicio del proyecto. La red debe alcanzar una configuración final, a través de etapas intermedias que corresponden a distintas configuraciones. La incertidumbre que acompaña a la configuración final, obliga a estudiar alternativas de conectividad y de funcionamiento. La solución de proyecto debe permitir la fácil adaptación de alternativas distintas a la solución final considerada como básica.

Cuando se proyectan las estaciones de un sistema nuevo, es indispensable disponer de los esquemas de la red futura, en sus distintas alternativas planificadas. El proyecto debe satisfacer las configuraciones finales futuras, y de ellas se debe lograr la solución satisfactoria actual, y las etapas intermedias posibles.

IMAGINACIÓN Y DOCUMENTACIÓN A pesar de eso el proyectista debe forzar su imaginación para permitir la máxima flexibilidad futura, y cuando no dispone de los planes futuros, debe imaginarlos y documentar lo estudiado. Cuando se hagan las ampliaciones la documentación de lo existente, y los esbozos de posibles ampliaciones estudiadas, serán valiosísima información para enfrentar esas tareas. En los casos de ampliación la documentación de lo existente es de importancia básica, es plenamente válido el principio de no innovar.

LA VIDA ÚTIL Cuando se proyecta una obra, es importante tener presente su vida útil, nuestras obras eléctricas se piensan para su desarrollo de 20 años y una máxima vida de 30-50 años... después corresponde su demolición y el reemplazo. Quizás un desarrollo explosivo, haga que las obras resulten obsoletas en plazos menores, entonces también se habrán amortizado antes.

Quizás si el desarrollo se inhibe, la vida de las obras deba prolongarse, lógicamente las menores solicitaciones permitirán aprovecharlas por más tiempo.

3.5 - LA RELACIÓN CON LA ECONOMÍA La vida de las obras y su estado se mide en términos económicos, lamentablemente la mala economía esconde y disimula, tanto los errores como los aciertos técnicos. El rendimiento de una obra, el valor de reposición, el valor de recuperación, son elementos que permiten medir si una obra debe mantenerse o modificarse y quizás demolerse y reemplazarse. La buena economía, permite acertar en las decisiones que pareciendo técnicas son en rigor técnico económicas.

3.6 - DETERMINACIÓN DE LOS DATOS BÁSICOS - SOBRETENSIONES EN EL SISTEMA Al proyectar un sistema, en desarrollo, se realizan muchísimos estudios en distintas condiciones de funcionamiento. La gran cantidad de resultados que se obtienen de los distintos estudios sirven para varios usos y en particular para un acertado dimensionamiento de la aislación, y definición de las distancias eléctricas, que influyen directamente en el costo de la obra. REGISTROS DE LO EXISTENTE En un sistema existente, los registros de las distintas variables, permiten la comprobación de los modelos utilizados.

Hoy no existe dificultad técnica para realizar gran cantidad de registros en modo confiable y fácil, y la síntesis es también facilitada por el cálculo automático. La enorme cantidad de información que puede recogerse, para que efectivamente sea útil, obliga a un enorme esfuerzo de síntesis. Estos resultados experimentales permiten lograr una valiosa experiencia para los sistemas actuales y sobre ella lograr mejores aproximaciones de las situaciones futuras.

CLASIFICACIÓN DE LAS SOBRETENSIONES La figura 3.3 muestra una comparación entre la duración de los distintos tipos de sobretensiones que se presentan en el sistema eléctrico.

- La tensión máxima que puede presentarse en modo permanente, define la tensión nominal de los equipos. - Las sobretensiones temporarias, resultan de cambios de configuración de la red, y se presentan ante pérdidas de carga, resonancias, fallas a tierra. Su

duración es del orden del tiempo de actuación de los reguladores o las protecciones. El nivel de las sobretensiones depende de la configuración de la red y del punto considerado, y en general es tanto menor cuanto más mallada es la red y cuantas más puestas a tierra de neutros se tengan. Para limitar las sobretensiones temporarias, en caso de falla, en las fases sanas, se trata de lograr cierta relación entre la impedancia a la secuencia cero y la impedancia de secuencia directa (Zo menor de 3 * Zd). Las sobretensiones de maniobra se presentan ante los cambios bruscos de configuración de la red, asociadas a cierres y aperturas de interruptores o a fallas. Se trata de rápidos transitorios, que dependen de la configuración de la red y de otras circunstancias que obligan a considerarlos aleatorios. Se

presentan

por

interrupciones

de

carga

reactiva,

de

líneas

de

transformadores, por fallas, durante el cierre y el recierre, etc. El valor de estas sobretensiones aumenta por la carga residual de las líneas, o por reencendidos durante las interrupciones. - Sobretensiones atmosféricas se presentan ante fallas del blindaje dado por el hilo de guardia y la sobretensión puede provenir de una línea o producirse en la estación. La descarga en la estación es poco probable, por la superficie relativamente reducida, en comparación a la línea. La descarga puede ser directa pero un buen blindaje garantiza contra este efecto. También puede producirse contorneo inverso de la cadena de aisladores. Esta situación es muy poco probable que se presente en la estación

por la baja resistencia de puesta a tierra de la misma, pero es probable en la línea, y de esta manera se originan las sobretensiones atmosféricas que penetran a la estación. Las sobretensiones atmosféricas, conducidas por las líneas, sufren en la estación reflexiones múltiples que deben ser evaluadas a fin de comprobar que los valores alcanzados se mantienen bajo control. Mientras que las sobretensiones atmosféricas afectan una sola fase, las sobretensiones de maniobra afectan a dos o las tres fases simultáneamente; es entonces importante el estudio de su efecto sobre la aislación fase-fase. Cada punto del sistema eléctrico se caracteriza por distintos valores de sobretensiones de los distintos tipos, modernamente estos valores se definen en forma estadística. La presencia de descargadores de óxido de cinc, autoválvula o cuernos modifica los valores de las sobretensiones. En particular los descargadores deben drenar las sobretensiones atmosféricas. En ciertos casos se desea que drenen y limiten las sobretensiones de maniobra; lógicamente deben ser adecuados para soportar la solicitación consiguiente. Las sobretensiones temporarias en cambio no pueden ser drenadas por su excesiva duración. Los valores que deben soportar las aislaciones se eligen entre ciertos valores normales propuestos por las normas IEC y que se han reunido en la figura 3.4

3.7 - CORRIENTES NORMALES Y DE FALLA - LOS ESTUDIOS Los estudios de flujos de carga definen corrientes térmicas permanentes en las distintas líneas y en los distintos componentes de la estación. Las condiciones a estudiar son las normales y las de emergencia. Los estados de carga deben tener en cuenta sobrecargas admisibles de los equipos más importantes. Lógicamente estos estudios deben hacerse para las condiciones de funcionamiento actuales y futuras, obteniéndose finalmente la máxima corriente que afecta cada elemento de la instalación.

Otra de las utilidades de estos estudios es la verificación del rango de regulación de los transformadores, que debe ser suficiente para el punto en cuestión, y uniforme entre todos los transformadores del sistema. Los estudios de cortocircuito, en distintos puntos y en distintas condiciones de la red, definen las corrientes de falla, que en definitiva afectan a cada componente, y también para este caso hay que individualizar el valor máximo. Los estudios pueden sugerir la adopción de ciertas soluciones, o de cierta configuración de red, tratándose de limitar corrientes de falla o canalizar los flujos de potencia. A quien trabaja en el diseño de la estación solo interesan ciertos resultados de los estudios, que definen características de los componentes de la estación, aparatos, barras, aisladores, conexiones, entre otros. LOS NIVELES DE CORTOCIRCUITO En países donde se presentan niveles de cortocircuito elevados se trata de limitar la corriente de cortocircuito monofásico, de manera que al menos no supere la trifásica, para esto la reactancia de secuencia cero debe ser mayor que la directa. La definición de corrientes térmicas normales y de corrientes de falla permite fijar valores que definen características principales del equipamiento y soluciones constructivas aceptables. Los equipos deben seleccionarse entre los que existen en el mercado; disminuir prestaciones por debajo de las normales no ofrece ventajas económicas y disminuye el nivel de las garantías técnicas.

Por otra parte prestaciones exageradas llevan a soluciones con muy pocos aparatos posibles, que además serán probablemente poco difundidos, o de diseño viejo.

RELACIÓN ENTRE CORRIENTES Entre corrientes normales y de cortocircuito debe haber cierta relación. La máxima diferencia lógica es de 5 a 100; fuera de este campo casi podría decirse que la solución acarreará problemas. Los

transformadores

de

corriente

deben

funcionar

correctamente

en

condiciones normales y frente a sobrecorrientes máximas de falla. Cuando las corrientes de falla son menores los requerimientos de mantenimiento serán en general menores.

3.8 - INTERFERENCIA EN RADIO Y TELEVISIÓN - LAS MOLESTIAS En la proximidad de las obras eléctricas de alta tensión se observa la presencia de una molestia en la recepción de señales de radio y de televisión (perturbaciones). Estas molestias son producidas localmente en ciertos puntos; se originan en descargas, y se irradian al espacio, o se transmiten por conducción a las líneas y se propagan finalmente al espacio. El disturbio producido por las líneas es naturalmente mas importante por su mayor área de influencia, comparativamente la estación es prácticamente una obra puntual. El disturbio de la estación no es en general importante si no intervienen las líneas en propagarlo. Si el disturbio total producido por la estación es menor en

magnitud que el correspondiente a las líneas su importancia entonces no será decisiva. La radiointerferencia en el despoblado donde no hay receptores de radio, es por otra parte menos importante que en las zonas urbanas, pero este efecto también esta ligado a la relación señal ruido. Se observan perturbaciones de frecuencia estable (modulada), banda estrecha, características del ambiente industrial, y de espectro amplio, oscilaciones libres amortiguadas, que barren un espectro amplio de frecuencias.

ORIGEN DE LOS DISTURBIOS Las perturbaciones están ligadas a la intensidad del campo eléctrico (en la superficie del conductor), al efecto corona en condiciones meteorológicas desfavorables, en particular con gotas de lluvia. El llamado efecto corona, ligado a perdidas cuando de valor importante, produce efluvios cuando es incipiente, generando campos de alta frecuencia que interfieren con señales de comunicaciones. El efecto corona es un fenómeno local, que depende del gradiente, del estado superficial del conductor (polvo, grasa, agua),y del ambiente (presión, humedad), se estudia con métodos experimentales. El disturbio de radiointerferencia depende de los equipos que se instalan en la estación, de las soluciones constructivas adoptadas y de los accesorios utilizados. Los elementos fuente de estos disturbios son conductores, aisladores y morseteria, el fenómeno esta ligado a falsos contactos (100 MH) y/o ionización

(10 a 20 MH, descargas en gases, descargas parciales, con campo intenso pero que no llega a desarrollarse en todo el espacio). Las descargas pueden ser internas (en vacuolas), superficiales (limite sólido gas, por campo tangencial), corona (efluvios por puntas y aristas). Además, el envejecimiento de los equipos puede contribuir a su aumento, los cuidados que deben tenerse durante el montaje y mantenimiento deben orientarse a seguir controlando esta situación. En particular el envejecimiento de los aisladores, su ensuciamiento es también causa de este fenómeno. Este fenómeno no solo afecta el ambiente exterior de la estación. La miniaturización de los equipos de comando, medición y protección ha aumentado la sensibilidad de estos sistemas al ruido ambiente, particularmente por la disminución del valor de las señales.

LAS PREVISIONES Los organismos cuya responsabilidad es la administración de las bandas de comunicaciones imponen exigencias para controlar la interferencia de radio (100 kH), frecuencia modulada y televisión (10 a 100 MH). En las previsiones de diseño debe tenerse también en cuenta la compatibilidad electromagnética entre las fuentes de ruido y los equipos sensibles al mismo. Para controlar estos fenómenos se utiliza grasa conductora, soldadura de conductores, cortocircuito entre partes con shunts, caucho semiconductor entre metales, todos artificios que tienden a evitar diferencias de potencial entre partes. La causa del fenómeno son los desplazamientos bruscos de carga, origen del campo perturbador, además influyen geometría y características físicas, pero la

observación depende también de características de la recepción (observador), existiendo instrumentos y modalidades de ensayo normalizadas.

3.9 - EL RUIDO ACÚSTICO - FUENTES DE RUIDO La estación eléctrica genera distintos tipos de ruidos acústicos que molestan en el ambiente. TRANSFORMADOR La fuente sonora principal por su importancia y nivel de ruido es generalmente el transformador, tanto considerado solo, como aumentado con el aporte del sistema de refrigeración. Para limitar la propagación de este ruido se construyen pantallas o cajas cuya función es disminuir el nivel, dificultando la propagación. INTERRUPTORES Los interruptores son fuentes esporádicas de ruido, pero importantes por su nivel, especialmente cuando son de principio de interrupción en aire comprimido. LA INSTALACIÓN Otro generador de ruido es el campo eléctrico que produce pequeñas descargas, que finalmente son origen de un ruido eléctrico de fondo que no es de importancia fundamental. LA OBRA No debe olvidarse que durante la etapa de construcción el obrador es fuente de ruidos de montaje que molestan en modo importante al vecindario.

Cuando la densidad de población es grande el daño que los ruidos acarrean puede condicionar el horario y los días de trabajo, creando dificultades al rápido avance de la obra.

3.10 - GRADIENTE AL SUELO Y TENSIONES INDUCIDAS - EL CAMPO ELÉCTRICO El personal que se desplaza por la estación para realizar sus funciones de control, operación, mantenimiento, está sumergido en un campo eléctrico y magnético importante. Hay presencia de cargas, tensiones y corrientes inducidas por efectos capacitivos, inductivos y conductivos, en distintas partes, en los distintos elementos que componen la estación. LA RED DE TIERRA Cuando la red de tierra drena corrientes de falla aparecen tensiones entre distintos puntos. Todas estas condiciones que se presentan por razones físicas deben quedar limitadas a valores suficientemente seguros para que el personal desarrolle sus tareas con naturalidad y sin temor. CONCLUSIONES En el proyecto se debe entonces controlar el campo eléctrico en el suelo y en las zonas de trabajo, las tensiones que pueden asumir las distintas partes que pueden ser tocadas, etc.

3.11

-

RELACIÓN

CON

AMBIENTE

FÍSICO

Y

GEOGRÁFICO

-

CONDICIONES AMBIENTES Prescindiendo del ambiente que hemos denominado eléctrico las estaciones interactúan con el resto de las condiciones ambientales. Obras de gran tamaño pueden tener influencias notables y provocan cambios de la naturaleza. Se trata entonces de fijar correctamente como el ambiente influye en el diseño de la estación, y por otra parte estudiar el impacto que la estación produce en el ambiente natural en el que se la inserta. EFECTOS DE LA OBRA Para esto último se trata de identificar y evaluar los efectos físicos, ecológicos, estéticos y sociales que la implantación de la obra tendrá, y evaluar sus consecuencias a breve, mediano y largo término. El estudio se inicia con el análisis del sitio del emplazamiento y sus características. Luego, estrictamente a los fines de controlar el cambio, se evalúan molestias que la instalación ocasiona, impacto visual, ruidos, vibraciones, higiene, etc. ACCIONES Finalmente, individualizados los problemas se trata de reducir al mínimo sus consecuencias, o mejor en suprimirlas. Lógicamente el costo que estas condiciones crean, debe ser controlado y comparado con los beneficios que se obtienen. Cuando las obras están cerca de poblaciones también deben evaluarse las molestias que se crean durante la etapa de construcción, trabajos ruidosos en horas de descanso, cierre de caminos, etc.

3.12 - CLIMA TEMPERATURAS Y VIENTO - CONDICIONES CLIMÁTICAS Las condiciones climáticas afectan en distintas formas a los distintos componentes de una construcción y en particular de la estación. Es más, es la simultaneidad de condiciones que crea determinados estados de solicitación que deben ser controlados. Lógicamente las hipótesis que fijan las posibles solicitaciones deben ser suficientemente realistas. LA TEMPERATURA: La temperatura varía con las horas del día, y una determinada localidad se caracteriza por temperaturas máximas, medias, mínimas y determinadas variaciones diarias y estacionales que crean condiciones básicas de cálculo y verificación. Es de interés conocer por ejemplo la relación entre temperatura y carga (corriente eléctrica). Estas relaciones afectan la capacidad de los equipos y permiten su mejor aprovechamiento o su dimensionamiento más ajustado. EL VIENTO También el viento, al variar las condiciones de refrigeración afecta la capacidad de carga. Pero la mayor influencia del viento, en las construcciones altas que se observan en las estaciones eléctricas, corresponde a la definición del estado de carga mecánica. En la figura 3.5 se observan los valores de vientos máximos probables que se presentan en distintos lugares del país

El viento es un fenómeno de características particulares, y se han estudiado las leyes estadísticas que lo rigen.

EL ENFOQUE PROBABILÍSTICO En el pasado el enfoque de este problema se hacía en un modo determinístico, suponiendo cierta velocidad máxima del viento, uniforme y aplicada en toda la superficie del cuerpo en estudio. Hoy el tema se encara determinando valores medios y teniendo en cuenta las variaciones en el espacio y en el tiempo. Para simplificar se adopta como viento máximo el que corresponde a condiciones convencionales a las que se refieren las medidas en distintos sitios. El valor del viento es denominado velocidad base y corresponde a cierta probabilidad de ocurrencia en un cierto período. Esta velocidad del viento debe ser afectada por coeficientes que dependen de distintas consideraciones.

FACTORES DE AJUSTE El primer coeficiente tiene en cuenta condiciones locales del sitio, cima o valle y varia de 1.1 a 0.9. El segundo coeficiente tiene en cuenta el ambiente que rodea al sitio (playa... bosque), la rugosidad del suelo, el tamaño de la construcción embestida por el viento. Esto último obliga a considerar una mayor duración de la ráfaga para hallar el valor medio del viento en todo el tamaño de la construcción, y la altura

de la construcción. La velocidad del viento se define convencionalmente a 10 m. de altura. El tercer coeficiente relaciona la probabilidad de ocurrencia con el período durante el cual la instalación está expuesta, y está relacionado con la vida útil de la instalación.

RELACIÓN ENTRE TEMPERATURA Y VIENTO Por otra parte para ciertas determinaciones es necesario conocer la relación entre temperatura y velocidad del viento. Por cierto que cuantos más y mejores datos se tengan disponibles, más realistas serán las hipótesis de carga, y los cálculos.

EL HIELO: En ciertas zonas existe la posibilidad de formación de depósitos de hielo, y esta condición puede ser definitoria para la aplicación de ciertos equipos, y la elección de ciertos diseños. La sobrecarga de hielo, simultánea con un viento moderado puede crear condiciones muy desfavorables. LAS TORMENTAS ELÉCTRICAS: Otro factor relacionado con el clima es el nivel isoceráunico, cantidad de días en el año que se oyen truenos, que denuncian descargas atmosféricas. Un dato evidentemente mejor es el conocimiento del número de descargas eléctricas por año y por unidad de superficie.

3.13 - POLUCIÓN Y CONTAMINACIÓN - CONTAMINACIÓN DE LOS AISLANTES La proximidad del mar, de desiertos, de industrias, etc. crean condiciones de contaminación de las superficies aislantes que, cuando no fueron previstas, causan serios y graves problemas. Se han definido ciertas escalas de niveles de contaminación, que dependen del ambiente, y de las consecuencias que significan interrupciones de servicio cuando se dan condiciones atmosféricas desfavorables, humedad, viento, neblina, etc. El tipo de contaminante es también de importancia, y define la posibilidad de ser lavado en modo natural por la lluvia, o artificialmente. LOS ENSAYOS Los tipos de ensayo con los que se mide la aptitud para soportar condiciones de contaminación de una aislación superficial son: con niebla salina, o con capa sólida de contaminante y representan distintos modos de contaminación. Finalmente estas consideraciones obligan a elegir cierta longitud de la línea de fuga de los aisladores, y cierto perfil, en relación con la tensión que los solicita. Para resolver estos problemas se puede apelar a métodos experimentales trasladando experiencia de las instalaciones existentes, y de esta forma hacer evaluaciones correctas. COMENTARIOS: Lamentablemente no siempre se dispone de registros que permitan aprovechar la experiencia. Las inversiones necesarias para hacer pequeñas estaciones experimentales que sirven para detectar los fenómenos de contaminación son despreciables si

se las compara con las economías que implica la correcta evaluación del problema y su debida importancia. Es de importancia conocer cantidad y características de las lluvias, y la presencia de niebla, rocío, etc. que son factores climáticos que particularmente influyen en la contaminación y sus efectos.

3.14 - CONDICIONES SÍSMICAS - DEFINICIÓN El sismo es un temblor o sacudida de la tierra que tiene origen a cierta profundidad. Cuando el sacudimiento es fuerte y produce daños se lo llama terremoto. Esta posibilidad condiciona el tipo de construcciones que pueden hacerse y las técnicas constructivas que pueden utilizarse. CARACTERÍSTICAS Un terremoto cualquiera, se caracteriza por tres magnitudes, su aceleración máxima, su velocidad máxima y su desplazamiento máximo, que se presentan en distintos instantes del fenómeno. La aceleración que más influye en diseño de los equipos eléctricos es la horizontal, pero también puede producirse en dirección vertical. La figura 3.6 muestra la clasificación del país desde el punto de vista de las solicitaciones sísmicas que se pueden presentar.

Los coeficientes sísmicos zonales permiten definir la importancia que pueden tener estas solicitaciones en distintos puntos del país. ENSAYOS Cuando se le aplican solicitaciones a un equipo, su comportamiento oscilatorio puede amplificar las tensiones mecánicas que se presentan respecto de las que corresponden a solicitaciones estáticas. Para las zonas sísmicas, los equipos deben estar diseñados, desde su concepción básica, para ser capaces de soportar esas solicitaciones.

3.15 - CONDICIONES DE PROYECTO A su vez el proyecto obliga a tener en cuenta que los equipos están montados sobre soportes, anclados a fundaciones, y el todo debe ser un conjunto armónico bien adaptado, para soportar las solicitaciones sísmicas que eventualmente se produzcan. Las altas tensiones se caracterizan por las soluciones esbeltas y de frecuencias naturales de oscilación que coinciden con las que corresponden a los sismos. TOPOGRAFÍA - EL ÁREA Las enormes áreas que requiere la planta de una estación de alta tensión hacen problemático a veces encontrar los terrenos. Al buscar el terreno debe encontrarse además de la superficie suficiente, un adecuado drenaje ya que la obra cambiará en general totalmente las características de absorción de la tierra. También deben buscarse adecuadas características naturales de suelo, para soportar correctamente las fundaciones, y así lograr un dimensionamiento racional. Otro aspecto a tener en cuenta es la altura de la obra sobre el nivel del mar, que afecta particularmente sus características eléctricas. EL SUELO Los estudios de las características del suelo en el área elegida para la estación son fundamentales para justificar la acertada ubicación, o exigir el cambio de lugar.

En caso de sismos el terreno no debería sufrir modificaciones importantes, será necesario entonces un estudio geológico que demuestre su uniformidad y asegure que no existan fallas importantes. COMENTARIOS A veces el terreno debe ser protegido de aluviones u otros desastres naturales, es fundamental que la zona elegida ofrezca riesgos mínimos. Una estación de estas características puede ser desplazada generalmente varios kilómetros sin afectar las características generales de la red. Si este desplazamiento reduce riesgos, evidentemente se le puede encontrar fácil justificación económica. En general se buscan terrenos planos, porque los movimientos de tierra son costosos. Los terrenos deben ser altos, no inundables, el suelo debe ser sólido apto para fundaciones. Se debe tener en cuenta que el relleno por el costo que implica una mala elección del terreno, puede traer consecuencias que desmerecen totalmente la confiabilidad de la estación, ya dificultando el trabajo en ella, ya causando problemas de funcionamiento. En zonas montañosas se diseñan estaciones con dos o tres niveles de suelo para reducir los movimientos de tierra. Esta solución dificulta la circulación en la estación, y el problema merece estudios donde todos los interesados puedan dar su opinión, a fin de lograr una solución satisfactoria. EL ACCESO Otro tema de importancia es la posibilidad de fácil acceso a la estación. Se buscará la proximidad de caminos suficientemente importantes, como para resolver la llegada en la fase constructiva y en la posterior operación, de los equipos más pesados o voluminosos, por ejemplo los transformadores. La

proximidad de un pueblo que ofrezca condiciones de vida satisfactorias es importantisima especialmente cuando se entra en la etapa de operación. El viaje debe ser suficientemente breve para que el ir y volver del trabajo no sea considerado como un sacrificio.

3.16 - CONDICIONES ESPECIALES Cuando estas estaciones están ubicadas en zonas montañosas, es importante conocer la altura sobre el nivel del mar, ya que la densidad del aire influye en sus características dieléctricas y en su calor específico, en consecuencia modifica su poder de enfriamiento. CONSECUENCIAS La construcción de la estación, sus fundaciones profundas, sus caminos, su tratamiento superficial modifican en modo importante la naturaleza vecina y las napas freáticas. Estas influencias deben evaluarse. LOS ACCESOS DE LAS LÍNEAS Un tema de especial importancia es el acceso de las líneas a la estación. La estación es una construcción del sistema, los accesos de las líneas imponen importantes vínculos a la orientación de la estación. Las líneas deben buscar el mejor acceso a la estación desde algunos kilómetros de distancia. Pensemos que los vanos pueden alcanzar los 400 o 500 m. El acceso debe hacerse sin ángulos, las líneas no deben rodear la estación y no debe hacer cruces. Una estación es una obra de un sistema eléctrico y no está aislada del mundo circundante, especialmente cuando es de muy alta tensión.

CRITERIO Nunca el diseño de la estación debe condicionar la traza de las líneas, al revés, éstas tienen prioridad. Lógicamente este problema termina en la adopción de soluciones de compromiso.

3.17 - IMPACTO VISUAL - DIMENSIONES: En un área de 200 por 400 m pórticos de 20-30 m. de altura y de 100-200 m. de desarrollo, no son fáciles de disimular. Algún terraplén, alguna hilera de árboles pueden ayudar a disimular un poco la obra, que a nosotros nos puede parecer hermosa, pero que es considerada como contaminación visual del ambiente, por nuestros semejantes que no comprenden ni admiran estas obras. El problema es mayor, además de los efectos estéticos, deben considerarse los efectos físicos, ecológicos, y sociales, el camino a seguir es individualizar problemas, y reducirlos o al menos controlarlos. CRITERIO Desde el principio del proyecto debe buscarse el no destruir la armonía del paisaje. La altura de los pórticos, la confusión creada por las grandes estructuras son efectos desfavorables en el impacto visual. COMENTARIOS Debe elegirse un lugar que disimule, que esconda la obra. Algunas pantallas naturales como por ejemplo hileras de árboles en las zonas en que son admisibles, son una adecuada solución.

Las disposiciones bajas son mas favorables, los colores del equipamiento, de los pórticos, su diseño que evite los reticulados, prefiriendo soluciones de alma llena. CONCLUSIONES: Todos los recaudos que significan respeto por la naturaleza deberían ser tomados en cuenta. De todos modos es difícil de disimular la llegada de las líneas que denuncian la existencia de la estación.

3.18 - MATERIALIZACIÓN DEL PROYECTO PROYECTO - DEFINICION: Un proyecto es la ejecución de una idea volcada en documentación (planos) que se materializa finalmente con la obra y su explotación. Contempla las siguientes etapas: ingeniería básica ingeniería de detalle la obra INGENIERIA BASICA Define los lineamientos generales e ideas básicas del proyecto. Estas ideas y definiciones del proyecto son los pilares en que se basara la ingeniería de detalle, para la ejecución de los planos constructivos. La ingeniería básica es desarrollada por un grupo pequeño de ingenieros (en comparación con la ingeniería de detalle que requiere mas personas dedicadas), que elaboran planos, especificaciones técnicas, y si corresponden documentación de licitación. En general la ingeniería básica define:

Estudios de la red: corrientes nominales, sobretensiones, futuras ampliaciones. Ubicación física, y orientación de la estación eléctrica respecto de las líneas, y otras exigencias. Esquemas unifilares (de la estación, de los servicios auxiliares): sistemas de barras, corrientes nominales (barras), tensiones de servicio (maximas y minimas), tensiones de servicios auxiliares. Disposicion de equipos (lay out): distancias entre fases, y fases a tierra, altura de las conexiones, tipos de pórticos, y soportes. Dimensiones de máxima de los edificios (en particular edificio de comando): definición de niveles, definición de locales. Definición y especificación de equipos: interruptores (medio de interrupción), seccionadores (forma, tipo, dos o tres columnas, polos en fila india, o paralelos, de seccionamiento vertical, pantógrafo), tipos de protecciones (características especiales, combinación con comando y señalización), paneles de comando, medición, protección, telecomando, teleproteccion. Definición del cableado: kioscos, armarios de conjunción, borneras de interconexión, tipos de cables a utilizar en las distintas funciones (multipolar simple, blindado, con armadura) Esquemas funcionales básicos Eventual pliego de licitación La ingeniería básica no es constructiva, con los planos disponibles en esta etapa no se pueden construir ni montar los equipos. Esta documentación es suficiente para evaluar la obra y los trabajos de montaje, con suficiente aproximación para lograr una cotización valida.

INGENIERIA DE DETALLE La ingeniería de detalle, se ajusta en un todo a valores y especificaciones técnicas de la ingeniería básica (admitida correcta), es siempre conveniente antes de iniciar esta etapa, someter la ingeniería básica a una cuidadosa revisión, detectando las observaciones que merezca, y proponiendo las mejoras que correspondan. La ingeniería de detalle, se debe realizar conforme a normas aceptadas por las partes, reglas de arte, y criterios de seguridad, todo esto debe ser también discutido convenientemente al inicio de este trabajo. Salvo obras de poca monta, la relación entre los que ejecutaron la ingeniería básica, y los que desarrollan la ingeniería de detalle, no se mantienen directamente, sino se hacen a través del Comitente. El trabajo consiste en convertir la información de la ingeniería básica en el diseño detallado de la estación eléctrica, de manera de que se pueda comprar y /o construir los elementos constitutivos, puedan ser montados en forma lógica cumpliendo los requerimientos técnicos de la instalación. Integran la ingeniería de detalle: planos, planillas, croquis, memorias de calculo, especificaciones técnicas, en forma y con alcance tal que permitan realizar a un tercero (el contratista) todos los trabajos detallados. El proyecto constructivo de las instalaciones es en distintas disciplinas: electricidad, arquitectura, obras civiles. La ingeniería de detalle se fundamenta en la ingeniería básica, tomando los lineamientos indicados, y desarrollando planos constructivos, la nueva variable es la definición y documentación precisa de los equipos a montar; es decir se

debe contar con planos que reflejen los equipos adquiridos (se debería contar con los planos conforme a fabricación de los equipos), tratándose de: interruptores seccionadores tableros transformadores de potencia transformadores de medición (corriente, tensión) y otros aparatos. A partir de esta información se desarrollan, reelaborando todos los planos definidos con precisión, de especialidad eléctrica: esquemas unifilares esquemas trifilares esquemas funcionales de comando, protección, enclavamiento Disposicion de equipos (lay out) en playa ubicación física de la obra en relación a líneas y otras obras exteriores dimensiones del edificio de comando ubicación de tableros, y paneles dentro de los edificios segregación de tensiones planillas de borneras cableados de paneles (pueden corresponder al proveedor de tableros) cableados entre paneles y equipos de playa listas de cables cómputos de materiales tablas de tendido de barras (conductores flexibles) planos de puesta a tierra especificaciones técnicas de construcción, provisión y montaje

Planos de Arquitectura y obras civiles: planos de replanteo, nivelación, y movimiento de tierra planos de arquitectura del edificio de comando y otros edificios (plantas, frentes, detalles constructivos, carpintería, etc) planos de instalaciones de edificios (agua, gas, electricidad, desagües, etc) planos de caminos y pavimentos planos de desagües pluviales y sanitarios planos de pilotaje (cuando necesarios) planos de encofrados, armaduras de fundaciones y estructuras de hormigón armado planillas de doblado de hierros planos de estructuras metálicas (pórticos, soportes de equipos, etc) especificaciones técnicas de construcción, provisión y montaje planillas de cómputos de materiales Los documentos que se emiten en la ingeniería de detalle son planos memorias de calculo especificaciones técnicas planillas de materiales Cabe mencionar que generalmente a todos los documentos se los denomina genéricamente como "planos". Siguen comentarios para cada tipo de documento:

LOS PLANOS Con ellos la obra se construye. Es el producto final de la ingeniería. Deben ser claros y autosuficientes, o sea que no sea necesario recurrir a otros planos para su entendimiento (comprenderlos), salvo en lo necesario. No deben dejar margen de creación a la obra, salvo en detalles menores de montaje, que quien hace la obra (el montador) conoce generalmente mejor que el proyectista. Y para cubrir esta necesidad se hacen a veces planos de detalles denominados típicos de montaje. Los planos deben ser, en lo posible, de un mismo tamaño, lo que facilita su archivo y manejo de los mismos en obra. Se recomienda el tamaño A1 de la norma IRAM que corresponde a 600 x 845 mm, y el A4 210 x 297 mm, o el tamaño que mas se aproxime si se debe respetar otra norma. Al iniciar la ejecución de cada plano, un croquis a mano alzada del mismo es muy útil para cubrir las consideraciones básicas, y ver lo que se quiere mostrar. Ejecutado un plano, el mismo se emite al Comitente "Para Aprobación", luego superada esta etapa con o sin observaciones, y completadas las revisiones que corresponden

se

emite

"Apto

para

Construcción"

o

"aprobado

para

Construcción". Un plano puede sufrir varias revisiones hasta que llega la aprobación, esto obliga a definir en forma clara y adecuada para reconocer las diferentes revisiones. Una posibilidad es la siguiente: ( -) primera revisión (a), (b), (c).... las sucesivas, destacándose con nubes las diferencias respecto de la revisión anterior

en un momento determinado una revisión es "aprobada" por el comitente, en consecuencia se emite "para construcción" con una nueva revisión, limpia de nubes y que se la llama "cero" (0) Apta para construcción, o aprobada para construcción, en este punto es deseable que no haya nuevas modificaciones. Sin embargo puede suceder que se reciba información que lleve a modificar los planos en algunos puntos forzando así nuevas revisiones. Para distinguirlas de las anteriores a la aprobación se identifican con números: (1), (2), (3)... nuevas revisiones posteriores al apto para construcción cabe mencionar en este punto que las revisiones posteriores a la cero (0) apto para ejecución, deben realizarse evaluando previamente la magnitud de las mismas, y si dichas modificaciones llegaran en tiempo útil a la obra. Con la metodología indicada anteriormente se tiene finalmente volcada en los planos, toda la historia de sucesivas modificaciones. Las revisiones tienen indicadas dentro de una nube las modificaciones, y dentro de un triangulito se indica la codificación de la revisión, en cada revisión se borran las nubes de las revisiones anteriores. El objeto de las nubes es poner en evidencia en forma clara y precisa, las modificaciones de un plano respecto de la versión anterior, individualizándolas y no dejando lugar a dudas. Hay dos momentos en un proyecto en los cuales un plano se encuentra limpio de nubes, luego de su primera emisión: al momento de la revisión cero (0) Apto para ejecución cuando se hace Conforme a obra

El plano conforme a obra es aquel, como su calificación indica, que tiene asentadas las modificaciones realizadas en obra, indica como se ha construido, sus cotas, montado, conectado, etc. un equipo. Estos planos son de suma importancia ya que de ellos se valdrá el personal de explotación, para la operación y mantenimiento, y serán documentos que se utilizaran eventualmente en el futuro para el desarrollo de la ingeniería de eventuales modificaciones o ampliaciones. Los planos para aprobación no se deben emitir para la obra, solo causan confusión, solo deben llegar al comitente, cuando se emiten Aptos para ejecución, deben ir a la obra y al comitente, las actualizaciones posteriores es indispensable que la obra las reciba y tome nota de su importancia sustituyendo las versiones superadas.

LAS MEMORIAS DE CALCULO El objeto es conservar documentadas las razones de las decisiones tomadas al adoptar una determinada solución, a veces se tienen varias opciones y se debe optar, estas memorias se emiten al comitente para aprobación. Aprobadas por el comitente, se tiene el visto bueno para llevar adelante el proyecto de la propuesta adoptando la solución. Para no atrasar la ingeniería, frecuentemente no se espera esta aprobación, en la esperanza que estos documentos sean correctos. Las memorias no se emiten para obra ni al contratista. En cuanto a revisiones, referencias, reciben el mismo tratamiento que antes se detallo para los planos. Las memorias deben ser claras separando lo que se quiere señalar en puntos, por ejemplo:

objeto alcance premisas de calculo (hipótesis) desarrollo del calculo (metodología) conclusión Los gráficos deben ser claros, y los dibujos esquemáticos (simples simplificados)

LAS ESPECIFICACIONES TECNICAS En lo que corresponde valen las mismas consideraciones que para las memorias de calculo. Las especificaciones técnicas deben definir con claridad como se deben realizar técnicamente las tareas especificadas a cargo del contratista, o como se debe ejecutar la provisión de determinado equipo. Las especificaciones deben definir la función, no son un manual constructivo del equipo o del procedimiento, se debe tener en claro que la responsabilidad del producto, o de la construcción es del contratista o del proveedor. El ingeniero de proyecto no es ingeniero de producto, y para obtener la calidad deseada se basa en las normas, la sola mención de las mismas debe definir correctamente la calidad deseada del producto. Durante los pasos intermedios de fabricación, debe verificarse los diferentes requerimientos de las normas. Una advertencia importante es que en una misma provisión, no se deben mezclar normas, ya que de hacerlo se generan problemas imposibles de liquidar.

Las especificaciones técnicas deben tener un desarrollo claro de sus puntos, similarmente a las memorias de calculo, por ejemplo: objeto alcance características generales características particulares ensayos Frecuentemente

el

proveedor

debe

anticipar

con

documentación

las

características detalladas de su provisión, el alcance, necesidad e importancia de esta documentación debe ser claramente transmitida al momento del contrato. En cuanto a revisiones, referencias, reciben el mismo tratamiento que antes se detallo para los planos.

LAS PLANILLAS DE MATERIALES En estas se detallan los materiales requeridos con una especificación precisa y breve, eventualmente en algunos casos la planilla debe contener solo materiales de cierto tipo, y una especificación complementaria detallar características especiales que son necesarias en la obra. En general es preferible que el material a utilizar este definido con características normales (de norma) ya que esto permite adquirir material que no debe ser especialmente tratado. Las cantidades de material deben surgir de los planos, y debe documentarse el computo, las cantidades que se compran (que surgen de documentos derivados de las planillas de materiales, y que se llaman "requerimiento de

materiales") son mayores para tener en cuenta la calidad del trabajo de computo, las perdidas, los recortes, eventuales robos, etc. Hay materiales muy menores y de consumo, que no se computan, a nivel de ingeniería, pero quienes hacen la obra (contratista de montaje) deben a su vez computarlos y adquirirlos en cantidad y de calidad adecuada, estos materiales son por ejemplo: borneras anillos indicadores prensacables terminales de cableado de baja tensión, etc> También en este caso revisiones, referencias, reciben el mismo tratamiento que antes se detallo para los planos.

LA ESTIMACION DE INGENIERIA Este es un trabajo de organización que debe desarrollarse antes de iniciar el proyecto, y que permanentemente se actualiza para controlar el avance, emitiendo documentos que se llaman situación de ingeniería. Se trata del calculo estimado de Horas hombre (o meses hombre) que insumira el proyecto. La estimación parte de la lista de documentación (planos), pero debe también incluir reuniones, y tareas que no se ven normalmente reflejadas en los documentos de ingeniería (informes). La lista de planos contiene el listado de todos los planos que se prevé ejecutar, lógicamente es una lista que varia a medida que el proyecto avanza, mientras van quedando mas claros los alcances del detalle.

Recordemos que el nombre genérico de planos se usa para todos los documentos de ingeniería que se deben desarrollar (planos, especificaciones, memorias, planillas, etc) Es fundamental que esta lista identifique los planos, y que el nombre de cada uno sea representativo (muestre lo que uno espera al leer el titulo) Es buena norma asociar los planos correspondientes a una determinada tarea, esto es útil a los fines de síntesis, de cronogramas, de evaluación de lo faltante. Preparada la lista de planos se estima para cada uno las horas hombre que corresponden a las distintas categorías de personas que intervienen en el trabajo: dibujante proyectista ingeniero De la suma se obtiene el total de horas hombre. Del plazo estimado de ingeniería surge la cantidad de personas requeridas. Además se debe desarrollar un cronograma de avance del trabajo, y analizar el orden de las distintas tareas. No debe olvidarse que para poder desarrollar el trabajo, las tareas se deben hacer en cierto orden, y en cada momento se debe disponer de la documentación que permite trabajar sobre bases sólidas (deben evitarse las modalidades de trabajo que arriesgan la necesidad de repetir tareas, digamos una frase que merece algo de meditación al respecto: "nunca hay tiempo para hacer bien las cosas, siempre hay tiempo para hacerlas dos veces") Los resultados de estas evaluaciones, deben ser analizados a la luz de las características particulares de cada proyecto, y de la experiencia disponible.

Generalmente, a medida que el proyecto avanza se debe revisar esta estimación, corregirla, e informarla en forma sincera, para evitar desagradables sorpresas. EL APOYO A OBRA Es importante que quienes ejecutan la ingeniería de detalle, con periódicas visitas a obra, brinden asesoramiento de interpretación correcta de los documentos, y recojan aciertos y errores de las soluciones propuestas en los planos. La mejor obra es aquella en la que nadie se acuerda del proyectista.

4 - CÁLCULOS DE DISEÑO 4.1 - BARRAS Y CABLES - DEFINICIÓN La denominación genérica de barras y cables individualiza las barras propiamente dichas, las conductores de derivación (de barras a equipos) y los de conexión (entre equipos y a la línea). Estos elementos forman la parte esencial de los circuitos de potencia, y su dimensionamiento depende de la elección del esquema, y para por dimensionamiento dieléctrico, dimensionamiento mecánico, y verificación térmica. Del dimensionamiento mecánico surgen reflejos civiles, en soportes y fundaciones.

CLASIFICACIÓN Se puede utilizar conductores rígidos, barras macizas o tubulares, o conductores flexibles, cableados, formados por alambres.

El material en teoría puede ser cualquiera siempre que ofrezca resistencia mecánica adecuada. Actualmente, por razones de costo, el conductor más común es el aluminio, aunque puede utilizarse el cobre. Las soluciones tubulares se realizan con aluminio o aleación de aluminio. En el pasado se realizaron soluciones macizas con cobre, las barras de aluminio macizas no son comunes. Las soluciones con cable pueden utilizar cobre, aluminio, aleación de aluminio, y, en algunos casos, aluminio con alma de acero.

DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN La sección del conductor debe ser suficiente para transportar la corriente máxima permanente que el conductor debe soportar en las condiciones ambientes en el lugar de instalación. Para las distintas secciones normales de barras, tubos y cables se determinan las corrientes que pueden transportar en distintas condiciones ambientales y construir una tabla que relaciona sección y corriente. Los métodos de cálculo que se utilizan para determinar la corriente que un conductor (de determinado material, forma y sección) es capaz de transportar son varios. Veremos a continuación un método de verificación de la sección elegida.

CONCEPTO Al circular una corriente en el conductor produce una cierta cantidad de calor por efecto Joule.

Cuando el sistema se encuentra en régimen, todo el calor producido es disipado, parte por convección, parte por radiación. (figura 4.1).

FORMULA DE SHURIG Y FRICK Basándose en estos conceptos se proponen las fórmula (4.1) y formula (4.2).

Debe considerarse que la resistencia del conductor varía con la temperatura, fórmula (4.3).

La corriente admisible en las condiciones establecidas está dada por la fórmula (4.4).

La corriente a transportar debe ser menor o igual a esta corriente admisible del conductor elegido.

COMENTARIOS Generalmente los conductores están expuestos a la radiación solar.

Esta puede tenerse en cuenta aumentando en algunos grados la temperatura que el conductor tiene cuando no hay radiación.

VERIFICACIÓN DEL DIÁMETRO - CAMPO ELÉCTRICO Especialmente en las instalaciones de poca importancia, al elegirse conductores macizos o cableados, el diámetro puede resultar mínimo. Un diámetro pequeño en alta tensión es causa de fenómenos de efecto corona y radiointerferencia, producidos por el intenso campo eléctrico en la superficie del conductor (figura 4.2 y figura 4.2b).

CONCEPTOS Un conductor cilíndrico sometido a una alta tensión presenta un campo eléctrico superficial que puede determinarse. El campo eléctrico superficial depende también de condiciones locales de la superficie, rugosidad, presencia de suciedad, gotas de agua, etc.

El campo eléctrico (E) es directamente proporcional a la tensión en consecuencia muchas veces se fija un valor de tensión crítica, como límite admisible, que está en el orden de los 16 a 19 kV eficaces/cm y excepcionalmente a E = 21 kV eficaces/cm.

DETERMINACIÓN DEL CAMPO SUPERFICIAL El campo eléctrico en la superficie de un conductor cilíndrico está dado por la fórmula (4.5).

Este campo tiene el significado de valor medio y puede incrementarse por condiciones locales. Cuando se trata de un haz de conductores cilíndricos la fórmula (4.6) es la aplicable.

También en este caso el valor obtenido es medio, y varía siendo mínimo en la generatriz interna del conductor elemental y máximo en la externa.

CAMPO CRITICO - FORMULA DE PEEK Para determinar el campo que produce descarga corona luminosa, se utiliza la fórmula (4.7) con el nombre del autor.

Las pérdidas de energía que se producen tienen importancia en las líneas de muy alta tensión. En las estaciones lo importante es el efecto de ruido ambiente, y radio interferencia que se produce y que debe ser minimizado.

EFECTO TÉRMICO DE LAS CORRIENTES DE BREVE DURACIÓN Cuando se producen fallas (cortocircuitos) en el sistema circulan corrientes de alto valor, que persisten hasta que actúan las protecciones de interruptores o fusión de los fusibles.

CONCEPTO El conductor que se encontraba a una temperatura determinada, acumula calor y eleva su temperatura transitoriamente, de acuerdo a la fórmula (4.8).

Debiendo notarse que esta fórmula es válida en la suposición de que la resistencia no varía con la duración del fenómeno, el calor se acumula aumentando la temperatura del conductor. Cuando el incremento de la temperatura es importante, se plantea una fórmula válida para un breve lapso, y por integración se obtiene la fórmula (4.9).

DETERMINACIÓN DEL AUMENTO DE TEMPERATURA Para controlar si el aumento de temperatura debido a la sobrecorriente es admisible, se determina la temperatura final con las formulas (4.10) y (4.11).

Se debe verificar que la temperatura final alcanzada sea menor que la máxima admisible del conductor. 4.2 - RESUMEN Hasta aquí se adoptó un cierto tipo de conductor y una cierta sección verificándose que: - La corriente a transportar es menor o igual a la corriente admisible (4.4) y en consecuencia la sección es suficiente.

- El campo eléctrico en la superficie de los conductores (4.5) y (4.6) no supera los valores máximos admisibles y en consecuencia el diámetro del conductor o haz de conductores es suficiente.

- La temperatura máxima que se alcanza bajo condiciones de corto circuito (4.10) es menor a la máxima admisible por el conductor.

4.3 - ESFUERZOS SOBRE CONDUCTORES Los conductores, ya sean rígidos o flexibles, están sometidos a distintas fuerzas que contribuyen al estado de tensión que se presenta en ellos y a las reacciones que se producen en los apoyos o amarres (figura 4.3).

PESO PROPIO Y SOBRECARGAS VERTICALES El peso propio siempre está presente, además en algunos casos se puede formar sobre el conductor un manguito de hielo. En las estaciones eléctricas, a diferencia de las líneas, los conductores sostienen además los cables de conexión de los equipos, que son cargas concentradas en determinados puntos.

EMPUJE DEL VIENTO Y SOBRECARGAS HORIZONTALES La presión dinámica del viento actúa sobre los conductores y sus derivaciones, transmitiéndoles un estado de carga. El efecto de atracción y repulsión entre conductores debido a la corriente es particularmente notable cuando se producen cortocircuitos.

FÓRMULAS UTILIZADAS - EMPUJE DEL VIENTO Se determina mediante la fórmula (4.12), en base a la presión del viento sobre una superficie convencional, teniendo en cuenta, además el coeficiente de forma del objeto sobre el que se produce el empuje si se trata de un conductor cilíndrico o de un cable se utiliza la fórmula (4.13).

SOBRECARGA DEL HIELO

Se determina suponiendo una capa de espesor uniforme sobre el conductor, o alrededor del conductor (manguito de hielo). Lógicamente los criterios influyen en el valor. Las fórmulas (4.14) y (4.15) son las aplicables.

CARGA TOTAL APLICADA Se obtiene superponiendo las distintas cargas (figura 4.4).

CV - Carga vertical total = peso propio + sobrecarga de hielo + otras sobrecargas verticales. CH - Carga horizontal total = empuje del viento + otras sobrecargas horizontales (cortocircuito). Carga resultante total = se obtiene con la fórmula (4.16)

.4 - CONDUCTORES FLEXIBLES Es de interés determinar el estado de tensión que se presenta en los conductores tendidos y los esfuerzos que estos transmiten a las estructuras. El caso más simple es considerar que el cable tendido adopta la forma de la parábola.

HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS No se tiene en cuenta la influencia de las cadenas de aisladores. No se tiene en cuenta la influencia de los cables de conexión. Se supone que la presión es uniforme a lo largo de todo el vano.

VALORES DE INTERÉS Para cada condición climática se determina el estado de tensión del conductor, las reacciones en los amarres y la flecha. De estos valores se extraen las combinaciones de cargas que sirven particularmente para el diseño de las estructuras.

CONSECUENCIA DE LAS HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS Para no complicar el cálculo, los cables de conexión pueden considerarse como una carga adicional uniformemente repartida sobre el conductor.

Si no se los considera, se presentará luego una sobrecarga y se transmitirán mayores esfuerzos en los apoyos. Para calcular con seguridad es entonces conveniente considerar los cables de conexión, ya distribuyéndolos, como se sugirió antes, o más correctamente considerándolos como cargas concentradas. Las cadenas de aisladores influyen disminuyendo el vano de tendido del cable. Se puede hacer la hipótesis simplificativa de que las mismas son rígidas y con estas condiciones los cálculos de esfuerzos y flechas no resultan demasiado complicados. Cuando por la disminución de temperatura el cable se acorta y aumenta su estado de tensión, las cadenas de aisladores permiten la movilidad de los puntos de amarre y en consecuencia el estado de tensión resultante es menor del que se habría producido de no haber existido las cadenas. El calcular sin cadenas, nos pone en la situación de seguridad, ya que obtendremos cargas en situación real inferiores.

COMPENSADORES DE TIRO CONSTANTE En ciertas instalaciones es necesario mantener la flecha constante, independientemente

de

la

temperatura,

para

que,

por

ejemplo,

los

seccionadores de apertura vertical logren alcanzar correctamente el estribo o contracontacto. Los compensadores de tiro, manteniendo constante el tiro del conductor, logran mantener la flecha constante. Lógicamente deben poder absorber las variaciones de longitud del conductor.

Si no pueden absorber las variaciones de longitud del conductor, en los extremos de su carrera se producirá saturación, y a partir de ese momento el comportamiento del cable será como si no hubiera compensador.

COMPENSADORES ELÁSTICOS Si suponemos que en serie al cable instalamos un resorte, el conjunto se comportará como si el cable fuera más elástico. Las variaciones de flecha con la temperatura serán menores, y en consecuencia ésta es una solución de alternativa al compensador de tiro constante (figura 4.5).

4.5 - CONDUCTORES FLEXIBLES CORTOS La conexión eléctrica entre equipos próximos puede realizarse con conductores flexibles. Las cargas que aparecen sobre los bornes de los equipos dependen de características particulares de la morsetería (figura 4.6).

Si la morsetería se considera como una articulación (morsetería flexible), el cable entre equipos se comportará de manera tal que su traza desarrollará una catenaria (parábola). Si en cambio la morsetería es rígida, entonces el cable debe considerarse empotrado en el equipo. El conductor así tendido presenta tres tramos bien definidos. El tramo central se comportara al igual que en el caso anterior, siguiendo la traza de una catenaria, limitada por dos puntos de inflexión. Los tramos extremos se comportan como vigas empotradas con una carga uniformemente repartida, y en su extremo, punto de inflexión, una carga concentrada correspondiente a las reacciones del tramo central (ver figura 4.7).

Es importante destacar que la acción del cable sobre el equipo incluye un momento flector, que no se presenta si la moseteria asegura suficiente flexibilidad.

FÓRMULAS APLICABLES Conocido el tiro que se aplica a un conductor flexible y la carga resultante, con la fórmula (4.17) se determina la flecha.

De esta fórmula se desprende que la flecha depende del tiro cuando no varían las otras condiciones. La longitud del cable está relacionada con la flecha por la fórmula (4.18).

La variación de longitud del cable debida a la tensión se obtiene con la fórmula (4.19) y por la temperatura con la formula (4.20).

Es estas expresiones se deriva la ecuación de estado del cable que permite determinar el tiro y la flecha en distintos estados de carga.

MODULO DE ELASTICIDAD EQUIVALENTE El conjunto de cable resorte, se comporta como si se tratara de un cable de módulo de elasticidad aparente distinta a la del cable. Para un determinado estado de carga (tiro) las variaciones de longitud del resorte, del cable y del conjunto cable resorte se determinan con las fórmulas (4.21), (4.22), y (4.23).

El módulo de elasticidad equivalente debe satisfacer la expresión (4.24) de la que se obtiene la formula (4.25).

4.6 - CONDUCTORES RÍGIDOS También para los conductores rígidos se debe determinar el estado de tensión, y los esfuerzos se transmiten sobre los soportes. Es de interés reducir el número de soportes, por lo que se trata de que el momento de inercia del conductor sea relativamente grande. Para una dada cantidad de material y una dada sección de conductor, el máximo momento de inercia se logra para la forma anular, en consecuencia el conductor elegido será tubular.

ESFUERZOS DEBIDOS A DILATACIÓN Las variaciones de temperatura del conductor producen su dilatación. Para los conductores flexibles la dilatación se traduce en aumento de la flecha, para los rígidos en cambio esfuerzos de compresión en el conductor. Los apoyos deben permitir el movimiento para que no se presenten esfuerzos indebidos.

Por otra parte los apoyos deben absorber los ajustes de montaje, que pueden considerarse construcciones con tolerancias del orden del cm, digamos ajustes de albañil.

ELÁSTICA DEL CONDUCTOR Establecidos los puntos de apoyo, queda definida la elástica del conductor. Esta puede corresponder a una viga continua, una viga simplemente apoyada con voladizo, etc. Los estados de tensión del conductor y las reacciones en los apoyos quedarán definidas por las cargas actuantes sobre el conductor en distintas condiciones y por la elástica que corresponda. FÓRMULAS UTILIZADAS Para una viga simplemente apoyada el momento flector máximo está dado por la fórmula (4.26) y la flecha por la formula (4.27).

Para las condiciones distintas de la viga simplemente apoyada y en distintos puntos a lo largo de la viga se pueden obtener los valores de momento y flecha aplicando factores sobre los valores arriba obtenidos (figura 4.8).

El momento de inercia de un tubo está dado por la fórmula (4.28), el momento resistente por la formula (4.29) y la tensión mecánica por la formula (4.30).

4.7 - FUERZAS DEBIDAS AL CORTOCIRCUITO - COMENTARIO Cuando se produce un cortocircuito circulan elevadas corrientes y aparecen entonces fuerzas de atracción y repulsión entre conductores atravesados por dichas corrientes. Como las corrientes varían a la frecuencia de la red, las fuerzas son variables. Los conductores cambian de posición y se producen deformaciones, en consecuencia se presentan distintos estados de tensión (figura 4.9).

HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS Si se supone que se tienen solo dos conductores paralelos y de longitud infinita, atravesados por una corriente constante, la fuerza está dada por la

fórmula (4.31), siendo de repulsión si los sentidos de las corrientes son opuestos.

Siendo la longitud finita, las fuerzas son menores que las teóricas correspondientes a longitud infinita.

LA CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO La corriente de cortocircuito es de valor variable, sinusoidal y en los primeros instantes presenta también una componente continua. El valor máximo de la corriente de cortocircuito es del orden de 2 - 2.8 su valor eficaz. Se toma convencionalmente en alta tensión 2.5 como valor normal y representativo.

CORTOCIRCUITO BIFÁSICO En esta falla, la corriente en ambos conductores es la misma, en consecuencia la fuerza puede ser considerada como un valor medio y superpuesto una componente de frecuencia doble a la de la red. Lógicamente esta fuerza es dependiente de la corriente de cortocircuito bifásica que generalmente es distinta (y menor) de la trifásica.

CORTOCIRCUITO TRIFASICO Las corrientes en los tres conductores son distintas, en cada instante la suma es cero, por consiguiente, la fuerza sobre un conductor depende de la corriente que por él circula y de las corrientes en cada uno de los otros conductores. COMENTARIO Para las estaciones eléctricas las barras están generalmente en disposición coplanar por lo que la fuerza máxima se presenta sobre la barra central. La fórmula (4.32) es la que corresponde y el coeficiente K tiene en cuenta la asimetría de la corriente y otras condiciones prácticas asumiendo distintos valores.

HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS Se ha considerado que la fuerza de cortocircuito es variable. Si se la considera constante, se la puede tener en cuenta como si fuera una fuerza estática, y con ella calcular el estado de tensión consiguiente. La solicitación es dinámica y estática, influye especialmente la frecuencia propia de la construcción.

CASO DE BARRAS RÍGIDAS

El estado de tensión se determina con la fuerza. Las barras tienen una frecuencia de vibración propia; si la frecuencia de excitación de la fuerza es próxima a la de resonancia, los estados de tensión son mayores, ya que las deformaciones son mayores que las que corresponden a condición estática. Algunos diagramas de la bibliografía muestran los coeficientes de amplificación a utilizar.

CASO DE BARRAS FLEXIBLES, CABLES Durante el cortocircuito se produce un movimiento que resulta de descripción compleja. Generalmente se acepta la simplificación de considerar el caso estático de una fuerza resultante aplicada al conductor.

CASO DE SUBCONDUCTORES Cuando una barra está formada por subconductores aparece una fuerza de atracción entre los mismos que tiende a reunirlos en un único conductor. Al estado de tensión producido por la fuerza entre barras se suma el producido por la fuerza entre subconductores.

HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVAS Para las barras rígidas se pueden superponer directamente los estados de tensión. HAZ DE CABLES Para los cables flexibles en haz, la atracción entre conductores del haz, incrementa el tiro sobre los anclajes.

Corresponde considerar el incremento de tiro hasta que los conductores entran en contacto. La posibilidad de que los conductores se pongan en contacto está condicionada por la existencia de separadores entre conductores. A medida que el número de separadores aumenta, el efecto de incremento de tiro aumenta; pero, superada cierta cantidad de separadores los conductores se comportarán como si no se tratara de un haz, sino como un único conductor.

4.8 - PÓRTICOS Los conductores flexibles se tienden entre pórticos. Las cargas que los conductores aplican a los pórticos pueden descomponerse según tres ejes principales. Los ejes principales son: el eje vertical, un eje horizontal en el sentido de la viga del pórtico y el eje horizontal normal a los anteriores y generalmente en la dirección de los conductores.

CONCEPCIÓN DEL PÓRTICO Los pórticos están formados por columnas y vigas en las que se amarran los conductores. La distancia entre amarres de los conductores depende del diseño geométrico que se realiza para respetar las distancias de aislación en las distintas condiciones. Los amarres de los conductores, realizados sobre el travesaño del pórtico pueden ser internos a las torres o externos (figura 4.10).

El travesaño es una viga apoyada con tramos en voladizo o no, puede ser una viga continua o no (figura 4.11 y figura 4.11b).

Las columnas del pórtico son vigas empotradas que transmiten al suelo principalmente acciones debidas al momento de vuelco producido por los conductores. CARGAS ACTUANTES Las cargas actuantes sobre el pórtico son: - Peso de los conductores, con sobrecargas eventuales y variaciones debidas a las acciones de los equipos, cadenas de aisladores, etc. - Viento sobre los conductores, cadenas de aisladores, etc., que varía actuando en distintas formas. - Tiro horizontal del conductor (supuestos los apoyos a nivel) y define el momento de vuelco sobre el pórtico. Es conveniente aclarar que definido un vano y un conductor quedan determinados los esfuerzos sobre el pórtico debido al peso y al viento. Las cargas de peso y viento son independientes del estado de tensión que se adopte para el conductor (tiro).

OBSERVACIONES - El peso de los conductores, los accesorios, junto con el peso propio de la estructura, define la carga de comprensión que las columnas del pórtico deben soportar. - El viento transversal a las barras, sobre conductores, y estructura define las cargas de corte, y momentos flectores que la estructura debe soportar. - El tiro de los conductores define las cargas de vuelco producidas por los conductores.

- Cuando se trata de pórticos intermedios las cargas de los conductores pueden compensarse entre un lado y el otro, y se diseñan pórticos más livianos. - La viga, que forma el travesaño está sometida a los tiros de los conductores. Cuando aparecen fuerzas de cortocircuito de repulsión o atracción entre conductores, la viga queda sometida a la comprensión o tracción.

HIPÓTESIS DE CARGA Las cargas deben ser combinadas de manera de considerar estados de carga que representen posibles estados reales. - Cuando el máximo tiro del conductor se alcanza con el máximo viento, éste es perpendicular geométricamente con el tiro del conductor. - Cuando en cambio el máximo viento es paralelo a la barra la acción del viento sobre la estructura es la máxima, pero el tiro de los conductores no alcanzará el valor máximo (por acción del viento), quedando en un valor próximo al normal. El equilibrio de los tiros entre vanos contiguos es importante de controlar con hipótesis que tengan en cuenta errores de montaje, y con las distintas hipótesis climáticas. Las condiciones de montaje pueden crear situaciones de carga que deben ser controladas. También las condiciones de emergencia, eventualmente debidas a accidentes, pueden crear situaciones de carga a controlar.

4.9 - SOPORTES DE EQUIPOS Los soportes de los equipos pueden tener formas muy simples, como una columna, hasta configuraciones relativamente complejas, como pequeños pórticos. Sobre los equipos actúan fuerzas, por ejemplo : fuerza del viento, fuerza transmitida por los cables de conexión, que deben ser soportados por éstos, que a su vez, cargan soportes (figura 4.12).

CARGAS ACTUANTES Se esquematiza la columna y el equipo como superficies sobre las que se consideran las acciones de las cargas, el viento, las cargas de montaje, el peso, etc. Se determina la carga con la que el equipo actúa sobre el soporte, que se utiliza para verificar el soporte. También se determina la carga que el soporte transmite a la fundación. Los valores a determinar son: - Fuerzas de compresión, peso. - Fuerzas de corte. - Momento flector.

SOPORTES COMPLEJOS En algunos casos los soportes de barras, o los soportes de seccionadores tienen formas más complejas, como ser estructuras aporticadas o con brazos. Cada caso requiere un estudio adecuado, y éste comienza con una buena estimación de las cargas. Cuando existen transmisiones que deben producir movimientos como el caso de seccionadores, es importante una suficiente rigidez entre partes para que la transmisión cumpla con toda eficiencia con su función (figura 4.13).

4.10 - RED DE TIERRA - FINALIDAD La red tierra tiene la finalidad de limitar las tensiones de paso y de contacto que se presentan en una estación tanto en su área interna como en su contorno. COMENTARIO Cuando la red de tierra drena una corriente de falla se forma un campo eléctrico y en la superficie del terreno se presentan distintas tensiones entre distintos puntos (figura 4.14).

DEFINICIONES La diferencia de potencial que se presenta entre dos puntos del suelo separados por un paso es la que se llama tensión de paso (figura 4.15).

Tensión de contacto es la que se presenta entre una superficie metálica, conectada a la red de tierra, y un punto del terreno desde el cual se puede tocar dicha superficie (figura 4.15).

Tensión transferida es aquella "llevada" por objetos metálicos hasta eventualmente fuera del área cubierta por la red de tierra. COMENTARIO La obra eléctrica está construida sobre el suelo y en casos de fallas la corriente es drenada al suelo conductor. Se forma un campo de corrientes y de superficies equipotenciales. HIPÓTESIS SIMPLIFICATIVA Consideramos que el suelo es un medio de resistencia constante, relativamente elevada respecto de los metales. DISEÑO BÁSICO Si sobre el suelo se extendiera una capa metálica, chapa, se lograrían limitar las tensiones de paso y de contacto a valores mínimos.

Sin embargo, la corriente a drenar debería pasar de la chapa al suelo, y en la periferia de la chapa se presentaría un gradiente y se observarían la presencia de tensiones de paso. Si desde el suelo natural no se alcanzan los objetos que están sobre la chapa, no se tendrán tensiones de contacto. Si en lugar de una chapa, solución irrealizable, se hace una red, se presentarán también tensiones de paso y de contacto dentro de la red. PRINCIPIOS Si el mallado es suficiente denso las tensiones de paso (en su interior) y contacto serán mínimas. Se puede disminuir la densidad del mallado, hasta que las tensiones alcancen el límite admisible. Todos los elementos que pueden presentar tensiones de contacto deben ser conectados a la red de tierra para controlar esta tensión. FÓRMULAS UTILIZADAS De estudios realizados se han propuesto distintas fórmulas para determinar los parámetros característicos de la red de tierra. De la bibliografía se han extraído las fórmulas (4.33), (4.34) y formula (4.35).

Las tensiones características de la red están dadas por las fórmula (4.36) y fórmulas (4.37) y (4.38) , respectivamente, tensión de malla, tensión de paso y tensión de contacto.

La esquematización mas simple de la red de tierra es con barras (que llamaremos principales) en dos direcciones ortogonales, estas barras están enterradas y presentan cierta cantidad de intersecciones (cruces X o derivaciones T) donde se unen con adecuados morsetos o soldadura. Cada elemento a conectar a tierra implica una conexión (a las barras principales y que llamaremos derivación) de cierta longitud, el elemento se puede conectar con una o dos derivaciones. La longitud de la derivación en parte se encuentra enterrada, y luego sube a conectarse al elemento que interesa. Al computar el total de conductores que drenan corriente al suelo, se consideran los principales, y la parte enterrada de las derivaciones. CRITERIOS En los cálculos de redes de tierra se utilizan muchas fórmulas simplificadas, que solo permiten conocer el orden de magnitud de los parámetros que caracterizan la red de tierra. Pero aun cuando se utilizan los mejores modelos, la precisión esta limitada por la gran incertidumbre de ciertos datos. Es fundamental durante la construcción de la red de tierra realizar mediciones que permitan detectar que el comportamiento de la red coincida con el previsto.

Con la red construida se deben determinar las tensiones características en los puntos críticos e introducir las correcciones que sean necesarias para lograr tensiones de paso, de contacto y transferidas que no superen los límites de seguridad. A tal fin vale la pena notar que la resistencia total de la puesta a tierra no es un valor fundamental en la definición de su comportamiento.

4.11 - PARÁMETROS DE DISEÑO DE LA RED DE TIERRA - RESISTIVIDAD DEL SUELO La resistividad del terreno es un dato básico, en general puede determinarse al momento del estudio de suelos que se realiza para el proyecto de las fundaciones. El objeto es conocer la resistividad del terreno con el fin de determinar la resistencia de la puesta a tierra de la estación eléctrica y los potenciales de paso y de contacto en el área, a través de cálculos dimensionantes y de verificación. MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD En general el suelo no es homogéneo, y a veces se observan estratos (capas) de distinto valor de resistividad por lo que es necesario lograr un valor (o un par de valores) representativos de estas características para los cálculos. MEDICIONES A REALIZAR El área a medir se cubre con varios puntos (9 a 25) distribuidos con cierto criterio, en dichos puntos se harán mediciones. Para cada punto se realizan mediciones en dos direcciones ortogonales, y a distintas profundidades aparentes (5, 10, 20, 50 y mas m).

Para medir se utiliza, frecuentemente, el método de las cuatro jabalinas (espaciadas), con el que se obtienen valores de resistencia media del suelo para cada profundidad (distancia entre jabalinas). INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA Las mediciones se complementan con otra información que ayude a la interpretación correcta de los resultados. Es importante incluir una descripción del método de medición, eventualmente la parte de manual de instrucciones del instrumento que ayude a entender los resultados (si necesario). Además es útil una descripción del tipo de terreno obtenida por observación directa, e información descriptiva de la estratificación si se tuvieran datos de perforaciones o excavaciones. TRATAMIENTO DE RESULTADOS Con los valores obtenidos de las mediciones y la información complementaria se trata de realizar una caracterización del suelo resumiendo los resultados en un único valor si puede considerarse el terreno homogéneo, o en un par de valores si se considera valido el modelo de dos capas. Se determinan así la resistividad superficial y profunda, la resistividad superficial afecta a las tensiones características y la componente de resistencia que depende de la longitud de conductor enterrado (ver formula 4.35).

La resistividad profunda determina la componente de resistencia que dependen de la superficie cubierta por la red (ver formula 4.35).

La superficie que la red debe cubrir es como mínimo la que comprende el área de la estación y sus edificios, hasta unos 5 a 6m. de distancia de ellos, si es posible. CAPA SUPERFICIAL En ciertos casos se recubre el área de la estación con una capa superficial de piedra partida o canto rodado sin aglomerante de resistividad mucho mas elevada que el suelo natural que cubre. Esta capa superficial es de pequeño espesor 10 30 cm, y sus características de resistividad y espesor deben mantenerse en el tiempo para poder garantizar su efectividad. La influencia de esta capa es notada en las corrientes que circulan por el cuerpo sometido a tensiones de paso y de contacto, ya que su resistencia se incrementa con las que corresponden al dispersor de los pies sobre esta capa. 4.11 - CORRIENTE A DRENAR Una falla trifásica, si bien puede afectar los conductores de la red de tierra, no drena corriente al suelo (tampoco si bifásica aislada). Se presenta la necesidad de drenar corriente al suelo cuando ocurre una falla monofásica a tierra (figura 4.16) o bifásica con tierra.

Aún así no toda la corriente de falla a tierra es drenada por la red al suelo, parte de esta corriente es conducida fuera de la red de tierra por los cables de guardia de las líneas aéreas ó los cables de tierra que acompañan a los cables enterrados; o eventualmente, sus armaduras si están en contacto directo con la tierra o puestas a tierra en otra estación. Lógicamente para determinar esta repartición de corriente, se debe conocer el valor de la resistencia de puesta a tierra de la red, y varios parámetros de las líneas y/o cables. El cálculo debe repetirse para encontrar las condiciones mas desfavorables en cada caso. Se deben calcular las corrientes de cortocircuito a tierra que corresponden a fallas en distintos lugares y condiciones y encontrado el valor mas desfavorable utilizarlo en el dimensionamiento de la red.

DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE ENTRE DISPERSORES EN PARALELO La primera aproximación, utilizada en alguna bibliografía fue aceptar una distribución en corriente continua, ya que la resistencia de la estación, principal elemento en el que circula la corriente de tierra se considera efectivamente una resistencia pura, sin reactancia.

El error de esta adopción es no considerar especialmente los acoples inductivos entre conductores en los que circulan corrientes de falla y cables de guardia. Se deben analizar los parámetros del hexapolo que corresponde a un tramo de línea representada por un conductor, un cable de guardia, una torre y el suelo, un esquema completo tiene impedancias propias de conductor, guardia, y tierra y tres mutuas, conductor guardia, guardia tierra, conductor tierra. Al estudiar el campo de corriente en el suelo de acuerdo a las fórmulas de Carson todo es como si la corriente se encontrara concentrada a un profundidad que aumenta con la resistividad y se reduce con la frecuencia, pero en la proximidad de la estación la corriente que finalmente entra en la red de tierra se debe considerar cerca de la superficie. En la determinación de los parámetros se debe tener en cuenta esta hipótesis, que debe reflejar la cercanía o no del tramo de línea estudiado a la estación.

LÍNEAS DISPERSORAS La línea presenta dos modos de actuar según se presente corriente en sus conductores o no. Cuando no hay corriente de falla en la línea, el cable de guardia se comporta como un dispersor en paralelo con la resistencia de tierra de la estación, es como si la resistencia de la estación se redujera por acción de los cables de guardia de las líneas que llamamos pasivas. Cuando en cambio una línea alimenta la falla, la corriente en el cable de guardia es inducida por la mutua impedancia entre este y el conductor, llamamos a esta línea activa, porque conduce corriente de falla.

Para cada línea se pueden determinar parámetros que permiten encontrar los valores de corrientes en cada componente. DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTE EN LA ESTACIÓN Cuando a la estación llegan varias líneas que aportan corrientes de falla, el problema es determinar la repartición de la corriente entre los cables de guardia. Una vez preparados los parámetros de cada línea, y con el fin de determinar la distribución de corrientes entre cables de guardia y red de tierra de la estación, se construye un sistema de ecuaciones, una ecuación para cada línea, pasiva y activa. Se tienen tantas ecuaciones como líneas, las incógnitas son las corrientes en los cables de guardia, y en la red de tierra, corresponde entonces agregar una ecuación mas para la corriente total, la suma de las corrientes de las líneas debe ser la suma de las corrientes en cables de guardia y la corriente drenada por la red de tierra. Son datos las corrientes aportadas por las líneas y la corriente total de falla, incógnitas las corrientes drenadas por los cables de guardia, y la corriente drenada por la red de tierra. El sistema de ecuaciones permite resolver el problema, encontrando los valores incógnitas.

4.13 - CONDICIONES DE PELIGRO - COMENTARIO Cuando se producen fallas en el sistema y se presentan corrientes a tierra, la red de tierra asume cierto potencial respecto de la referencia de potencial nulo. Los valores que caracterizan la seguridad de la red de tierra son las tensiones de paso y de contacto.

Cuando en las condiciones normales estas tensiones son relativamente elevadas puede recubrirse el suelo de la estación con un material de alta resistividad (grava). Lógicamente, si se utiliza este medio debe garantizarse que la resistividad de la capa superficial no varía con el tiempo. Si se reduce la resistividad pueden presentarse situaciones peligrosas. FÓRMULAS Para tener en cuenta la capa superficial de material de alta resistividad se utilizan las fórmula (4.39) y formula (4.40) .

COMENTARIO Debe notarse que para la tensión del paso se considera 2 veces la resistencia de contacto pié suelo, mientras que en la tensión de contacto se considera la mitad. Efectivamente, en un caso el camino pasa por 2 elementos en serie y en el otro en paralelo (figura 4.15).

VALORES CARACTERÍSTICOS La resistencia del cuerpo que debe tomarse es el valor normal mínimo en el orden de 1000 ohm. La resistencia de contacto pie suelo que se adopta está dada por la fórmula (4.41).

El valor de resistividad superficial de la capa de material que cubre el suelo que se adopta debe ser el mínimo que ésta presentará durante la vida de la instalación.

Este valor puede resultar de un orden de magnitud superior al suelo natural de la zona, debiendo tenerse en cuenta que con el tiempo, el material aportado se irá ensuciando y perderá su elevada resistividad inicial. La corriente peligrosa se fija con distintos criterios; una práctica es utilizando la fórmula (4.42).

PRECAUCIÓN Las corrientes de falla se presentan con una componente continua que es causa de su asimetría. La corriente de falla que se utiliza para calcular las tensiones peligrosas debe tener en cuenta esta situación, en consecuencia se utiliza el valor medio cuadrático de la corriente de falla, que resulta mayor que el valor eficaz de la corriente simétrica, dato generalmente informado como corriente de falla monofásica. La corriente simétrica debe ser incrementada multiplicándola por un factor que tiene en cuenta esta situación y que parte de 1 para tiempo de 1 segundo, llegando a 1.65 para los breves tiempos de 1 ciclo.

4.14 - SECCIÓN DE LOS CONDUCTORES

Los conductores de la red de tierra, y de conexión deben estar dimensionados para soportar la corriente de falla por el tiempo de duración de la misma. Las fórmulas que se aplican son las mismas que para los conductores aéreos o aislados. Mientras ocurre el fenómeno de conducción de la corriente de falla, el conductor acumula calor. Los conductores que conectan los equipos a la red de tierra deben soportar la mayor corriente de falla que se puede presentar en ellos (que puede ser bifásica o trifasica). Los conductores de la red de tierra conducen una parte de la corriente de falla (monofásica a tierra) y ésta se va repartiendo entre todos ellos. Los conductores enterrados deben ser en lo posible de gran diámetro, para asegurar un buen contacto al suelo. En muchos casos se realizan en planchuela, debiendo superar un espesor mínimo y una sección mínima, para soportar la corrosión. Los conductores de las bajadas deben ser protegidos en la zona de transición aire tierra que es peligrosa por los fenómenos de corrosión que allí se producen. La protección de las bajadas, no debe ser hecha con hierro galvanizado por dos razones, primero incrementa la reactancia de la conexión y segundo se ponen en proximidad dos metales (hierro y cobre) en tierra húmeda, debiéndose temer corrosión electrolitica

DISTRIBUCIÓN DE CORRIENTES EN LA MALLA No todos los conductores de la malla drenan al suelo la misma corriente por unidad de longitud. Los conductores periféricos son los que más drenan, mientras que los interiores drenan sensiblemente menos que el valor medio. Esto justifica que en ciertos diseños se observe que el mallado no es regular, siendo mas denso en la periferia y mas ralo en el centro. JABALINAS Las redes de tierra de las estaciones eléctricas son relativamente extensas. Las jabalinas no contribuyen mayormente a drenar la corriente a tierra, ya que son relativamente pequeñas. Las jabalinas deben instalarse en los puntos donde se deben drenar las sobretensiones de impulso. Cuando es necesario reducir la corriente drenada por la red, para controlar los potenciales, se instalan jabalinas en la periferia de la misma, que es la zona donde mejor se aprovechan. La corriente por unidad de longitud que drenan las jabalinas es sensiblemente mayor que la correspondiente a los dispersores horizontales. Debe cuidarse que la corriente que las jabalinas drenan al suelo quede contenida dentro de límites que no produzcan excesivo calentamiento del terreno circundante al dispersor. Si tal fenómeno ocurriera, el efecto es un aumento de resistencia, con aumento de las tensiones características y de los peligros consiguientes, debido a que por el calor producido el terreno circundante se seca aumentando su resistividad.

CORRIENTES IMPULSIVAS Las descargas atmosféricas que llegan a la estación conducidas por los cables de guardia, deben ser drenadas a tierra. También llegan descargas a través de los conductores de fase, y estas son drenadas por los descargadores y por los objetos de capacitancia hacia tierra relativamente elevada, capacitores de acoplamiento, transformadores de corriente, de tensión y de potencia. Para estas descargas, de frecuencias muy elevadas solo una pequeña parte de la red de tierra resulta activa y dispersora. Es conveniente en los puntos donde se presenta esta situación un mayor adensamiento de la red y la instalación de una jabalina. Jabalina y cables dispersores ofrecen impedancias a la alta frecuencia que deben considerarse en paralelo, la corriente impulsiva se divide entre los caminos y es drenada al suelo por la conductividad transversal que ofrecen estos elementos.

4.15 - FUNDACIONES Deben absorber los esfuerzos que la estructura soporte transmite al suelo. Se identifican las cargas aplicadas, y se desarrollan distintos métodos de cálculo y verificación. En general la fundación puede tener forma de paralelepípedo de hormigón, con cierta armadura (figura 4.17).

Los bulones de anclaje del equipo o del soporte se ubican en agujeros que se rellenan con hormigón de segunda colada (figura 4.18).

Cuando los esfuerzos son importantes y no se justifica demasiado un mayor volumen de la fundación, se la puede realizar con zapata. Los equipos grandes, como los transformadores, requieren fundaciones que cubren una superficie extensa. En ciertos casos se prescinde de la fundación, o solo se construye una platea.

Cuando se pueden presentar pérdidas de aceite se puede construir una pileta cuya finalidad es contener el aceite en caso de grandes pérdidas o rotura de la cuba. En los casos donde el peligro lo justifica la solución constructiva es más sofisticada, la pileta tiene una reja, piedra partida, etc. (figura 4.19).

Cuando se teme la posibilidad de incendio, y la proximidad de otros equipos hace prever la propagación se construye una pared vertical de hormigón, muro parallamas. La altura debe ser suficiente para detener proyecciones de trozos al producirse una explosión, el espesor suficiente para quedar de pie a pesar del fuego.

5 - LAS HIPÓTESIS DE CALCULO 5.1 - DIMENSIONAMIENTO DE LOS CONDUCTORES DE POTENCIA La unión entre los equipos, las barras de la estación, las uniones de las barras y de las líneas, se realizan con conductores que deben ser adecuadamente dimensionados desde distintos puntos de vista: - corriente permanente - sobrecargas de corriente - cortocircuitos de dada duración dimensionan la sección del conductor. En cambio: - tensión de servicio - sobretensiones dimensionan sus diámetros, y sus distancias entre sí y a masa. - condiciones climáticas, temperaturas, vientos - condiciones sísmicas - condiciones de cortocircuito fijan la capacidad de resistencia mecánica.

LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE CORRIENTE Los conductores pueden ser flexibles o rígidos, su sección debe ser capaz de transportar la máxima corriente permanente, con sobreelevación moderada de temperatura, que en particular no afecte las características mecánicas del mismo conductor, ni las características de la aislación en contacto con el.

La corriente permanente se verifica con algún método de cálculo, como el propuesto por Shurig y Frick, que por otra parte es usado por los conductores de las líneas aéreas. La corriente máxima que el conductor puede transportar esta condicionada por la máxima temperatura aceptada para el conductor, la máxima temperatura ambiente, la mínima condición de viento, la irradiación solar... Debe analizarse la correlación de presencia de máximas corrientes, temperaturas y mínimos vientos.

EL CAMPO ELÉCTRICO SUPERFICIAL El diámetro y la distancia entre conductores y al suelo afectan el campo eléctrico en la superficie de los mismos. El campo eléctrico esta relacionado con el ruido eléctrico, la radiointerferencia, el efecto corona. Para reducir el campo eléctrico, en alta tensión se pueden utilizar haces de conductores flexibles, pero se trata de limitar el número de conductores del haz para evitar el elevado costo de la morsetería (la morsetería para dos conductores, es menos costosa que aquella correspondiente a cuatro). La otra posibilidad de reducir el campo eléctrico cuando los conductores son rígidos es realizarlos tubulares, con un diámetro relativamente grande para una dada sección. El efecto corona depende también de las características de presión y humedad del aire, eventualmente de la lluvia, se puede evaluar el número de horas en que cada condición se presenta y juzgar así su aceptación. CONSIDERACIONES MECÁNICAS - CONDUCTORES RÍGIDOS

Los conductores rígidos tubulares (generalmente) se instalan sobre aisladores rígidos, y forman con ellos una estructura. Los conductores en sí pueden considerarse como una viga continua, con apoyos móviles sobre los aisladores, eventuales articulaciones en la viga. Las variaciones de temperatura producen variaciones de longitud de la viga, se debe verificar que los apoyos móviles sean adecuados y no impidan la libertad de movimiento. El viento suave es causa de vibraciones debidas a los torbellinos de Von Karman que con cierta velocidad del viento crean condiciones de resonancia mecánica, siendo necesario lograr amortiguar estos efectos. Se utilizan amortiguadores de vibraciones o se resuelve el problema experimentalmente instalando dentro del tubo horizontal un cable suelto que se apoya simplemente. Los vientos fuertes producen el estado de máxima tensión mecánica que debe ser considerada. Por razones estéticas frecuentemente se trata de limitar la flecha máxima sin viento que la barra presenta. Cuando se hacen las verificaciones de tensión y flecha es necesario considerar el sobrepeso debido a eventuales accesorios, y cables que se conectan a la barra. CONDUCTORES FLEXIBLES Los conductores flexibles se amarran entre pórticos y pueden ser considerados como un vano corto de una línea aérea.

Se realizan conductores sencillos o en haz, generalmente es conveniente no mas de dos. En muy altas tensiones se observan construcciones con tres o cuatro. Es importante que la flecha sea relativamente reducida, y también sean reducidas las cargas que se transmiten a los pórticos, para ello se trata de limitar el tamaño del vano y se debe preferir el conductor mas liviano, de aluminio o aleación. Como los vanos son cortos, generalmente la máxima tensión del conductor se dará para las temperaturas mínimas, pero si la tensión de la llamada condición de todos los días (e. d. s. - every day strees) es muy baja, la condición de máxima tensión puede darse con el máximo viento. Mientras que para los cálculos de líneas la condición es limitar la flecha, para limitar la altura de las torres, en los vanos de las estaciones eléctricas la condición importante es limitar el tiro en las torres para que sus dimensiones y peso sean limitadas. Desde el punto de vista mecánico el conductor ideal debe ser liviano, lo que justifica elegir aluminio o aleación, que para dado diámetro o sección tienen menor peso por unidad de longitud. A veces se quiere utilizar el mismo conductor que para la línea, si esta es de aluminio con alma de acero (solución que puede discutirse para la línea), su adopción para la estación se demuestra poco conveniente a partir de un simple cálculo comparativo. Al profundizar los cálculos se observa que sería ideal que el conductor tuviera mayor elasticidad, de esta forma tiro y flecha variarían menos con las condiciones climáticas, y el tiro podría ser menor.

Esto ocurre con las torres, cuando están amarradas de un solo lado y son suficientemente deformables, pueden ser consideradas como un resorte (que simula la torre) en serie con el conductor. En algunos casos se instalan resortes en serie al conductor, en especial cuando se necesita limitar las variaciones de flecha del conductor para que los contactos fijos de los seccionadores de apertura vertical (pantógrafo o semipantografo) no varíen su posición en demasía. Hasta aquí hemos considerado que los conductores de la estación estaban amarrados a las torres y hemos despreciado la influencia de las cadenas de aisladores, esta hipótesis válida para las líneas no lo es tanto para las estaciones, en alta tensión las cadenas de aisladores son parte importante del vano. Al estudiar el funicular formado por las cadenas de aisladores y cables se pueden suponer tres catenarias, cadena de aisladores, cable y nuevamente cadena de aisladores, también puede aceptarse la hipótesis de suponer que las cadenas de aisladores son rígidas (chapa rígida articulada entre torre y cable) simplificando así el problema. Pero además del cable están colgados los contactos fijos de los seccionadores (estribos), y o los cables de conexión, que son pesos no despreciables. Para reducir y simplificar el problema se puede intentar buscar un cable equivalente de mayor peso que el real (para tener en cuenta conexiones y aisladores), y con un módulo elástico que es el resultante de las propias características del cable, las cadenas de aisladores, la deformabilidad de las torres (si corresponde). Justificar estas simplificaciones y equivalencias no es tan simple e inmediato.

CONEXIONES CORTAS Dentro de la estación hay muchas conexiones cortas entre equipos, y a barras, cuyas longitudes son de pocos metros. La limitación importante de estas conexiones es no cargar a los equipos (exactamente sus bornes) por encima de sus límites admisibles. No se debe olvidar que los bornes de algunos equipos son naturalmente débiles; si las cargas son elevadas, habrá que instalar en su proximidad aisladores auxiliares para descargar el borne. Estas conexiones también se pueden realizar con conductores tubulares, rígidos. Cuando la traza del conductor es recta un borne puede ser rígido, pero el otro deberá ser deslizante para que las variaciones de longitud de la barra (que se presentan con la temperatura), no sobrecarguen los equipos. El campo de deslizamiento deberá tener en cuenta también tolerancias de montaje, asentamientos de fundaciones, esfuerzos de funcionamiento que pueden variar las distancias entre bornes. Cuando la traza del conductor es una quebrada, y este no es tan rígido, es admisible utilizar morsetos rígidos. Muchas veces se prefiere (por economía) hacer estas conexiones con cables, que lógicamente no pueden tener una traza recta como las barras rígidas. El cable flexible no es tan flexible, si se fija al equipo con un morseto rígido, en su traza observaremos un punto de inflexión, entre el equipo y el punto de inflexión el cable se comporta como una viga empotrada, mas allá como un cable tendido. La viga "empotrada" somete al borne del equipo a un momento flector, que puede ser una carga crítica. Si el equipo no soporta esta carga el morseto

deberá ser articulado, y no se presentará el tramo de cable que se comporta como viga empotrada. Pero aún así, según donde esté la articulación podrá presentarse en el morseto cierto momento flector.

CONDICIONES CLIMÁTICAS Es necesario para todos estos cálculos conocer las condiciones extremas que se presentan. La temperatura mínima y máxima de los conductores son necesarias para los cálculos, y determinar esfuerzos de dilatación, la temperatura máxima del conductor debe incluir la sobretemperatura debida a la corriente que se transmite. También debe tenerse en cuenta la sobretemperatura debida a corrientes de cortocircuito, simultánea a la temperatura máxima. Sin embargo debe pensarse si efectivamente se presenta la máxima corriente permanente, con la máxima temperatura ambiente, efectivamente el pico de carga normalmente se produce en las primeras horas de la noche, cuando la temperatura ya ha bajado de su valor máximo. Análogamente la máxima corriente de cortocircuito se presenta con la evolución de la red, además la red debe estar en una dada condición, y es poco probable que todas las condiciones peores se den simultáneamente. Los vientos someten al conductor, y a las estructuras a una carga debida a la presión, proporcional al cuadrado de la velocidad del viento. La correlación viento temperatura es importante, los vientos elevados se dan con temperaturas modestas.

Como la temperatura el viento también es un fenómeno estadístico, la probabilidad de que un anemómetro sea embestido por una ráfaga de cierta velocidad aumenta con el tiempo de exposición (al viento). La obra que se proyecta tiene cierta vida útil, el viento de proyecto debe ser probable en esa vida útil. Por otra parte la estación es una obra "puntual", o relativamente pequeña, por lo que en principio es aceptable pensar que la máxima ráfaga la embista toda. En rigor para aceptar esta hipótesis se debe pensar en una ráfaga del tamaño comparable a la estación. El tornado, la caída de aviones, el impacto de misiles son eventos que se considera no ocurrirán, no se los considera probables. Por otra parte si ocurrieran eventos catastróficos, es mucho mejor plantearse el problema de la reconstrucción rápida basada en componentes normalizados, a intentar realizar una construcción que soporte semejantes solicitaciones.

NIEVE Y HIELO La formación de hielo sobre los conductores, el depósito de nieve, también son fenómenos que ocurren y deben ser tenidos en cuenta en el dimensionamiento.

5.2 - EL TERREMOTO Otro fenómeno natural que afecta estas construcciones es el terremoto, o sismo, se acepta que si este evento ocurre en la estación se produzcan daños, pero desea evitarse la catástrofe. Durante el terremoto se supone que el servicio puede interrumpirse, pero la estación sin daños graves debe quedar en condiciones de retomar el servicio

en un tiempo razonablemente breve. Se debe asegurar la continuidad de los servicios vitales. Se considera que el terremoto no puede ser simultáneo con solicitaciones de viento importante. Se trata de minimizar la probabilidad de daño a las personas, evitar el colapso en caso de sismo de gran intensidad (baja probabilidad), evitar el daño cuando la intensidad es baja. Pueden asimilarse los efectos de los sismos a una aceleración vertical de una fracción de g a la que se superpone un desplazamiento de gran amplitud, en el dominio de frecuencias 0.1 a 0.2 Hz, un movimiento de velocidad en la banda 1 a 1.5 Hz, y la aceleración entre 15 y 20 Hz. Este espectro se representa en un diagrama desplazamiento, velocidad y aceleración en función de la frecuencia (0.1 a 100 Hz). Las condiciones que se presentan durante el sismo son aceleración horizontal, velocidad, desplazamiento, aceleración vertical, con valores típicos que dependen de condiciones del sitio, los valores del terremoto de El Centro fueron respectivamente 0.33 g, 34 cm/seg., 21 cm, 0.22 g; a continuación se indica una envolvente de todos los valores posibles 0.5 g, 60 cm/seg., 50 cm, 0.2 g.

APTITUD ANTISÍSMICA Los diseños preferibles deben ser de baja altura (mayor frecuencia propia), y las estructuras altas, si no pueden evitarse, deben ser livianas, cables tendidos con vanos de longitud reducida.

Los pórticos de anclaje deben verificarse, evitar pórticos intermedios en los que se presentan tracciones diferenciales difíciles de evaluar. Es bueno minimizar la cantidad de aisladores, y utilizar fijaciones elásticas amortiguantes, resortes y gomas con histéresis. El equipo debe soportar solicitaciones verticales y horizontales, que se amplifican por resonancia. Deben limitarse los esfuerzos dinámicos transmitidos a aparatos por las conexiones, esto justifica la preferencia de conexiones en cables. La otra forma de técnica de adaptación al sismo posible es rigidización, se trata de alcanzar una frecuencia propia superior a la del sismo y evitar así la resonancia. Las únicas fuerzas son las aceleraciones transmitidas por el suelo, caso típico que se aplica a los transformadores, los accesorios deben estar rígidamente fijados. Los soportes si bastante rígidos no entran en resonancia, transmitiendo al aparato la aceleración del suelo. Se puede considerar que hay equipos sólidos, se les hace una fundación rígida, capaz de soportar el 50 % del peso con 0.5 mm de desplazamiento, equipos esbeltos en los que se busca la sencillez del diseño para lograr sencillez de cálculo.

ENSAYOS SÍSMICOS Estudios de diseño apropiados sugieren aisladores fuertes, y un buen conocimiento dinámico de la estructura.

Se hacen ensayos estáticos, de frecuencia propia y amortiguamiento, útiles para estudios dinámicos numéricos. Los ensayos dinámicos se deben hacer sobre mesa vibrante, a frecuencia variable definen modos de vibración y amortiguamiento de partes, a amplitudes definidas por la frecuencia, calculadas para los modos de vibración, definidos por el ensayo a frecuencia variable, y simulando sismos conocidos.

5.3 - ESFUERZOS DE CORTOCIRCUITO Las distancias entre conductores dentro de la estación, son menores que las que presentan las líneas, los esfuerzos de cortocircuito son entonces mayores. Las formas de los conductores, que están bastante lejos de presentar una traza recta, y la presencia de algunas bobinas (reactores) complican localmente el problema de la determinación de esfuerzos. Ya hemos comentado que la máxima corriente de cortocircuito evoluciona durante la vida de la instalación, a veces varía durante las horas del día. El valor de la corriente de cortocircuito depende también del punto donde se produce la falla, y de la sincronización de la falla respecto de la tensión, y del tipo de falla (trifásica, bifásica). Generalmente las fallas a tierra no producen los máximos esfuerzos en los componentes aunque la corriente de falla monofásica puede superar la trifásica. Se trata de fijar hipótesis adecuadas para establecer los valores de estas solicitaciones y como ellos deben afectar al diseño.

Por otra parte el cortocircuito que puede ocurrir en cualquier momento, se considera que no es posible (probabilisticamente hablando) que sea simultáneo al viento máximo. Tampoco se considera posible la simultaneidad con solicitaciones sísmicas. Las fuerzas de cortocircuito varían con la corriente (alterna), y entre fuerzas, deformaciones, y estados de tensión de los elementos solicitados, se presentan ciertos defasajes, por lo que en principio estos fenómenos se estudian en modo muy simplificado. Un elemento más complica el problema, las corrientes de cortocircuito aportadas por las distintas líneas llegan a la barra, en ella la corriente en los distintos tramos es distinta (y no es en general la máxima).

BARRAS Y CONEXIONES DE LA ESTACIÓN Las barras y conexiones de una estación eléctrica de alta tensión deben tener una elevada fiabilidad en relación a las solicitaciones a las cuales están expuestas en las usuales condiciones de servicio normales y en condiciones accidentales. Los eventos que causan solicitaciones de tipo excepcional son las fallas de cortocircuito, el corte (interrupción) de conductores de una fase o de diferentes fases, causados ya sea viento, nieve o fenómenos sísmicos. Estas solicitaciones excepcionales raramente coexisten. Las normas en vigencia imponen diferentes criterios ya para fijar las hipotéticas peores condiciones, que los componentes de la instalación eléctrica deben resistir, como también para verificar su estabilidad.

No deben olvidarse las vibraciones causadas por el viento, que se pueden aparecer especialmente con vientos modestos, y que estan relacionadas con el diametro de las barras. Generalmente para cada estación en examen se propone: - analizar en forma crítica las normas vigentes. - definir un modelo y un sistema de cálculo para las solicitaciones de tipo normal (solicitaciones térmicas, solicitaciones mecánicas causadas por vibraciones y para las solicitaciones de tipo accidental (solicitaciones térmicas y mecánicas causadas por corrientes de cortocircuito, solicitaciones mecánicas causadas por fenómenos sísmicos). - realizar un proyecto ejecutivo. - construir a modo de modelo un elemento de barra para efectuar los ensayos y controles de tipo mecánico. - preparar especificaciones descriptivas para efectuar, si necesario, pruebas de simulación de fenómenos sísmicos sobre mesas vibrantes. En consecuencia los documentos que se deben preparar para estos estudios son: - planos constructivos de las barras y de las conexiones. - especificaciones de las soldaduras, de los elementos, de las barras. - especificaciones constructivas de tramos lineales y curvos de las barras. - dibujos constructivos de las bases de los aisladores de soporte de barras. El proyecto se ejemplifica con detalles que para la solucion tubular, en forma tipica, se observan en la Figura 11-13.

5.4 - AISLACIONES AUTO-REGENERATIVAS EN UNA ESTACIÓN El dimensionamiento y la coordinación de las aislaciones de una instalación se basan: - en el conocimiento de las solicitaciones dieléctricas a las cuales están expuestos sus elementos. - en la verificación del comportamiento que la aislación de cada elemento (en las condiciones ambientes propias de la instalación) tendrá frente a tales solicitaciones. Estos estudios pueden esquematizarse con un diagrama a bloques, figura 1, y deben efectuarse en la fase preliminar de proyecto de las instalaciones. Los

resultados a los cuales se llega permiten elegir las tensiones de ensayo que soportan el impulso de maniobra e impulso atmosférico, tensiones que deberán ser atribuidas al sistema.

Tales valores imponen a su vez una precisa elección de los equipos entre los de las series comerciales. No se pueden hacer lo mismo en relación a las aislaciones en aire relativas a los grandes espacios entre electrodos metálicos, o a lo largo de las superficies aislantes (contaminables) expuestas al aire.

Para estas aislaciones deben efectuarse dimensionamientos, que son objeto de condiciones particulares ambientes propias de cada caso particular y que en consecuencia condicionan el lay-out de la instalación. Generalmente se propone conducir los estudios y las verificaciones que se indican a continuación: a) Control del lay-out de ubicación de las estructuras metálicas de los equipos, de los transformadores, de las barras y de las conexiones con el objeto de efectuar: - el dimensionamiento de los conductores tubulares o de cable para las conexiones de los distintos aparatos, las bajadas de las barras, las líneas aéreas y los hilos de guardia. - elección del tipo de morsetería de conexión entre equipos, entre estos y barras. - elección de los tipos de morsetería de conductores en general y la de los hilos de guardia y conexiones de puesta a tierra. - elección de los elementos para uniformar el campo eléctrico (los anillos de guardia por ejemplo) y espinterómetros. - elección de anillos para los aisladores de columna y cadenas de amarre de las líneas aéreas. b) Verificación de las dimensiones reales de los espacios en aire y clasificación de su aptitud para soportar: - el riesgo de descarga de sobretensiones de maniobra, atmosféricas, para las aislaciones auto-regenerativas obtenidas instalando, de acuerdo al lay-out, el material seleccionado y control de que el riesgo no supere los límites prácticamente admitidos.

- para soportar los efectos del fenómeno corona producido por los conductores, por la morsetería y por los aisladores y verificación que los niveles permanezcan en las bandas admitidas por las normas vigentes. Para integrar los estudios indicados se preparan los documentos siguientes: - esquema de la instalación. - especificaciones técnicas de los materiales. - informe correspondiente al examen de los ensayos de tipo y de aceptación de los materiales. - descripciones y especificaciones de ensayos especiales o complementarios, a los que desarrollan los fabricantes. - informes de soporte, para los inspectores de los ensayos y para la interpretación de los resultados. - descripciones y especificaciones para la ejecución de controles y pruebas de puesta en marcha de la planta.

LOS AISLADORES Las características de aislación que debe tener la estación, fijan las características de los aisladores, y su capacidad de soportar las distintas solicitaciones (representadas en particular por los distintos ensayos que se hacen para comprobar la aislación). Además los aisladores deben soportar las fuerzas que les transmiten los conductores, barras o cables. Se tienen cadenas de aisladores, con los herrajes adecuados, que tensan los cables entre los pórticos.

El sobredimensionamiento de estas cadenas trata de evitar que sobre ellas se produzca un arco, la rotura de la cadena de barras es catastrófica para la estación. La rotura de una cadena de una derivación que cruza las barras produce un cortocircuito en barras, catástrofe inadmisible. En algunos casos las cadenas son dobles, para reducir las solicitaciones de los aisladores. Las barras casi nunca están sostenidas por cadenas de suspensión, en general solo hay retenciones. Las cadenas de suspensión se utilizan (en los cuellos muertos) para fijar los conductores flojos que podrían balancearse y causar falla. Las barras rígidas son soportadas por aisladores de columna, que deben absorber esfuerzos. Las mayores limitaciones de los aisladores de columna son su limitada resistencia al momento flector en la cabeza, razón que obliga a que haya una articulación entre barra y aislador (morsetería no rígida), en cambio tienen enorme resistencia a la compresión. En algunos diseños los aisladores de columna se utilizan para suspender conductores. A veces los aisladores de columna se utilizan para sostener barras hechas de conductores flexibles, aunque este diseño no aprovecha las ventajas que presentaría el conductor rígido. Cuando se hace un diseño con aisladores de columna es lógico tratar de utilizar el mismo tipo que tienen los seccionadores, para unificarlos si presentan conveniencia.

CONTAMINACIÓN DE LOS AISLADORES Dependiendo de condiciones ambientes (proximidad de industrias, del mar), sobre las superficies y en particular de los aisladores se producen depósitos llamados genéricamente contaminación. La lluvia limpia los aisladores, pero si esta no es suficiente, o con ciertos contaminantes (cemento) la suciedad se acumula. La superficie aislante, contaminada, sucia, cuando se humedece presenta una corriente superficial, que produce evaporación quedando zonas de alta resistividad, la distribución de tensión no es la que corresponde al diseño y se producen arcos sobre las partes secas. La raíz del arco se desplaza y expande, la corriente de fuga es representativa del estado de contaminación, se alcanza una corriente critica y se presenta perdida de la aislación (independientemente del método de contaminación). Las

pruebas

de

contaminación

se

hacen

definiendo

un

grado

de

contaminación, aplicando la tensión fase tierra, hasta que se observa el contorneo del aislador. 5.5 - MORSETERIA El campo eléctrico en la superficie de los conductores esta determinado por el tamaño del conductor, o del haz, y la calidad (superficial) del conductor. También la forma de las partes que están bajo tensión, de los equipos, debe diseñarse para que el campo eléctrico sea controlado. Los conductores se unen a los equipos con morsetos (de conexión) y estos afectan el campo eléctrico local, en muchos casos se hacen necesarios anillos equipotenciales para controlar el campo.

Análoga situación se presenta cuando el conductor se amarra o apoya sobre el aislador. La buloneria de la morseteria debe estar "disimulada" para que no genere puntas en las que se presenta elevado campo. La importancia del campo eléctrico lógicamente depende de la tensión, sin embargo este detalle, que es muy cuidado en las tensiones mas elevadas, también debe ser controlado en las tensiones mas bajas. Campos eléctricos intensos son causa de radiointerferencia y otros disturbios que contaminan el espacio y deben controlarse. La morsetería puede cumplir funciones mecánicas, de fijación, también realizar la conexión eléctrica, y frecuentemente transportar corriente. Los materiales de los terminales, o elementos, que los morsetos unen deben ser compatibles, los equipos en general han tenido bornes de cobre o bronce (a veces plateado), sólo mas recientemente se ha difundido el aluminio, los conductores en cambio desde hace mucho tiempo se hacen de aluminio, la morsetería debe

ser

adecuada

para

no

generar

pares

electrolíticos

(bimetálicos). A veces se utiliza en la separación de los dos metales una chapa de material bimetálico (cobre aluminio con penetración molecular) y algunos fabricantes de morsetería tienen la técnica del llamado ánodo masivo, el morseto debe ser de tamaño importante. La morsetería debe unir bornes de distinta forma, con conductores. Los bornes frecuentemente son cilíndricos, también los hay planos, a veces al borne plano se le agrega el cilíndrico, pero el criterio a respetar es minimizar el número de superficies de contacto en serie.

Deben evitarse soluciones constructivas que con objeto de unificar los morsetos obligan a que los bornes de los equipos sean todos del mismo tipo, es preferible que el borne sea el "natural" del equipo, sin aditamentos, aunque esto conduzca a cierta variedad de los morsetos. La especificación del morseto debe definir que elementos une, borne cilíndrico, zapata plana, cable, barra, indicando en cada caso tamaño, material, eventuales perforaciones (que quizás pueden dejarse para obra), eventuales bulones (tornillos, tuercas, arandelas, arandelas elasticas y de bloqueo). La unión del morseto al elemento unido puede ser de presión, abulonado con tornillos (de acero inoxidable, o material resistente y que no es agredido), pero también sobre cables puede ser de compresión. La Figura 11-14 muestra las combinaciones de conexiones que pueden darse entre aparatos y conductores, y las soluciones necesarias de morseteria que se plantean. Un campo tipico con las necesidades de morseteria, y como se clasifican, es mostrado por la Figura 11-15 que desarrolla tambien la planilla de materiales, y la especificacion de los morsetos.

La morseteria de barras puede observarse en los esquemas tipicos de la Figura 11-13,

esta

morseteria

tambien

frecuentemente

puede

ser

evitada,

prefabricando los tramos de barras con soldadura.

Frecuentemente los tramos largos deberán soldarse. Dos tubos soldados se refuerzan introduciendo debajo de la soldadura otro tubo que calza forzado de manera de garantizar un elevado momento de inercia local (momento resistente). Los accesorios que complementan el tubo son: soportes deslizantes, soportes fijos, juntas de dilatacion, tapa extremo del tubo, cable amortiguador (que se pone dentro del tubo como solucion posible a las vibraciones).

La morseteria especialmente de aluminio, exige cuidadosa limpieza de las superficies a unir, se utilizan grasas neutras para retardar la oxidación de la unión. La morsetería de las cadenas de aisladores, requiere poder ajustar la flecha, es necesario medir cuidadosamente el conductor, un tensor (con roscas derecha e inversa) permite el ajuste fino, a veces se utiliza una chapa con varias perforaciones que facilita el ajuste pero grueso. Algunos componentes de la morsetería, como los compensadores de tiro por ejemplo, pueden tener elementos aislantes, bujes de teflon por ejemplo, y deben ser cortocircuitados para evitar diferencias de potencial entre partes, solo los aisladores (reales) deben soportar diferencias de potencial. 5.6 - SOPORTES DE EQUIPOS La función es unir la fundación con el equipo, el soporte está entonces condicionado a la forma del equipo. Los soportes pueden ser columnas simples, pueden ser también pares de columnas unidas por uno o mas travesaños, o un grupo de tres o cuatro columnas formando una "mesa" que sostiene el equipo. Los materiales con que se hacen los soportes pueden ser: - hormigón armado, pretensado, centrifugado, o hecho en obra... - acero reticulado. - acero tubular. La fijación del equipo al soporte se hace con bulones cuando el soporte termina en una chapa de acero o perfiles, cuando es hormigón se empotran algunos bulones, la nivelación se hace con arandelas o chapas U.

Todo el material de hierro generalmente es galvanizado por inmersión en caliente para asegurar inmunidad al ataque de la atmósfera, y en particular el agua. El soporte se empotra, o se fija con bulones de anclaje (cuando metálico). Algunos equipos incluyen el soporte (frecuentemente los interruptores), y estos se anclan directamente a la fundación. 5.7 - FUNDACIONES Estas son bloques de hormigón macizo, por cada soporte simple un bloque, si el soporte es doble es conveniente un único bloque para que no se presenten movimientos relativos entre patas que sostienen un mismo equipo. Algunos

aparatos

tripolares

tienen

transmisión

mecánica

entre

polos

(seccionadores, interruptores), también para estos, aún con independencia de columnas soporte debe preferirse la fundación única para el aparato tripolar. Cuando en cambio los aparatos solo están unidos por cables (conexiones de potencia) puede admitirse desplazamiento relativo entre ellos, debidos a deformaciones o asentamientos del suelo. Un estudio de suelos cuidadoso, y un cálculo de fundaciones estudiado, serán justificados por la economía de hormigón. 5.8 - TORRES Y FUNDACIONES Las estructuras terminales de las líneas, y de amarre de las barras (de cables), requieren construcciones relativamente altas y sólidas. Los amarres de barras pueden realizarse con un pórtico con un travesaño que solo sirve a un campo, o a veces una viga continua, y columnas de soporte.

Estas estructuras frecuentemente son reticuladas, en algunos casos de acero de alma llena, también se realizan de hormigón (pero resultan estructuras muy pesadas). Las fundaciones son de tamaños muy grandes, a veces están realizadas con bloques independientes (uno por cada pata).

5.9 - CAMINOS Y CIRCULACIÓN En la estación se presentan problemas de circulación que deben ser contemplados en el proyecto. Durante el montaje, el mantenimiento, es necesario circular en la estación, y prever algunos caminos que faciliten el acceso a determinados puntos (de frecuentes acciones). El transporte de los transformadores es un problema que debe resolverse bien para el primer momento, los grandes carretones exigen un estudio particular, en algunos casos, pero muy poco frecuentes, se repite la necesidad de transporte durante la vida de la instalación, ya por fallas, o por necesidad de cambiar el equipo. El resto de equipos no presentan dificultades particulares, con camión y grúa es suficiente para ellos. El acceso a la estación también debe ser resuelto, hay un gran esfuerzo de transportes y movimiento durante el montaje, y necesidades del personal y de mantenimiento a lo largo de la vida de la instalación. Un elemento que frecuentemente se integra con los caminos son las canalizaciones, de las que deben definirse formas y trazados, y que recorren el área desde los equipos a los kioscos y el edificio.

6 - LA DOCUMENTACIÓN DE PROYECTO ing. Norberto I. Sirabonian - ing. Alfredo Rifaldi Una obra pasa por distintas etapas, inicia con ideas, y finalmente se transforma en objetos materiales, una construcción. Se pasa por distintas etapas, anteproyecto, proyecto, obra, y la documentación correspondiente también, pasa por documentación de anteproyecto, proyecto, y conforme a obra. El objetivo de la documentación en las primeras etapas es finalmente el hecho, la construcción, cuando se finaliza en cambio el objetivo es conocer como está hecha la obra para acciones necesarias a lo largo de su vida (aún la demolición si así fuera). En cada etapa del trabajo los documentos deben incluir solo la información útil en esa etapa. La pregunta es: Que es un proyecto?, trataremos de definir que es y aplicar los conceptos materializándolos en el proyecto de una estación eléctrica. 6.1 - DEFINICIÓN Un proyecto es la materialización (ejecución) de una idea volcada en documentos (planos), que finalmente se realiza (materializa) con la obra y explotación, y contempla distintas etapas: - ingeniería básica - ingeniería de detalle - ingeniería de obra 6.2 - INGENIERÍA BÁSICA

Define los lineamientos generales e ideas básicas del proyecto. Estas ideas y definiciones del proyecto son los pilares en los que se basará la ingeniería de detalle, para la ejecución de los planos constructivos. La ingeniería básica es desarrollada por un pequeño grupo profesional, en comparación con el que realiza la ingeniería de detalle mas numeroso, elabora planos, especificaciones técnicas y pliegos de licitación (si corresponden). Como ejemplo podemos mencionar para el caso que nos ocupa que la ingeniería básica define: - el estudio de la red, corrientes nominales, sobretensiones y niveles de aislación, condiciones de desarrollo futuro, tensiones de servicio máximas y mínimas, necesidades de regulación. - ubicación de la estación transformadora. Ubicación física, y orientación de la estación eléctrica respecto de las líneas, y otras exigencias. - esquemas unifilares: (de la estación, de los servicios auxiliares): sistemas de barras, corrientes nominales (barras), tensiones de servicio (maximas y minimas),

tensiones

de

servicios

auxiliares,

tensiones

de

auxiliares,

coordinación de características eléctricas. - disposición de equipos (lay-out), distancias entre fases, distancias a tierra, alturas de los conductores, soportes, tipos de pórticos. - dimensiones generales del edificio de comando, necesidades, definición de locales y niveles. - definición de equipos y especificacion, características, interruptores (medios, principios de interrupción si alguna razón obliga a preferencias), seccionadores (formas constructivas, cuando afectan el diseño, semipantógrafo, de apertura horizontal, una o dos columnas, polos paralelos o fila india), protecciones

(características, tipos, electromecánicas o de estado sólido, combinación con comando y señalización), panel de comando, panel de medición, panel de protección, telecomando, teleprotección, etc. - definición del cableado, kioscos, armarios de conjunción, borneras de interconexión, tipos de cable a utilizar en las distintas funciones (multipolares simples, con blindajes, eventual armadura, etc.). - esquemas funcionales básicos. - eventual pliego de licitación. Es bueno reflexionar al desarrollar la ingeniería básica preguntándose que desea obtenerse de esta tarea, sabiendo que será seguida por una ingeniería de detalle, que es constructiva. La ingeniería básica no es constructiva, con los planos disponibles en esta etapa no se pretende construir, ni montar equipos. La documentación de ingeniería básica permite cotizar la obra, o el montaje con suficiente aproximación, pero no permite construir la obra, es necesaria la ingeniería de detalle.

6.3 - INGENIERÍA DE DETALLE Quien realiza este trabajo, se ajusta en un todo a los valores y especificaciones de la ingeniería básica, realizando la ingeniería de detalle conforme a normas, respetando las reglas del arte, la seguridad. La ingeniería de detalle, se ajusta a la ingeniería básica (admitida correcta), es siempre conveniente antes de iniciar esta etapa, someter la ingeniería básica a una cuidadosa revisión, detectando las observaciones que merezca, y proponiendo las mejoras que correspondan.

La realización de la ingeniería de detalle requiere consultas a la ingeniería básica, éstas deben realizarse a través del comitente, o un sector de coordinación, para atenuar o exaltar adecuadamente el problema. La ingeniería de detalle, se debe realizar conforme a normas, reglas de arte, y criterios de seguridad, todo esto debe ser también discutido convenientemente al inicio de este trabajo. Salvo obras de poca monta, la relación entre los que ejecutaron la ingeniería básica, y los que desarrollan la ingeniería de detalle, no se mantienen directamente, sino se hacen a través del Comitente. En esta etapa se convierte la información provista por la ingeniería básica en el diseño detallado de la obra, de manera de permitir la compra y o construcción de sus elementos constitutivos, y su montaje en forma correcta cumpliendo los requerimientos técnicos de la instalación. Integran la ingeniería de detalle: planos, planillas, croquis, memorias de cálculo, especificaciones técnicas, en forma tal que permitan realizar al contratista los trabajos indicados. La ingeniería de detalle comprende para el caso que nos ocupa el desarrollo del proyecto constructivo y las instalaciones de las distintas disciplinas, electricidad, arquitectura, obras civiles, estructuras, etc. La ingeniería de detalle se fundamenta en la ingeniería básica, tomando los lineamientos indicados y desarrollando planos constructivos. Tiene como nueva variable la definición precisa de los equipos a montar (que ya se han adquirido), es decir cuenta con planos certificados de los mismos, y a medida que avanza la fabricación los planos se convierten en conformes a fabricación.

Se dispone entonces de planos de: interruptores, seccionadores, tableros, transformadores de potencia, de tensión, de corriente, etc. Con estos datos se elaboran los planos de obra, definiendo con precisión para las distintas especialidades: - electricidad: - esquemas unifilares - esquemas trifilares - esquemas funcionales de comando, protecciones, enclavamiento. - disposición de equipos en playa (lay out). - ubicación de la estación en el terreno (relación a líneas y otras obras exteriores). - dimensiones del edificio de comando. - ubicación de tableros y paneles dentro de los edificios. - segregación de tensiones. - planillas de borneras. - cableados dentro de paneles (pueden corresponder al proveedor de tableros). - cableados entre paneles y equipo se playa. - listas de cables. - tablas de tendido de barras (conductores flexibles) - cómputos de materiales. - planos de puesta a tierra. - especificaciones técnicas de construcción, provisiones complementarias, montajes. - Arquitectura y obras civiles. - planos de replanteo, nivelación y movimiento de tierra.

- planos arquitectónicos del edificio de comando, y otros edificios (planta, cortes, frentes, detalles constructivos, carpintería, etc.). - planos de instalaciones varias en edificios (agua, gas, electricidad, desagües, etc.). - planos de caminos y pavimentos. - planos de desagües pluviales y sanitarios. - planos de pilotajes (si necesarios). - planos de encofrado, armaduras de fundaciones y estructuras de hormigón armado. - planillas de doblado de hierros. - planos generales de estructuras metálicas (pórticos, soportes de equipos, etc.). - especificaciones técnicas de construcción, provisión y montaje. - planillas de cómputos de materiales. Los documentos que se emiten en etapa de ingeniería de detalle son: - planos - memorias de cálculo - especificaciones técnicas - planillas de materiales - informes de ensayo La denominación genérica que se da a todos estos documentos es "planos". En rigor se los puede separar en documentos escritos (textos), y documentos dibujados (simbólicos). LOS PLANOS

Con ellos la obra se construye. Es el producto final de la ingeniería de proyecto. Deben ser claros, autosuficientes, sin necesidad de recurrir a otros planos para su entendimiento (comprenderlos), salvo en lo complementario. Al respecto tendrá indicados en sus referencias los planos, o documentos en los cuales esta basado (antecedentes), o lo complementa. En el caso de planos de ingeniería de detalle se debe recordar que con ellos se construye la obra. No deben dejar margen de creación a la obra, salvo en detalles menores, y para salvar esta necesidad se hacen planos de típicos de montaje, y detalles constructivos. Todos los planos deben ser en lo posible del mismo tamaño, para facilitar su archivo, y el manejo de los mismos en obra. Se recomienda el tamaño 840 x 600 mm (correspondiente a la norma IRAM tamaño A1) o medidas similares fijadas por las normas de aplicación correspondientes. Antes de ejecutar un plano conviene bosquejarlo en un croquis, a mano alzada, mostrando lo que se desea. Una vez ejecutado un plano, se lo envía PARA APROBACIÓN, al comitente o a quien corresponda, y a su regreso con o sin observaciones, realizadas las revisiones que correspondan se lo emite APTO PARA EJECUCIÓN o APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN. Hasta su aprobación un plano puede sufrir varias revisiones, es necesario establecer una manera adecuada y clara de reconocer las sucesivas revisiones. Se puede actuar de la siguiente manera: - sin identificar, la primera emisión

- las sucesivas revisiones se identifican con: a, b, c, ... Toda revisión debe tener indicado lo modificado respecto de la anterior, generalmente lo revisado se incluye en una nube y un triangulito con la letra correspondiente a la revisión. Cada nueva revisión corresponde la limpieza de las anteriores; el objeto de las nubes es que no queden dudas respecto de las modificaciones hechas. Finalmente una revisión es aprobada y entonces el plano se emite limpio, sin nubes, PARA CONSTRUCCIÓN, en revisión 0 (cero). En este punto es deseable que el plano no sufra más actualizaciones, pero puede ocurrir que nuevas informaciones obliguen a modificar los planos, generando ulteriores revisiones: - que sucesivamente se numeran: 1, 2, 3, ... Lógicamente se califican PARA CONSTRUCCIÓN, debe evaluarse por el avance de la obra y por la magnitud si tiene sentido hacer este trabajo, es importantísimo que esto no genere papel inútil, o peor aun confusión, en particular en la obra (las modificaciones llegaran en tiempo útil a la obra). Con la metodología indicada anteriormente se tiene finalmente volcada en los planos, toda la historia de sucesivas modificaciones. Las revisiones tienen indicadas dentro de una nube las modificaciones, y dentro de un triangulito se indica la codificación de la revisión, en cada revisión se borran las nubes de las revisiones anteriores. El objeto de las nubes es poner en evidencia en forma clara y precisa, las modificaciones de un plano respecto de la versión anterior, individualizándolas y no dejando lugar a dudas.

Hay dos momentos en un proyecto en los cuales un plano se encuentra limpio de nubes, luego de su primera emisión: al momento de la revisión cero (0) Apto para ejecución cuando se hace Conforme a obra El plano conforme a obra es aquel, como su calificación indica, que tiene asentadas las modificaciones realizadas en obra, indica como se ha construido, sus cotas, montado, conectado, etc. un equipo. Estos planos son de suma importancia ya que de ellos se valdrá el personal de explotación, para la operación y mantenimiento, y serán documentos que se utilizaran eventualmente en el futuro para el desarrollo de la ingeniería de eventuales modificaciones o ampliaciones. Los planos para aprobación no se deben emitir para la obra, solo causan confusión, solo deben llegar al comitente, cuando se emiten Aptos para ejecución, deben ir a la obra y al comitente, las actualizaciones posteriores es indispensable que la obra las reciba y tome nota de su importancia sustituyendo las versiones superadas. El plano tiene ahora asentadas las modificaciones realizadas en obra, y certifica como quedó construido, montado, conectado, etc., un equipo, o realizada una construcción o instalación. Los planos son de suma importancia, acompañan la vida de la obra, de ellos se vale el personal de explotación para la operación y el mantenimiento de la estación eléctrica y también son los documentos que se utilizarán en el futuro para desarrollar la ingeniería de ulteriores ampliaciones. Los planos que se emiten para la obra son los calificados PARA CONSTRUCCIÓN, los planos PARA APROBACIÓN, a la obra solo le interesan

para información, pero en general no llegan a ella para evitar confusiones, solo se le envían cuando se requiere de la obra comentarios útiles para el montaje.

LAS MEMORIAS DE CALCULO El objeto es conservar documentadas las razones de las decisiones tomadas al adoptar una determinada solución, a veces se tienen varias opciones y se debe optar, estas memorias se emiten al comitente para aprobación. Aprobadas por el comitente, se tiene el visto bueno para llevar adelante el proyecto de la propuesta adoptando la solución. Para no atrasar la ingeniería, frecuentemente no se espera esta aprobación, en la esperanza que estos documentos sean correctos. El proyecto recién adopta dicha solución, una vez aprobada la memoria de cálculo, generalmente este documento no interesa a la obra, ni al eventual contratista de obra. En cuanto a revisiones, referencias, etc. reciben el mismo tratamiento que los planos... a veces por el tipo de memoria (imaginemos un cálculo de cortocircuito) el cartel APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN es jocoso, debe usarse simplemente el APROBADO. La claridad de las memorias es importante, se deben separar los puntos que las componen en forma evidente, por ejemplo: - objeto. - alcance. - premisas de cálculo, hipótesis, datos. - metodología de cálculo, programas utilizados, desarrollo del cálculo. - resultados de cálculo.

- conclusiones. Deben incluir dibujos simplificados, gráficos claros, generalmente se organizan separando texto, tablas, gráficos, ya que en general cada parte recibe distinto tratamiento en su elaboración. Algunos pretenden tener las conclusiones al principio de la memoria... esto no es fácil a nivel de elaboración, se puede hacer al finalizar el trabajo reordenando el texto... pero generalmente se tendrán conclusiones sin premisas, y la lectura de la memoria completa resultara mas dificultosa.

LAS ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Las especificaciones técnicas deben definir con claridad como debe realizarse (técnicamente) ciertas tareas a cargo del contratista. O bien especifican que se desea recibir como provisión de determinado equipo. Es importante destacar que debe distinguirse lo que se desea (que!), y como se debe hacer (como!), esto último es menos importante cuando quién hace es idóneo, normalmente la especificación de ingeniería dirá que se debe hacer, y la de obra explicará como se hará. Las especificaciones técnicas deben definir la función, no deben ser un manual de construcción del equipo, esto es responsabilidad del proveedor, el ingeniero de proyecto no es ingeniero de producto. La calidad que desea obtenerse debe estar basada en las normas, la sola mención de las mismas es la que fija (es suficiente para obtener) la calidad del producto. Para controlar la calidad, en los pasos intermedios de fabricación se debe controlar el cumplimiento de los diferentes requerimientos de las normas.

Dentro de una misma provisión no es posible mezclar normas, no es válida la aplicación de la frase: deberá cumplirse la norma mas rigurosa entre las siguientes... Las especificaciones técnicas deben tener una forma similar a las memorias de cálculo, fijando puntos en forma clara similarmente a las memorias de cálculo, pero sin hacer múltiples referencias cruzadas a la documentación de proyecto, para evitar tener que transmitir un paquete de especificaciones cuando solo se desea un producto. La claridad de las especificaciones es importante, se deben separar los puntos que las componen en forma evidente, teniendo especialmente en cuenta que estos documentos afectan a empresas que no trabajan dentro del proyecto, y debe facilitarse la rápida comprensión para lograr una cotización conveniente; lo puntos a incluir en la especificación son por ejemplo: - objeto. - alcance. - características generales, normas de aplicación general. - características particulares, normas particulares. - planilla de datos, informativos y garantizados. - ensayos y seguimiento de la producción. En cuanto a revisiones, referencias, etc. reciben similar tratamiento de los planos. Conforme avanza la gestión de compra puede haber una negociación que supere partes de la especificación, notas que aclaren, etc. si bien se trata de un trabajo adicional, es conveniente actualizar la especificación haciéndola conforme al contrato, e incluyendo en ella datos de la provisión y citando en

ella los documentos de la provisión (planos de proveedor), esto facilita el trabajo de proyecto de detalle ya que informa sobre el equipo adquirido. La herramienta que se tiene para comprobar finalmente la calidad del producto, son los ensayos de recepción, que también producen resultados a incluir en la especificación, conformándola a la provisión.

PLANILLAS DE MATERIALES. En estas se definen los materiales requeridos, en forma precisa y clara (pero sobre todo breve) detallando las cantidades necesarias que surgen del cómputo de la obra, con mayoraciones eventuales debidas a criterios que dependen de como se ha computado. Pérdidas (robos) y recortes exigen eventuales ulteriores mayoraciones que entran bajo la responsabilidad del contratista de montaje, como trabaja, como cuida del material. Ulteriores materiales, se juzgan menores o de consumo, y no se computan considerándoselos parte no significativa, pero si deben ser provistos para realizar el montaje. El cómputo de los materiales menores, por ejemplo: - cinta aisladora, hilo de atar... - borneras, anillos indicadores, prensacables... - terminales de cables de comando, medición... corresponde al contratista del montaje, que generalmente lo hace con la ingeniería de obra, o con estimaciones basadas en su experiencia. Como para los otros documentos ya vistos revisiones, referencias, etc. reciben similar tratamiento.

COMENTARIO Sobre los distintos documentos se agregan referencias que justifican su origen, interrelaciones. Generalmente una Memoria de cálculo, junto con los croquis preliminares generan la base de proyecto de un determinado detalle. Posteriormente este se materializa en un plano, que muestra la solución adoptada (y como realizarla). La solución adoptada trae como consecuencia la necesidad de materiales y equipos cuyos requerimientos se vuelcan en planillas de materiales y especificaciones técnicas. Las planillas de materiales tienen por objeto fijar las cantidades necesarias de cada componente, las especificaciones técnicas fijan en cambio características y calidad de los componentes. Surge en consecuencia que solo deben realizarse especificaciones técnicas para equipos y componentes que lo merezcan por su importancia. Cuando en las planillas de materiales se especifican los materiales en forma demasiado concisa, se hace necesaria alguna frase que fije el nivel de calidad deseado, esto se logra citando la norma, o bien con una hoja anexa a la planilla que especifica nivel de calidad y ensayos. Este tipo de necesidades están muy ligadas al mercado que proveerá los materiales, y a eventual imposibilidad (prohibición) de citar marcas especificas para asegurar la calidad. Los interesados directos de estos distintos documentos son: - la oficina de compras, que requiere planillas de materiales y especificaciones técnicas, y eventualmente el asesoramiento de la oficina de proyecto para

alguna discusión con oferentes primero y proveedores después, y finalmente asesoramiento para los ensayos. - la obra, que requiere planillas de materiales (con detalle de lo efectivamente comprado), en general no utiliza las especificaciones de compra, sino parte de la información conforme a la provisión, y los planos de proyecto. En rigor es conveniente que la obra posea toda la documentación para disponer de los elementos de juicio que le permitan superar eventuales dificultades con el adecuado apoyo de ingeniería que tiene la responsabilidad de proyecto. Las memorias de cálculo tienen como destino el departamento de ingeniería de quien operará con la obra (comitente), ya que utilizará esta documentación frente a dificultades que aparezcan con el tiempo, o como base para mantener los criterios fijados en futuras ampliaciones.

6.4 - ESTIMACIÓN DE INGENIERÍA El proyecto se debe lograr realizar en tiempo y forma, por lo que es necesario evaluar la mole de trabajo a desarrollar, organizar la modalidad de trabajo, repartir las tareas, suplir imprevistos, fijar prioridades... El trabajo de proyecto es esencialmente un trabajo mental, por lo que el recurso que se emplea es el hombre, con las condiciones de idoneidad para la tarea que debe hacer. Se presupone que se contará con el recurso adecuado, y entonces el trabajo a hacer se evalúa en meses hombre, u horas hombre que insumirá finalmente el proyecto.

Para la estimación se parte generalmente de la lista de actividades, tareas, que se deben desarrollar, frecuentemente se utiliza la lista de planos preliminar que se prevé ejecutar. Utilizar la lista de planos tiene un defecto, muchas actividades quedan ocultas, y pueden no ser correctamente estimadas por esta razón, de todos modos frecuentemente esta es la modalidad que se utiliza para estimar el trabajo. Se denomina genéricamente planos a todos los documentos que corresponden a la ingeniería a desarrollar, ya hemos hecho esta aclaración, la documentación incluye planos propiamente dichos, especificaciones, memorias, planillas... Con la lista de planos (o mejor de actividades), se estima para cada uno las horas hombre que insumirá para distintas categorías de personas que intervendrán en su realización: - ingeniero - proyectista - dibujante De la suma de estas horas surge la estimación total del trabajo, finalmente en meses hombre. La ejecución total de la ingeniería exige un encadenamiento de tareas, de una misma disciplina, como también de distintas disciplinas, y con los proveedores, las horas hombre previstas deben distribuirse en el tiempo de acuerdo a estas condiciones. Otro condicionante es que a veces un mismo especialista (presentado como recurso escaso) se debe ocupar de varias tareas , que no deben en consecuencia ser simultáneas, esta es una situación importante a considerar y respetar cuando se trata de realizar el cronograma de tareas.

Con estas consideraciones quedan definidas las necesidades de personal en cada momento del desarrollo de la ingeniería, vacaciones y sucesos aleatorios también deben considerarse, se debe tratar de que en todo momento no se produzcan valles, ni picos en los requerimientos del recurso de personal. Es conveniente dividir al personal en grupos, equipos, que crecen a medida que avanza el proyecto y lo requiere la actividad, y luego gradualmente se reducen cuando el trabajo llega a su fin. Cada equipo debe mantenerse durante el mayor tiempo posible de desarrollo del proyecto, sus integrantes son en definitiva los conocedores de los detalles del desarrollo del proyecto.

6.5 - APOYO A LA OBRA Quienes ejecutan la ingeniería de detalle deben realizar periódicas visitas a la obra, recogiendo los inconvenientes y los aciertos de las distintas soluciones y detalles volcados en los planos. Esta es una útil experiencia a tener en cuenta en los futuros proyectos. Otra tarea importante es discutir preliminarmente ciertas ideas de desarrollo de la ingeniería, ya que ésta deberá ser realizada por la obra, y se debe tratar de facilitar su trabajo. La obra requiere de cierto apoyo de ingeniería al momento de ejecución de su trabajo, y esta necesidad crece al momento de ensayos, y puesta en servicio, como también los ensayos de funcionalidad. Para estos últimos es necesario que se encuentre en obra quien conozca al detalle las condiciones operativas de la estación y los esquemas funcionales.

Los ensayos de funcionalidad deberían encontrar reunidos, al proyectista, al que construyó, y al que operará, a fin de que se logre el adecuado trasvasamiento de información, y recuperación de experiencias.

6.6 - LA ORGANIZACIÓN DE UN PROYECTO Analizaremos someramente como puede organizarse un proyecto para realizar la ingeniería básica, y de detalle. Lógicamente los casos analizados deben tomarse como ejemplos que normalmente se presentan, pero no excluyen de ninguna manera otras alternativas. INGENIERÍA BÁSICA Veamos un posible caso, las empresas que intervienen son la empresa de servicio público (que tiene la concesión del servicio) y que contrata la realización del trabajo de ingeniería, la llamamos COMITENTE. Una empresa de ingeniería, que es contratada para realizar el proyecto (puede ser una empresa consultora), la denominaremos INGENIERO. El comitente establece "que quiere" a través de su departamento idóneo (de planeamiento, o de ingeniería), para el caso que nos ocupa, puede tratarse de la ejecución de algunas estaciones eléctricas previendo la mayor demanda de energía en cierto polo de desarrollo. El ingeniero define la ingeniería básica, recomendando la solución mas conveniente "como se debe hacer". Realiza los documentos que incluyen esta recomendación y los emite para la aprobación del comitente. Quien aprueba esta documentación técnica es el departamento de ingeniería del comitente, que observa si las soluciones están de acuerdo a sus criterios,

ya plasmados en sus restantes instalaciones, o eventualmente si es hora de introducir otras soluciones. Esta modalidad respeta el esquema A1 (ingenieria basica / relacion comitente ingeniero), que conviene observarlo en detalle.

Si la empresa de servicios tiene un departamento de ingeniería suficiente, puede ser que la función de ingeniero sea desarrollada por dicho departamento, es necesario de todos modos separar las funciones de comitente e ingeniero, definir quién hace y quién aprueba. Este caso se ha representado con el esquema A2 (ingenieria basica / relacion comitente ingeniero - oficina de ingenieria de la empresa), ambos esquemas son similares, para el primer caso el plantel de la empresa de servicio público debe ser mas reducido.

INGENIERÍA DE DETALLE Veamos ahora algunos esquemas correspondientes al desarrollo de ingeniería de detalle, generalmente el equipo que hace esta tarea no es el mismo que se dedicó a la ingeniería básica. También aquí se pueden presentar distintas alternativas, el esquema B1 (ingenieria de detalle / relacion comitente ingeniero), similar al esquema A1 (ingenieria basica / relacion comitente ingeniero), el comitente entrega la ingeniería básica al ingeniero para que ejecute la ingeniería de detalle.

El ingeniero desarrolla su trabajo, emite planos para aprobación que son controlados por el departamento de ingeniería del comitente y retornan aprobados, o con observaciones.

Al fin aprobados, se emiten aptos para ejecución, para construcción, de envían a la obra. La obra será realizada por un CONTRATISTA de montaje, que recibe estos planos y se ajusta a ellos para realizar eventualmente alguna ulterior ingeniería de obra y finalmente la obra. El esquema B2 (ingenieria de detalle / relacion comitente ingeniero - oficina de ingenieria de la empresa), propone que la misma empresa de servicio publico ejecute su ingeniería de detalle, a semejanza de esquema A2 (ingenieria basica / relacion comitente ingeniero - oficina de ingenieria de la empresa), el departamento de ingeniería debe destacar un equipo que revise el proyecto y apruebe los planos como si llegaran de un externo a la empresa.

Dependiendo de la envergadura de la obra (y de la empresa) puede ser que ella misma realice el montaje. Otra variante mostrada en el esquema B3 (ingenieria de detalle y montaje / obra llave en mano), corresponde a la modalidad llamada "llave en mano", en este caso el comitente contrata ingeniería de detalle, y montaje a la misma empresa constructora, que a partir de la ingeniería básica debe desarrollar la ingeniería de detalle, realizar la obra, y entregarla funcionando.

En este caso el departamento de ingeniería del comitente asume la función de control de la ingeniería de detalle. A veces el comitente contrata a una empresa consultora la revisión del proyecto de ingeniería de detalle, podríamos llamar esta función INSPECCIÓN, resumido este caso en el esquema B4 (contrato de inspeccion).

La cantidad de documentación que se desarrolla como ingeniería de detalle es muy grande, requiere un equipo importante de profesionales y técnicos, aun mayor que para la ingeniería básica, el caso esquema B2 (ingenieria de detalle / relacion comitente ingeniero - oficina de ingenieria de la empresa), por similitud con el esquema A2 (ingenieria basica / relacion comitente ingeniero oficina de ingenieria de la empresa), requiere entonces un plantel muy numeroso en la empresa de servicio.

Una forma que tiene la empresa de servicio de reducir la mole de trabajo de ingeniería de detalle, y por tanto realizarla en tiempos muy breves, y no necesitar

subcontratarla,

es

haciendo

gran

uso

de

documentación

preelaborada, esquemas típicos adaptables a cualquier obra, de manera que una vez definida la ingeniería básica la de detalle se realiza extrayendo los

documentos adecuados del archivo, y realizando solo un mínimo de documentación complementaria.

CONCLUSIÓN Surge de lo expuesto que independientemente de como se organizan las empresas que intervienen en los distintos esquemas vistos, deben existir equipos de trabajo con funciones bien definidas. Para desarrollar la ingeniería básica: - Equipo de planeamiento (define "que quiere") - Equipo de Ingeniería básica (define "como se debe hacer") - Equipo de Aprobación (revisa lo ejecutado como ingeniería básica, y la aprueba) Para desarrollar la ingeniería de detalle: - Equipo de Aprobación (entrega la ingeniería básica, recibe y aprueba la de detalle) - Equipo de Ingeniería de detalle (desarrolla los documentos para ejecución, construcción) - Equipo de montaje (realiza la obra) - Equipo de inspección (supervisa la obra, ejecuta los ensayos, aprueba lo construido) 6.7 - LA ORGANIZACIÓN La figura 4.1 (organigrama)muestra a modo de ejemplo un organigrama y funciones para el desarrollo de la ingeniería de detalle.

6.8 - CRONOGRAMA En la figura 5.1 (cronograma de ingenieria basica, de detalle, obra) se observan las etapas de ingeniería básica, y de detalle, y su relación con la obra, mostrando el tiempo que puede insumir la gestación de la ingeniería básica, hasta la terminación de la obra.

Se puede apreciar que muchas tareas se disponen superpuestas, y no sucesivamente, para lograr contener los tiempos de realización. Por ejemplo, la ingeniería de detalle se inicia en paralelo con la fabricación de equipos, la obra se inicia cuando todavía se desarrolla ingeniería, la emisión de planos se hace a medida que la obra los requiere por su avance. El ejemplo quiere mostrar la necesidad que frecuentemente se presenta de seguir este camino para acortar plazos, en el ejemplo se ha logrado contener este a 38 meses (mas de 3 años), si las tareas se ejecutan en serie el plazo llegaría a 55 meses...

7.1 - ESQUEMAS ELÉCTRICOS - INTRODUCCIÓN Ya se han presentado distintos esquemas eléctricos de la estación, y se han observado algunas de sus características. Cuál es el criterio que guía la adopción de determinados esquemas en las estaciones eléctricas de un sistema? Para analizar la conveniencia de optar por un esquema, es necesario compararlo con otros y calificarlo. Una calificación es el costo, que interesa para determinar la inversión, otra está fijada por criterios de operación, mantenimiento, confiabilidad, etc. En general se imponen exigencias técnicas. A continuación se examinan las distintas características, y se proponen formas de analizarlas con el objetivo de calificarlas.

EL COSTO: Es difícil establecer el costo de una estación sin desarrollar completamente el proyecto a nivel de disposición de equipos, evaluación de obras, que permiten definir el costo. En el análisis del costo influyen el área ocupada, el tipo de materiales, los equipos. Una parte importante del costo de los equipos es representado por los interruptores, cantidad, y corriente nominal en particular. Sin embargo el costo no está solo representado por los equipos, y las obras, instalación, aparecen además costos de operación y mantenimiento, y durante la fase del proyecto un costo llamado ingeniería.

Cuando se trata de controlar los costos, frecuentemente se los limita, el equipo mas barato, significa quizás costos de operación y mantenimiento mayores que se pagan durante la vida de la instalación, la construcción menos costosa puede producir efectos parecidos. Análogamente, ahorrar costos de ingeniería, no estudiando temas que deberían profundizarse también puede significar mayores costos de la obra, o de los equipos, probablemente desproporcionados al ahorro de costos de ingeniería. La economía debe hacerse con gran inteligencia, tratando de aprovechar la experiencia de obras similares, de lo contrario puede caerse en la paradoja de no mirar gastos con tal de ahorrar centavos.

CANTIDAD DE INTERRUPTORES: Los esquemas de simple juego de barras, doble, triple, los esquemas en anillo tienen un solo interruptor por salida. En rigor los esquemas de doble juego de barras, o de barra principal y de transferencia, o simple barra partida, con interruptor, necesitan un interruptor más en la estación para acoplamiento. En esta comparación el esquema de interruptor y medio por salida es más costoso (presumiblemente 50%) y el esquema de doble interruptor, aun más.

CORRIENTE NOMINAL DE LOS INTERRUPTORES: Los esquemas de acople por barras requieren interruptores (y otros equipos) capaces de conducir la corriente de la línea.

Los interruptores de paralelo de barras pueden requerir ser de mayor corriente nominal que los de línea. Los esquemas con acople por interruptores requieren interruptores capaces de conducir la corriente de más líneas, en condiciones de emergencia la estación debe funcionar con solo algunos interruptores en servicio. También el esquema de interruptor y medio en situaciones de emergencia requiere interruptores de corriente nominal mayor que la que corresponde a la línea. Es posible afirmar que los esquemas con acople por interruptores utilizan interruptores de mayor corriente nominal que los esquemas de acople por barras.

NUMERO DE INTERRUPTORES A ACTUAR FRENTE A FALLA: Se pueden presentar fallas en distintos puntos de la red, fallas en las líneas, fallas en la estación. Cuando ocurre una falla en la línea ésta debe ser separada del sistema. Si las estaciones son con acople de barras, los dos interruptores en los extremos de la línea deberán actuar. Si las estaciones son con acople por interruptores (estación en anillo) o con esquema de interruptor y medio, o doble interruptor, deben actuar dos interruptores en cada extremo, cuatro en total. Los esquemas de anillos múltiples requieren la apertura de más interruptores. Las fallas de las líneas, son las más frecuentes, cuantos más interruptores deban abrirse frente a una falla, mayor es la probabilidad de que pueda presentarse un mal funcionamiento.

Se considera más desfavorable la necesidad de abrir más interruptores. Esta necesidad complica el cableado en tal sentido.

SIMPLICIDAD DE MANIOBRAS DE OPERACIÓN: La intervención humana, a lo largo de la operación de la estación, es permanente. El esquema debe prestarse a rápidos reflejos, la transmisión de órdenes verbales o escritas simples, y seguramente inteligibles. Las actuaciones en el tablero de comando, o al pie de los aparatos deben ser correctamente realizadas, se considera favorable la simplicidad. En muchos casos la exigencia de mayor seguridad se opone a la simplicidad, debe controlarse que la mayor seguridad sea efectiva, y no aparente.

SEGURIDAD DE OPERACIÓN: En caso de falla interna en la estación, falla en barras verdadera, o cuando la falla en una salida no es eliminada, (falla en barras falsa), la falla debe eliminarse rápidamente. Es importante que ésta falla sea eliminada con pocas acciones, se trata de desconectar pocas líneas o transformadores. El esquema de acople por barras, en caso de falla en barras, conduce a la desconexión de todas las líneas. En cambio el esquema de interruptor y medio separa la barra en falla, sin deshacer el nodo. La misma situación se presenta en el esquema de dos interruptores por salida cuando trabaja con todos los interruptores cerrados.

Los esquemas en anillo no presentan tramos de barras, sólo hay fallas en líneas.

FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN: Algunas redes requieren desacoplar la red en partes, este desacoplamiento es variable en el tiempo. Es necesario subdividir la red construyendo varios nodos adicionales. Los esquemas de doble juego de barras, de tres juegos, permiten satisfacer ésta necesidad. Los esquemas en anillo, de interruptor y medio, de barra única, en cambio no son flexibles, ya que no es posible dividir en más nodos la estación.

POSIBILIDAD DE MODIFICAR INSTALACIONES EXISTENTES: A medida que transcurre el tiempo la evolución de la red obliga a cambios de estructura. Se presenta la necesidad de modificar la estación, ya convirtiéndola a una con características superiores, o reduciendo sus posibilidades. Algunos esquemas (con adecuadas previsiones) permiten evolución, simple barra, doble barra, agregado de barra de transferencia. Otros esquemas son en cambio difíciles de modificar, interruptor y medio, anillo. 7.2 - CONSIDERACIONES RELATIVAS AL COSTO DE LAS ESTACIONES ELÉCTRICAS

Como para toda obra es difícil dar reglas que permitan definir el costo suficientemente próximo al real sin alcanzar un grado de avance de proyecto suficientemente elaborado. De la experiencia de proyectos realizados puede hacerse un análisis de incidencias porcentuales de los distintos rubros que componen el costo de le estación. Este estudio puede hacerse en detalle sobre obras existentes, para las cuales se conocen los cómputos reales, y así se pueden encontrar factores que caracterizan el valor relativo de los costos. La tabla I muestra los valores relativos del costo de los rubros indicados, dentro del costo total de las estaciones.

En la tabla I se han mezclado resultados de distintos esquemas, distintas condiciones, distintas tensiones nominales, y corresponden a las estaciones eléctricas aisladas en aire, y estos valores solo pueden considerarse

groseramente indicativos, por ello la suma de componentes esta comprendida en un amplio margen, que da idea del error. La tabla II muestra otras variables, comparativas de distintas características de diseño de esquemas eléctricos adaptables para estaciones. Se comparan las superficies, los costos, las cantidades de aparatos para distintos esquemas.

También esta tabla II debe considerarse al menos en los rubros área y costo como puramente indicativa.

7.3 - ESQUEMAS SIMPLIFICADOS El esquema unifilar en su expresión mas simple incluye una representación topológica de las líneas (ramas) que convergen (inciden) en la estación (nodo). Físicamente el nodo no es un punto, se debe desarrollar suficientemente para poder dar cabida a las líneas o transformadores. El punto que representa el nodo debe ser en realidad de ciertas dimensiones para poder ser un nodo real. Los interruptores que maniobran las líneas pueden disponerse sobre ellas y en consecuencia el nodo se formará con las barras y el acople será por barras, o

bien disponerse en los lados del polígono que constituye el nodo real, el acople será por interruptores y el esquema se denominará anillo. En principio ambos esquemas utilizan un número de interruptores igual al de líneas, es decir que desde este punto de vista son equivalentes. Cuando analizamos sus distintas cualidades e intentamos mejorarlas aparecen los distintos tipos de esquemas reales utilizados. ESQUEMAS CON ACOPLE POR BARRAS Cada interruptor pertenece a una línea, y si ambas estaciones extremas se han proyectado

con

criterios

compatibles,

una

línea

tiene

entonces

dos

interruptores, uno en cada extremo, que la protegen. En estos esquemas los interruptores pertenecen a las líneas, la indisponibilidad de un interruptor afecta la posibilidad de usar la línea. El primer esquema naturalmente es el mas simple, se llama de único juego de barras, y en caso de falla de las barras la estación completa sale de servicio. Este defecto puede compensarse dividiendo las barras con un seccionador o un interruptor, esquema de simple juego de barras partidas. Así se tiene alguna flexibilidad, si se requiere seguridad la solución debe ser con interruptor, solo en este caso se puede mantener el esquema con un único nodo, y en caso de falla en un tramo de barras saldrán de servicio todas las líneas que llegan al tramo fallado, y se abrirá el interruptor divisor de barras. La flexibilidad es mínima, no se puede alimentar una línea que está sobre un tramo de barras cuando éste está fuera de servicio, en cambio vale la pena destacar sencillez, simplicidad, y reducido costo.

Si la red es compleja, muy mallada, cada nodo esta unido a muchos otros, quizás la baja flexibilidad del nodo esté compensada por la elevada flexibilidad de la red, por lo que el esquema simple es recomendable. Si la red es rala, pocos nodos, líneas escasas y largas, este esquema evidentemente conduce a importantes salidas de servicio por lo que no se lo acepta. Parientes próximos del sistema de único juego de barras partidas, cuando se trata de una estación transformadora de distribución, son los esquemas denominados "H", que sirven cuando dos líneas alimentan dos cargas. El esquema simple barra con acoplamiento requeriría 5 interruptores, que se reducen a solo 3 o 1, lógicamente se deben transferir los disparos a la estación que se encuentra en el otro extremo de las líneas. La principal ventaja de estas ideas estriba en la minimización de costos, se han perdido en cambio todas las otras cualidades. La necesidad de disponer de gran flexibilidad ha conducido a los esquemas de doble juego de barras. El doble juego de barras permite flexibilidad ya que la estación puede dividirse en dos nodos, formándolos de manera totalmente arbitraria. Para poner en paralelo las barras es necesario un interruptor de acoplamiento de barras, las barras se mantienen en paralelo la configuración es de simple barra partida con interruptor. Este esquema sigue siendo sensible a la falla en barras, en caso de falla en barras sale de servicio la fallada, y se abre el acople, se pierde parte del nodo, pero las líneas de la barra fallada pueden conectarse a la barra sana, y se puede completar el nodo dejando finalmente la barra fallada fuera.

Si se realiza el esquema doble barra, y cada una partida, se pueden formar arbitrariamente dos nodos, y hasta cuatro nodos en forma no demasiado flexible. Resulta así un esquema bastante seguro, flexible, simple, modificable, que requiere solo abrir un interruptor en cada extremo de la línea en caso de falla de la misma, y pierde todas las líneas de un tramo de barras afectado en caso de falla en barras (o falla de un interruptor de línea que transforma la falla en línea en falla en barras). La ventaja adicional de este esquema es la limitación de los niveles de cortocircuito que puede lograrse para la red (por la flexibilidad), duplicando el numero de nodos. Esta última es una característica indispensable en redes muy malladas y que poseen líneas relativamente cortas, en las cuales la salida de servicio de una parte de la estación no tiene consecuencias graves, y en cambio es necesario no superar cierto nivel de cortocircuito. La imaginación puede evolucionar a triple juego de barras, este esquema solo se justifica cuando siempre es necesario separar la estación en mas de dos nodos. En el triple juego de barras el acoplamiento une dos barras por vez, se requieren entonces dos interruptores de acople, y varios seccionadores, se puede también pensar en triple juego de barras partidas... Las redes nacen con pocos nodos y líneas largas, son redes ralas, muy sensibles a las fallas, si una línea sale de servicio la capacidad del sistema queda afectada, análogamente ocurre con un nodo.

El esquema simple no sirve, y es necesario complicarlo, se pasa de la concepción de simple juego de barras, a doble. A medida que el sistema se hace mas denso, hay mas líneas entre estaciones, las líneas son mas cortas, hay mas estaciones, la salida de una línea es menos sentida, su función es tomada por otros caminos disponibles, análogamente la pérdida de una estación no produce crisis. Si el sistema está adecuadamente concebido, su evolución permite que los nuevos nodos sean mas simples, de simple juego de barras por ejemplo, no es aceptable que un sistema complejo obligue a sucesivas ampliaciones que mantienen el grado de complejidad. Todos los sistemas hasta aquí analizados tienen como consecuencia de la falla de un interruptor o necesidad de mantenimiento, la salida de servicio de la línea por todo el lapso de mantenimiento. Para poder suplir la falta del interruptor en mantenimiento se realiza el esquema con interruptor de transferencia. El esquema puede realizarse con barra principal y barra de transferencia, o con doble juego de barras y barra de transferencia, o también haciendo que la segunda barra pueda ser utilizada como barra principal, y cuando necesario como barra de transferencia. El interruptor de transferencia permite reemplazar el interruptor no disponible por falla o mantenimiento, la segunda contingencia (falla) pone en crisis el sistema. El interruptor de transferencia puede asociarse al de acoplamiento de barras en los sistemas de doble barra, y con un solo aparato se pueden cumplir ambas funciones.

Una forma de superar el lapso de mantenimiento del interruptor, logrando mantener la línea en servicio es con seccionador (y o con conexiones desmontables) de "BY PASS" del interruptor, y transfiriendo la función del interruptor de línea al de acoplamiento. Durante el periodo de mantenimiento la estación se transforma entonces en una simple barra, donde todas las líneas llegan a ella, salvo la que corresponde al interruptor en mantenimiento, que a través del interruptor de acoplamiento se conecta a la barra en servicio. La dificultad principal de estos esquemas estriba en la poca comprensión que ofrecen, y en consecuencia dificultades de operación. Al querer encontrar buenas disposiciones físicas la complicación en el esquema unifilar dificulta el trabajo a límites que hacen casi inconveniente intentar la solución. Por último la transferencia del interruptor requiere también transferir el disparo, la protección (relé), el transformador de medida, quizás cambiar la regulación del relé, operaciones todas que no es conveniente realizar con apresuramiento por ser delicadas. ESQUEMAS CON ACOPLE POR INTERRUPTORES El esquema conceptualmente mas inmediato es el anillo, en este una falla en línea exige la apertura de los dos interruptores que se encuentran en el punto de incidencia de la línea, y el anillo se abre. Puede observarse que en este esquema como en el de simple barra el numero de salidas coincide con el de interruptores. Es conveniente alternar entradas y salidas para que la corriente en los interruptores (del anillo) o en las barras (en el esquema de barras) sea mínima.

La indisponibilidad de un interruptor por razones de mantenimiento permite mantener el servicio por el otro interruptor. Cuando se da esta situación la falla siguiente significa salida de servicio de al menos una parte del sistema. El defecto de este esquema es la poca flexibilidad y su escasa (casi nula) posibilidad de ampliación y o modificación futura. Para conservar seguridad deben estar cerrados todos los interruptores del anillo, cuando se hace mantenimiento en un equipo no es posible repartir las cargas, y ante una contingencia la estación se divide en dos partes, que inclusive pueden no ser aceptables para el flujo de carga necesario. Los inconvenientes del anillo simple pueden superarse con un anillo doble, que permite soportar la ausencia de un interruptor sin perder seguridad. El doble anillo presenta también cierta flexibilidad, ya que es posible cierto número de asociaciones, en compensación la falla de la línea exige la apertura de 3 interruptores de la estación. Claridad de esquema, facilidades de ampliación no son precisamente cualidades salientes de esta solución. La eventual falla de un interruptor debe ser eliminada por la actuación de varios interruptores y saca de servicio dos circuitos. Compartiendo un lado de dos anillos se logra un esquema de anillos múltiples. Este esquema en principio parece simple, pero la realidad de la planta es dificultosa, y esta condición es desfavorable para la comprensión. Al observar la disposición en planta se notan los varios cruces necesarios, el esquema es poco flexible, difícil de maniobrar, difícil de ampliar.

Un detalle que es necesario observar es la distinta corriente nominal de los equipos que forman el anillo respecto de la corriente nominal de las líneas (y de los equipos necesarios en esquemas de acople por barras). El esquema de acople por barras requiere que los equipos sean de la corriente nominal de las líneas. El esquema de anillo requiere en ciertas condiciones que en un aparato circule la suma de las corrientes de varias líneas, lógicamente habrá que buscar de alternar las entradas y salidas para que no haya equipos llamados a transportar la suma de todas las corrientes entrantes en alguna condición de funcionamiento. El dimensionamiento de los equipos del anillo es parecido al dimensionamiento de las barras y del interruptor de acoplamiento en una estación de doble juego de barras. Para el anillo múltiple también debe partirse de este criterio, pero finalmente en todos los casos se trata de unificar eligiendo todos los aparatos iguales, o a lo sumo adoptando dos categorías de aparatos. Los defectos encontrados en los esquemas de simple juego de barras, y doble juego de barras con un interruptor por salida se pueden remediar con dos soluciones, con un interruptor y medio por salida (en rigor 3 interruptores para 2 salidas) se tiene características que lo asemejan a un anillo pero no se sufren sus inconvenientes, la otra posibilidad es de dos interruptores por salida. Para el esquema de un interruptor y medio en situación normal todos los interruptores trabajan cerrados, una falla en barras obliga a abrir todos los interruptores sobre dicha barra, pero quedan todas las salidas en servicio.

La falla de las dos barras es improbable, lleva a que los circuitos (líneas) queden asociados de a pares, es entonces conveniente estén asociados alimentador y carga. Una falla de interruptor obliga a abrir todos los interruptores que lo rodean, saldrán de servicio dos líneas o una línea y una barra, según se trate del interruptor entre líneas (central) se pierden dos circuitos, o del lado barras (lateral) se pierde un circuito. Cuando se separa una línea (del par) la otra queda conectada a barras. La seguridad es evidentemente elevada, la flexibilidad es en cambio reducida. La indisponibilidad de un interruptor permite seguir operando las líneas con los otros dos interruptores del mismo vano, funcionarán las líneas conectadas a cada barra por su interruptor, o ambas líneas a la misma barra y los interruptores en serie. Es conveniente que a un mismo vano pertenezcan una línea que trae energía, y una que sale, en este caso todos los interruptores pueden ser iguales, en cambio si ambas líneas aportan energía, en caso de indisponibilidad de un interruptor se suman las corrientes, los interruptores del lado barras deben tener corriente nominal doble que los del lado línea. Cuando una línea sale de servicio la otra queda conectada como si fuera simple barra, a través de un solo interruptor. Si esta condición es desfavorable entonces son indispensables los seccionadores de línea para poder seccionar la línea fuera de servicio, y cerrando los interruptores tener la línea en servicio conectada a ambas barras.

Cuando se quieren exaltar aún mas ciertas características se puede hacer un esquema de dos interruptores por salida, el costo del equipamiento alcanza el máximo. Aún así no se logra un sistema simultáneamente seguro y flexible, en cada momento debe decidirse la cualidad que interesa, se opta por una u otra y en consecuencia se elige el modo de operación. A pesar del elevado costo no se logran conseguir todas las cualidades deseadas. Cuando se comparan el esquema de doble barra doble interruptor con el de interruptor y medio se observa la equivalencia entre ambos, y surge la conveniencia económica. La evolución de esquemas de doble barra doble interruptor a interruptor y medio es una posibilidad real que debe considerarse en el diseño. En la bibliografía se encuentran muchos otros esquemas pero en general las soluciones de estaciones de muy alta tensión se eligen entre los propuestos. Al observar esquemas de este tipo es muy importante tener presente que los vanos deben ser mas de dos, el número de salidas más de cuatro, si así no fuera se tratará de esquemas en anillo con interruptores en serie. EVALUACIÓN DE CONVENIENCIAS Partiendo del unifilar básico, elegido como ya indicado por los estudios de confiabilidad del sistema, conviene desarrollar alternativas para lograr controlar la conveniencia desde todo punto de vista de la solución elegida. A pesar de haberse elegido para un sistema un esquema unifilar típico para sus estaciones, en determinados puntos pueden encontrarse dificultades de adaptación del esquema a las condiciones locales.

Un detalle que debería tenerse en cuenta en los estudios de confiabilidad, es que los equipos de corrientes nominales modestas, utilizados con corrientes de cortocircuito moderadas, al ser menos solicitados dan confiabilidades superiores al equipo en sí, y en consecuencia modifican los datos básicos de los estudios. Estas consideraciones deben ser complementadas por un mejor conocimiento estadístico de las fallas en equipos ligado a las condiciones locales, la extrapolación de experiencias de piases lejanos (en distancias, costumbres, y modos de trabajo) no siempre tiene valor. Los sistemas extensos, con líneas largas, pocos centros de interconexión, requieren mantener las líneas en caso de indisponibilidad de un interruptor, su característica mas importante es la seguridad, en consecuencia optan por los esquemas de anillo o de interruptor y medio. Los sistemas muy mallados, con líneas cortas, donde la indisponibilidad de una línea no tiene mayores consecuencias, y en cambio los niveles de cortocircuito deben ser controlados (limitados) se orientan a esquemas flexibles, como el de doble barra con un interruptor por salida. Para comparar entre sí los distintos esquemas deben calificarse sus cualidades, en la tabla III se ha reunido una calificación de los distintos esquemas, teniendo en cuenta las siguientes cualidades:

- seguridad, buena cuando el nodo no se pierde ante una falla. - flexibilidad, buena cuando el nodo puede dividirse en dos al menos. - número de interruptores que deben abrirse en caso de falla de una salida, considerado mejor cuando solo se debe abrir un interruptor. - simplicidad de maniobras de operación, considerando mejores los esquemas con pocas complicaciones. - posibilidad de modificación futura. - cantidad de interruptores para 10 salidas considerando interruptores de dos corrientes nominales, 2 y 4 kA por ejemplo, esta característica esta ligada a costo y confiabilidad.

La calificación en cada caso es buena, regular o mala, en ciertos casos la calificación depende del modo de operación, de la realización o de otras consideraciones. EVOLUCIÓN DEL ESQUEMA Un aspecto a tener en cuenta en las redes en desarrollo es su lenta o explosiva evolución en el tiempo. Al planificar se mira un sistema final, que satisface necesidades supuestas, se verifica la confiabilidad de la ultima etapa y se adopta un sistema final. Se reduce al sistema necesario actualmente, si bien las obras se han pensado para la etapa final se observa que hay construcciones y equipos no esenciales, y se reduce el proyecto a solo lo necesario. 7.4 - SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS La técnica ofrece equipamiento que orienta hacia dos tipos de soluciones constructivas básicas: estaciones aisladas en aire (convencionales). estaciones blindadas (aisladas en SF6) Las tecnologías son totalmente distintas, sin embargo puede concebirse una mezcla de ambas realizando: estaciones híbridas, con parte del equipamiento blindado, y parte aislado en aire. Mas recientemente ha aparecido la tecnología de estaciones compactas, aisladas en aire y aprovechando al máximo la experiencia en diseños convencionales. ESTACIONES CONVENCIONALES

Llamamos así a las estaciones aisladas en aire, porque son las mas difundidas, las de tecnología mas antigua, las que estamos acostumbrados a ver. Su importancia subsiste por varias razones: - ventajas de explotación y mantenimiento, facilidad de instalación, poco requerimiento de especialización. - los conjuntos se forman con aparatos separados - las fases están aisladas en aire ambiente - la gran separación entre las fases representa esfuerzos electrodinámicos modestos - la instalación individual se resuelve con cálculos simples, al no haber vínculos no hay solicitaciones mutuas, solo hay solicitaciones simples sobre cada aparato. La concepción es simple los cálculos son elementales, los esfuerzos son limitados - el esquema es visible, claro. - se requiere poca especialización, herramientas simples - la instalación solo requiere productos y servicios que pueden ser locales, obras civiles, carpinterías, conductores, cables, aparatos que pueden ser de distintas procedencias. - facilidad de recuperar, modernizar, cambiar, evolucionar. - flexibilidad para cambios de esquemas, acepta equipos cualesquiera. - flexibilidad frente a ampliaciones ESTACIONES BLINDADAS La necesidad de reducir tamaños ha obligado al desarrollo de estaciones de tamaño reducido, iniciando con la técnica del aire comprimido, el éxito se obtuvo el utilizar el SF6.

El diseño de todos los equipos y de las barras de conexión se desarrolla dentro de tanques chicos que contienen el gas aislante. Los disenios son muy dependientes del fabricante, que realiza distintos modulos para distintas aplicaciones y tensiones. En tensiones menores algunos fabricantes adoptan soluciones trifasicas con las tres fases (en disposicion triangulo) contenidas en un recinto (cilindro) comun. Para las tensiones mayores en cambio las soluciones son con fases separadas, independientes. Conviene observar ejemplos de un mismo fabricante para ver los cambios de criterios al crecer de la tension. Veamos soluciones utilizadas hasta 170 kV con las barras en un solo recinto, la Figura 11-5 muestra la seccion de un campo de salida con cable desde un sistema de doble barra.

La Figura 11-7a muestra como se realiza la instalacion, dentro de edificio y con facilidades de elevacion (puente grua) para montaje y mantenimiento, el ingreso para esta caso se hace a traves de cables, la Figura 11-7b muestra el caso de ingreso desde linea aerea, se destaca la diferencia de espacio que requiere la interfase aire gas, haciendo que la reduccion de espacio tan mentada no sea tal.

Para limitar los problemas que causaria una eventual perdida o contaminacion del gas, la construccion se realiza en distintos compartimientos estancos unos a otros. La estanqueidad se logra con barreras que tambien cumplen la funcion

de soportes de barras, separando los recintos. En cada recinto se vigila la presion del gas para advertir eventuales pardidas antes que estas traigan consecuencias a la aislacion que depende del gas y de su presion. La Figura 11-7c muestra los distintos compartimientos estancos.

Con tensiones mas elevadas (245 kV) se hace la separacion fase por fase, la Figura 11-8a muestra, el corte con el ingreso de un cable, la planta Figura 118b. Es necesario mirar el diagrama unifilar correspondiente Figura 11-8c para comprender los detalles de la planta, observense, cables entrantes, salida a un transformador, la simple barra, con un seccionador de barras.

Para un esquema unifilar de simple juego de barras con barra auxiliar, la Figura 11-9a muestra la entrada de una linea aerea, la Figura 11-9b la planta, y la Figura 11-9c el esquema unifilar de observense la entrada de linea aerea, el campo con el interruptor entre barra auxiliar y principal, la entrada con cable.

La disposicion de los interruptores en las tensiones menores es con su eje vertical, pero para tensiones mas elevadas se prefiere el eje horizontal que permite mayor facilidad para el mantenimiento, aunque ocupa mucho lugar. Observemos soluciones usadas hasta 525 kV, la Figura 11-11a muestra la vista de un sistema de interruptor y medio con una entrada de linea y un transformador y la Figura 11-11b es un esquema en planta simplificado de una fase, se destaca el detalle de la disposicion de los polos de los interruptores, la Figura 11-11c esquema unifilar correspondiente.

Los conceptos de disenio de las soluciones tradicionales estan fuertemente arraigados, y cuando se adoptan soluciones blindadas frecuentemente se observa que el esquema unifilar planteado en la ingenieria basica no se rediscute, surge la pregunta: tiene sentido adoptar esquemas electricos complejos en las soluciones blindadas? Esta pregunta sin duda es motivo de una profunda y necesaria discusion, que seguramente por la mayor confiabilidad de los componentes de la estacion blindada, y por las distintas necesidades que se plantean ante una intervencion de mantenimiento, reparacion o ampliacion nos orientara hacia esquemas simples y con facilidades de by pass. Siempre se puede aprender de las historias pasadas, entre los anios 50 y 60 las cabinas de media tension (construidas con aparatos sueltos y con tabiques de mamposteria) se comenzaron a sustituir por tableros (metal clad), pero se quisieron mantener los disenios de doble juego de barras que optimos para el

mantenimiento en soluciones abiertas, degradaron la confiabilidad de los tableros ofreciendo facilidades (teoricas) que no se aprovechaban en servicio y que degradaban (por la mayor cantidad de componentes) la confiabilidad, quizas estemos frente una situacion analoga. Veamos ahora un sistema de 800 kV, la Figura 11-12a muestra la vista dos entradas de linea, es dificil entender la topologia, observemos la Figura 11-12b la planta de una fase, los dos sistemas de barras, los polos de los interruuptores, volvamos a la Figura 11-12a.

La Figura 11-12c muestra el esquema unifilar, doble barra con seccionadores que permiten el by pass del interruptor, o el by pass de toda la estacion uniendo directamente entrada y salida

ESTACIONES HÍBRIDAS Aprovechando partes de los diseños blindados se puede intentar introducirlos en estaciones convencionales, lográndose interesantes reducciones de espacio, o la posibilidad de elevar la tensión de la estación sin necesidad de incrementar los tamaños. La construcción blindada puede incluir interruptor, transformadores de corriente, seccionadores.

La construcción convencional en cambio incluye las barras, las entradas de líneas con seccionadores, transformadores de tensión, descargadores, bobina filtro y capacitor de acople. El transformador de potencia puede estar unido al interruptor con un conducto blindado, que incluirá los descargadores. Las siguientes figuras son ejemplos de estas soluciones, la Figura 11-30a muestra un sistema de doble juego de barras 420 kV, con aislacion en aire, en el cual para reducir parcialmente el espacio se ha instalado un conjunto interruptor, transformadores de corriente y seccionador de tipo blindado, lograndose una solucion hibrida.

La Figura 11-30b muestra un sistema de interruptor y medio de 525 kV, con aislacion en aire, realizado tambien en forma hibrida, en el detalle de la planta se observa como estan dispuestos los tres interruptores

La Figura 11-31 muestra el esquema unifilar de una estacion de 420 kV con esquema de interruptor y medio que permite aplicar el detalle antes visto

ESTACIONES CONVENCIONALES COMPACTAS Hace años por distintas razones se construyeron estaciones convencionales dentro de edificios, el esquema eléctrico debía ser simple para que la obra resultara razonable, las barras fijadas a la pared o techo, los interruptores seccionables, los tamaños se trataban de reducir al máximo. La crisis del espacio ha invadido también las soluciones intemperie, en espacios que el resto de usos ha dejado reducidos se deben insertar estaciones eléctricas, frecuentemente, en especial en espacios próximos a las industrias donde antes había una estación de 13.2 o 33 kV se debe lograr quepa un centro de distribución de 132 kV. Una solución la ofrecieron las estaciones blindadas, pero a pesar de su buen resultado, la solución es vista con recelo especialmente por quienes tienen instalaciones convencionales, y las ideas se orientaron a lograr hacer mas compactos los diseños convencionales.

La figura 7.1 muestra una primera necesidad, resuelta con equipamiento totalmente convencional

El espacio ocupado por el conjunto interruptor, transformadores de corriente seccionadores parece digno de objeción, y a este se ha dedicado el proyectista que propone la solución mostrada por la figura 7.2 que debe observarse con atención, buscando en particular los seccionamientos:

La solución obtenida esta muy ligada al fabricante del interruptor, que ha combinado su forma de cilindro vertical, con un seccionador rotativo del tipo de tres columnas, la reducción de espacio ocupado es muy interesante. Una solución de este tipo exige un interruptor muy confiable, con mínimo mantenimiento en la zona que entra en tensión, ya que al no haber distancias suficientes las intervenciones de mantenimiento exigen sacar de tensión media estación completa abriendo el seccionador de barras. El dispositivo en la base del interruptor que produce su rotación debe ser sólido y seguro, ya que es el elemento esencial para la confiabilidad y flexibilidad de la estación, no olvidando que es la interfase entre interruptor y su fundación... recibe y transmite los golpes que la actuación del interruptor implica. La observación de la planta (figura 7.3) nos muestra los compromisos de espacio.

Al analizar esta propuesta se observa inmediatamente la necesidad de que el esquema sea simple, debiendo pensarse en un simple juego de barras partidas, y perdiendo sentido la búsqueda de soluciones con este tipo de interruptores en doble juego de barras. Los fabricantes de interruptores recomiendan esta solución porque incluye seccionadores (elementos que hacen el seccionamiento) de mejor nivel de confiabilidad (tecnológicamente mejor desarrollados) que los que fabrican sus competidores (que no son fabricantes de interruptores y por tanto no pueden realizar esta propuesta). Las aplicaciones mostradas corresponden a sistemas llamados H con cuatro interruptores, y a continuación se observa la solución con dos interruptores (figura 7.4).

En la planta se observa la llegada de una sola línea, quizás la segunda línea aparezca en el futuro (figura 7.5).

Otras fabricas ofrecen otras soluciones, interruptores seccionables por desplazamiento como en media tensión, la dificultad del diseño es que los puntos de entrada y salida al interruptor deben estar ambos del mismo lado. Otra idea es que el interruptor tenga la cámara de interrupción horizontal y que se desplace hacia el suelo cuando se lo secciona. Las barras se desarrollan en una disposición llamada nabla, el esfuerzo de comprensión de la disposición vale la pena, la solución constructiva requiere una adecuada morseteria por las uniones entre barras. La planta (figura 7.6) que se presenta a continuación también se desarrolla sobre un esquema H con cinco interruptores, puede analizarse como seria con menos.

Al observar los correspondientes cortes (figura 7.7), se ven las trazas de las barras, que pasan por distintas ubicaciones al relacionar los distintos nodos eléctricos.

La reflexión que sigue, para quien acostumbrado a razonar sobre esquemas tradicionales es que estas soluciones son demasiado rígidas, y entonces parecen menos confiables que las soluciones convencionales por ejemplo de doble juego de barras. Si se desarrolla un estudio de confiabilidad, asignando adecuados valores a los componentes, se puede demostrar que las ventajas de estos diseños compensan ampliamente las limitaciones y falta de flexibilidad del esquema eléctrico (H) que adoptan. Otro fabricante propone una solución con interruptores de los llamados de tanque muerto (a tierra), esta solución con un seccionador especialmente diseñado permite realizar soluciones compactas de doble juego de barras (figura 7.8), el diseño de seccionadores especiales que utilizan como contactos fijos el mismo interruptor, o un transformador de tensión permite una ulterior reducción de espacio (figura 7.9 a y figura 7.9 b), se han evaluado también las reducciones que se muestran en la tabla siguiente. Solución

Convencional Compacta GIS

Blindada Superficie

100

55

17

Volumen

100

80

20

Costo

100

100

300

100

65

18

materiales Tiempo montaje

Para tres diseños, convencional, compacto como los aquí presentados, y blindada (aislada en gas) se han comparado las características: la superficie ocupada en el suelo, el volumen ocupado (altura), los costos de materiales, y los tiempos de montaje (en alguna medida el costo de montaje), los valores indicados están dados en porcentaje de la solución convencional tomada como base (correspondiente a tensión nominal de 123 a 170 kV).

Que se busca con esta racionalización de diseños? Reducción de superficie. Reducción de tiempos de planeamiento Reducción de tiempos de puesta en servicio Reducción de costos de construcción Reducción de costos de mantenimiento Reducción de tiempos de interrupción Reducción de tiempos de montaje Minimizar los requerimientos de mantenimiento

Rentabilidad adecuada Además son convenientes, y valiosas, las siguientes cualidades: Aplicación flexible Terminación y verificación en fabrica, prefabricación Configuración clara Buena accesibilidad Solución adecuada para renovación de instalaciones viejas Estas cualidades pueden valorizarse al comparar distintas soluciones frente a la necesidad de optar por la solucion mejor. 8 - DISTANCIAS ELÉCTRICAS ing. Alfredo Rifaldi - ing. Norberto I. Sirabonian Las distancias están condicionadas por la aislación que debe tenerse en el aire entre puntos en tensión y entre éstos y masa. Partiendo del respeto de las condiciones de aislación se llega a ubicar ejes de los equipos, considerando también tolerancias. Finalmente las distancias entre ejes deben adoptarse en valores enteros de la unidad de medida que se utiliza (metro) con lo que se reducen posibilidades de errores. Es criterio obligatorio que todo esté relacionado con los ejes, cuidando en particular que los centros de equipos coincidan con intersecciones de ejes. 8.1 - INFLUENCIA DE LA AISLACION - OBJETO: La coordinación de la aislación engloba la selección de la tensión que debe soportar el material y la instalación, en función de las sobretensiones que pueden aparecer en la red, y las características de los dispositivos de protección disponibles.

Se trata de reducir a un nivel aceptable, desde el punto de vista económico y del servicio, la probabilidad de que las solicitaciones dieléctricas resultantes impuestas a los materiales, causen daño a las aislaciones o afecten la continuidad del servicio. REFLEXIÓN: El tema es de importancia para definir los valores que debe soportar la aislación del sistema, de sus partes, de sus componentes aislantes, y de los espacios de aire. Son los espacios de aire los que definen las distancias en el diseño de una estación eléctrica (tanto de tipo convencional como de tipo blindada). CLASIFICACIÓN: El origen de las solicitaciones que se presentan se clasifica en: - tensión normal de servicio - sobretensiones temporarias - sobretensiones de maniobra - sobretensiones atmosféricas La aislación puede clasificarse por su tipo: -aislación externa: distancias en aire y superficies de contacto con la atmósfera, sometidas a la influencia de las condiciones atmosféricas y otros agentes externos, como polución, humedad, animales, etc. Ejemplo: aislador de soporte - la aislación externa puede ser para interior, si debe ser utilizado al abrigo de la intemperie o en el interior de un edificio), si puede estar sometida a la acción de la intemperie entonces debe ser para exterior.

- la aislación interna es la que se encuentra protegida de la influencia atmosférica y de otros agentes. Ejemplo: en un transformador, su aislación de papel aceite, es una aislacion interna, el aislador pasatapas es una aislación en aire (superficie aislación externa) COMENTARIO: El comportamiento de una aislación interna puede ser influenciado por el envejecimiento, y puede ser autoregeneradora si recupera íntegramente sus propiedades aislantes después de una descarga disruptiva, mientras que si no se recupera se dice no autoregenadora. Las

aislaciones

autoregeneradoras

son

generalmente,

(aunque

no

necesariamente) aislaciones externas. Ejemplo: aislación en aire, aislación de un seccionador. En un equipo genérico encontramos normalmente combinaciones de ambos tipos de aislación. Ejemplo: transformador, reactor de compensación, etc., que tienen aislación en aire externa y en aceite/papel, interna

CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS: La aislación de los equipos se comprueba con algunos ensayos dieléctricos - ensayo a frecuencia industrial de larga duración (este ensayo dura horas, en función de la norma y del aparato). - ensayo a frecuencia industrial de breve duración (1 minuto). - impulso de maniobra. - impulso atmosférico.

La tensión normal de los aparatos que se selecciona en base a la tensión mas elevada (máxima) que se presenta en la red es la característica que liga los ensayos que deben hacerse y ofrece las opciones de valores que pueden seleccionarse. Para un equipo, de una dada tensión nominal, en general solo son representativos algunos ensayos. Ejemplo: - en 145 kV se hacen ensayos de frecuencia industrial 1 minuto e impulso atmosférico. - en 500 kV se hace el ensayo de impulso de maniobra (y quizás no se hace el ensayo de impulso atmosférico) - para ciertos equipos son de importancia ensayos de descargas parciales, tangente delta, estabilidad térmica, que se hacen a frecuencia industrial por tiempos largos.

SELECCIÓN DE VALORES BÁSICOS A fin de elegir los valores básicos que deben adoptarse, es necesario hacer distintos estudios. Lógicamente en el estado actual de la técnica es forzoso buscar la solución dentro de las opciones ofrecidas por las normas. La tensión nominal de una red trifásica es el valor eficaz de la tensión entre fases, con la que se denomina la red. Los estudios de regulación de tensión y flujo de carga califican esta elección. En una condición de carga, (en un instante) y en un punto cualquiera de la red en funcionamiento normal, se presenta la tensión más elevada (máxima).

Los componentes de la instalación se seleccionan para la tensión más elevada, (del sistema), que coincidirá en general con la tensión nominal (de los equipos). OBSERVACIÓN El valor de la tensión máxima de la red, no tiene en cuenta variaciones temporarias debido a condiciones anormales, (por ejemplo desconexión brusca de cargas importantes), ni variaciones transitorias (por ejemplo debidas a maniobras). SELECCIÓN DE VALORES DE ENSAYO Pasada la etapa de determinación y ajuste de valores de funcionamiento normal, se deben examinar las sobretensiones que se presentan en la red, las posibles limitaciones de estos valores, con dispositivos de protección, y la capacidad de soportar sobretensiones que los equipos y la instalación deben tener. Se desarrollan estudios de propagación de sobretensiones atmosféricas, y de evaluación de sobretensiones de maniobras. Los resultados aconsejan los valores a adoptar o las modificaciones oportunas de la red para mejorar la situación. Estas adopciones se orientan básicamente a reducir los costos y mantener aceptables condiciones de servicio.

8.2 - SOBRETENSIONES - DEFINICIONES Sobretensión es toda tensión función del tiempo, entre conductor de fase y tierra que sobrepasa el valor de pico de la tensión (máxima) fase tierra o entre conductores de fase, que sobrepasa el valor pico de la tensión fase-fase. REFERENCIAS

Los valores fase tierra se refieren a Um raíz(2/3) = 0.8165 Um, mientras que los fase-fase se refieren a Um raíz(2) = 1.4142 Um (siendo Um: tensión más elevada del material). Las sobretensiones se evalúan en por unidad, cuando se trata de sobretensiones fase-fase se expresan como K raíz(3) = 1.7321 K. COMENTARIOS Las sobretensiones son siempre fenómenos transitorios. Groseramente se pueden distinguir sobretensiones no amortiguadas, (o poco), de duración relativamente larga, y amortiguadas de duración relativamente breve. La frontera entre los dos grupos de sobretensiones no puede fijarse con precisión.

CLASIFICACIÓN Las sobretensiones de breve duración se clasifican por su origen en sobretensiones de maniobra y sobretensiones atmosféricas. Estas últimas son de muy breve duración (y unidireccionales). De todos modos a los fines de la coordinación de la aislación se clasifican por su forma (y no por su origen). A estos fines es suficiente describir estas sobretensiones con su clasificación y su valor de cresta. Las sobretensiones temporarias, son oscilaciones que aparecen en un punto de la red, y tienen duración relativamente larga. Se originan por maniobras o fallas, (aperturas de cargas importantes, fallas monofásicas), o por fenómenos no lineales, (ferroresonancia, armónicas) y se

caracterizan por su amplitud, sus frecuencias de oscilación, su duración, su amortiguamiento. COMENTARIO Las tensiones y sobretensiones que se presentan en un sistema trifásico dependen del estado del neutro. Se puede tener: - red con neutro aislado - red compensada por bobina de extinción (Petersen) - red con neutro a tierra (efectivo, o a través de resistencia y/o reactancia de valor relativamente pequeño) En general los sistemas de alta tensión tienen el neutro puesto efectivamente a tierra. Para limitar la corriente de falla monofásica, cuando su valor es elevado, se ponen a tierra sólo algunos neutros de los transformadores.

FACTOR DE FALLA A TIERRA - DEFINICIÓN Factor de falla a tierra (factor de puesta a tierra), en un punto de una red trifásica y para un esquema de funcionamiento dado, es la relación entre la tensión eficaz más elevada, (a frecuencia de red), entre una fase sana y la tierra durante una falla a tierra, (que afecta una fase cualquiera ó más, en un punto cualquiera de la red) y la tensión fase tierra que se tiene en el mismo punto en ausencia de falla. COMENTARIOS Si el neutro está efectivamente a tierra este factor es 1, si está aislado puede ser 1.73, si hay resonancia puede ser aún mayor. Este factor se puede calcular a partir de los valores de impedancia de la red. Se considera neutro efectivamente a tierra cuando este valor es inferior a 0.8 * 1.73 = 1.4.

CONCEPTOS La magnitud de las sobretensiones que aparecen en la red, es un fenómeno estadístico, cada valor de sobretensión tiene una probabilidad de ocurrencia. Por otra parte la aplicación de una sobretensión a un objeto tiene cierta probabilidad de ser soportada. DEFINICIONES Sobretensión estadística, aquella cuyo valor de cresta puede ser superada con una probabilidad de referencia (adoptada en 2 %). Tensión soportada estadística, con dado valor de cresta puede ser soportada con una probabilidad de referencia (adoptada en 90 %). Este concepto es solo aplicable a aislaciones autoregenerables para las aislaciones no autogenerables el concepto a aplicar es el de tensión soportada convencional, que aplicada cierto número de veces, no produce ninguna descarga.

8.3 - DISTANCIAS DE AISLACION FASE TIERRA Para espacios en aire del orden de los que se presentan en el diseño de las estaciones eléctricas, se pueden considerar válidas las fórmula 8.3 y fórmula 8.4.

VALORES TÍPICOS A FRECUENCIA INDUSTRIAL Para soportar una sobretensión a frecuencia industrial (en particular para soportar cierta tensión por 1 minuto) se fija el gradiente de 300 kV/m. Las fórmulas 8.1 y 8.2 resuelven el dimensionamiento bajo este aspecto.

VALORES TÍPICOS A IMPULSO DE MANIOBRA Para una sobretensión de maniobra la fórmula 8.3 da la tensión de descarga que tiene el 50 % de probabilidad de ser soportada, (y 50 % de producirse), la fórmula 8.4 permite determinar la distancia.

El problema de determinar una distancia que satisfaga la tensión soportada estadística, (90 % de probabilidad de soportar la tensión), requiere conocer la desviación típica. Para las sobretensiones de maniobra la desviación típica (reducida) es de 0.07.

La fórmula 8.5 permite determinar el valor que debe tener la tensión soportada estadística, (90 %) partiendo de la tensión de descarga 50 %.

COMENTARIO La figura 8.1A muestra los valores del factor de espacio K (gap factor, intervalo), para un electrodo de forma de punta, y los otros de distintas formas.

Obsérvense para las distintas configuraciones el valor que les corresponde y la amplia variación que presenta. La figura 8.1B es analoga pero para un electrodo de forma de conductor, la figura 8.1C corresponde a configuraciones de electrodos alrededor del conductor.

Como la tensión de descarga es proporcional a K, surge que un dado espacio en aire soporta más tensión a medida que su K aumenta (por variación de los electrodos). Viceversa al aumentar K puede reducirse la distancia para lograr una determinada tensión de descarga (o soportada). VALORES TÍPICOS A IMPULSO Para una sobretensión atmosférica, es válida la fórmula 8.1 en la cual U tiene el significado de tensión soportada estadística, y se debe dar un adecuado valor del campo EK.

Este depende del factor de espacio (definido para sobretensión de maniobra), para K = 1,15 con un gradiente de 560 kV/m se presenta una probabilidad de descarga de 50 %. Para otros factores de espacio puede observarse la figura 8.2 aunque la variación no es importante, el gradiente depende de la polaridad, pero está comprendido entre 530 y 620 kV/m. Efectivamente, el valor dimensionante es el menor entre las dos curvas, para factores de espacio menores, hasta 1.55 es critico el impulso positivo, por arriba el negativo. La desviación típica (reducida) que corresponde para las sobretensiones atmosféricas es 0.03.

REFLEXIÓN Las fórmulas indicadas permiten determinar para cierta forma de los electrodos (factor K) y cierta distancia entre ellos (d) la tensión soportada (o de descarga) con una probabilidad dada. La interposición de un aislador en el espacio en rigor influye en el valor de K, sin embargo no se lo tiene en cuenta, haciéndose la suposición de que el espacio se comporta como si fuera aire. Este criterio es válido para aisladores bien fabricados y de diseño comprobado en los ensayos. Los valores de K que se utilizan son aproximaciones válidas a nivel de anteproyecto pero para mejor determinación deben hacerse ensayos sobre un modelo de la parte de instalación que siendo crítica quiere observarse.

8.4 - DISTANCIA FASE - FASE Solo las sobretensiones de maniobra pueden presentar valores fase-fase que justifiquen su mejor análisis, y en consecuencia deben tenerse en cuenta en la verificación de distancias fase-fase. Las sobretensiones fase-fase son de orden de 1.4 a 1.6 del valor de las fasetierra. La figura. 8.3 muestra para distintas formas de electrodos los valores de tensión (de maniobra) de descarga 50 % fase - fase en función de la distancia.

8.5 - PROTECCIÓN Para limitar las sobretensiones se utilizan dispositivos de protección.

En la actualidad se utilizan descargadores de óxido de cinc, en el pasado se utilizaron descargadores de carburo de silicio (con explosores en serie). En algunos casos, en que no se justifica la instalación de descargadores (indudablemente es una solución costosa), se instalan explosores (cuernos) cuyo objeto es fijar un punto de descarga definido y un valor de descarga limitado. De los dispositivos de protección es de interés conocer: - tensión de descarga a impulso - tensión residual con una dada corriente - tensión máxima en el frente (dividida por 1.15 para descargadores con explosores en serie). Los valores de los niveles de protección se refieren a la tensión nominal del dispositivo, y se denominan factores de protección. Una referencia común para utilizar en el caso de los explosores es la tensión simple Um / raíz(3).

FACTOR DE SEGURIDAD Es la relación entre la tensión soportada, y la sobretensión máxima correspondiente. Cuando esta relación se hace entre valores estadísticos, se debe definir un riesgo de falla, teniendo en cuenta las características de las distribuciones.

8.6 - DIMENSIONAMIENTO DE LAS DISTANCIAS - GENERALIDADES: Las distancias de diseño de la estación deben tener en cuenta los requerimientos de la aislación, y las necesidades de acceso (de personas y equipos) por razones diversas a la proximidad de partes en tensión.

Siempre se debe tener presente que las normas no pueden garantizar en modo absoluto la inmunidad de las personas y las cosas a los peligros. Disminuyen sí las ocasiones de peligro, pero no pueden evitar circunstancias accidentales que determinen situaciones peligrosas. Cuando se diseña la estación se fijan los ejes (en base a una idealización) de los distintos equipos y construcciones que finalmente deben materializarse adquiriendo cierto tamaño real. Muchas veces el equipo idealizado es envolvente de los equipos realizados por distintos fabricantes. Finalmente, para las estaciones aisladas en aire, o para las partes aisladas en aire de estaciones blindadas, deben lograrse respetar distintas distancias mínimas.

FUNCIÓN DE LAS DISTANCIAS: Como dicho anteriormente las distancias deben: - mantener aislación adecuada entre partes - mantener aislación segura hacia las personas y cosas Las distancias deben lograr que se cumplan las siguientes condiciones: - seguridad - mantenimiento - operación - aislacion Lógicamente respetando las dimensiones de los equipos y de la estación. CLASIFICACIÓN Y DEFINICIONES:

- Aislación fase-tierra, interpuesta entre elementos en tensión y elementos a tierra. - Aislación fase-fase, interpuesta entre elementos en tensión que pertenecen a fases distintas de un mismo sistema eléctrico. - Aislación de separación, entre elementos en tensión que pertenecen a sistemas distintos (distintos niveles de tensión, por ejemplo 500 kV y 132 kV). Estas aislaciones se obtienen respetando distancias mínimas en aire, en el diseño de la estación. ADVERTENCIA: Los elementos de la instalación que son sometidos a ensayos de aislación no necesitan respetar las distancias de diseño establecidas con los criterios que más adelante se cometan. Las distancias en cuestión deben ser respetadas en la instalación en el supuesto que no se somete a ensayos de aislación, al conjunto de aislaciones de la instalación. DEFINICIONES: - Zona de guardia se denomina el espacio que rodea un elemento, (o una instalación) bajo tensión, en el cual no se admite la presencia de personas, o de objetos móviles extraños a la instalación, accesibles a personas, (ejemplo: escaleras, vehículos, herramientas...). - Distancia de Guardia es la distancia mínima entre un punto en tensión y la superficie que limita la zona de guardia a su alrededor. - Zona de Trabajo es el espacio en el cual pueden moverse personas y objetos de manera de no penetrar en la zona de guardia.

- Distancia de vínculo es la distancia entre el elemento en tensión y la superficie, dentro de la zona de trabajo, en la cual la persona con ambos pies en la superficie, y en ausencia de barreras materiales está impedido de penetrar en la Zona de Guardia. - Superficie de circulación, de las personas, o de los vehículos, son las áreas que garantizan la no penetración en la Zona de Guardia de las mismas ni de objetos móviles conectados.

8.7 - LIMITACIONES AL DESPLAZAMIENTO: Oportunas distancias o limitaciones materiales a la circulación, impiden o advierten de la cercanía de peligros. En general la distancia vertical (al suelo) se considera condicionante adecuado. Para evitar que el movimiento sobre superficies haga penetrar en zonas peligrosas se realizan: - Limitaciones de advertencia, que no impiden ni retienen a quien quiere desobedecer, pero son eficaz aviso (carteles, barreras, cintas, cadenas, banderas..) - Parapetos, sólidos y estables, que limitan el acceso pero no impiden que con el brazo se supere el límite. - Defensas (paredes) sólidas, estables, de superficie plena o con mallas con aberturas de amplitud tal que no puede pasar la mano. Se trata siempre de mantener aislación segura hacia el personal que debe moverse y operar en estas instalaciones.

Se considera en particular que las personas que realizan tareas en las instalaciones están en conocimiento de los peligros, y en particular de los constituidos por partes bajo tensión. No debe olvidarse de que el accidente es consecuencia de condición insegura y acción insegura, siendo fundamental la instrucción del personal, y las adecuadas condiciones de trabajo. ENFOQUE DEL PROBLEMA Las solicitaciones dieléctricas, a que está sometida una parte de la instalación en funcionamiento son debidas a: - la tensión máxima (que se presenta en un punto de la red en condiciones de funcionamiento normal). - sobretensiones a frecuencia de servicio (que se presenta en ciertas circunstancias excepcionales, embalamiento de un alternador, resonancia entre circuitos L C). - sobretensiones de maniobra (particularmente cuando se cierran y abren interruptores). - sobretensiones de impulso atmosférico (caso de sistemas expuestos a rayos). El nivel de aislación caracteriza la aptitud de la aislación fase-tierra a soportar las solicitaciones dieléctricas (con distinta importancia). Los criterios de coordinación de la aislación sirven de base para la elección del nivel de aislación. La aptitud de las aislaciones fase-fase es coordinada con el nivel de aislación. Se debe analizar para distintas solicitaciones de la aislación, y para las distintas formas típicas de los electrodos (cuando influyen), las mínimas distancias admisibles para que no ocurra una descarga.

A medida que el proyecto avanza se controlan rigurosamente los valores de las distancias efectivas entre partes, para comprobar que no aparezcan puntos de probable peligro. Los controles se repiten para los puntos críticos antes de iniciar tareas constructivas, cuando los equipos ya están definidos en forma y dimensiones. Las distancias de guardia permiten construir los volúmenes dentro de los cuales no se debe penetrar. Se verifican entonces las distancias de vínculo, y los volúmenes dentro de los cuales es posible el movimiento del operador. Se verifican las distancias críticas que se presentan en situaciones particulares, y que no deben satisfacer los mínimos exigidos ya que se supone que no puede presentarse esta situación con una sobretensión.

DISTANCIAS NORMALES Se determinan las distancias básicas para las solicitaciones dieléctricas que corresponden a los valores de ensayo del equipamiento. Para esto pueden utilizarse los valores indicados en las normas, o algunas fórmulas que se encuentran en la bibliografía. Es útil determinar las distancias que soportan las distintas solicitaciones dieléctricas. Particularmente en las muy altas tensiones las distancias indicadas pueden resultar escasas en el caso de electrodos con formas muy particulares (en general con geometría asimétrica). Estos electrodos deben evitarse, o mejorar su comportamiento mediante anillos de guardia.

Hasta la tensión máxima de 245 kV la distancia fase-tierra también se utiliza para determinar la distancia fase-fase. Para tensiones desde 300 kV las sobretensiones (de maniobra) fase-fase son causa de que la distancia mínima fase-fase sea mayor que la fase-tierra. Como distancia de aislación en aire se adopta el mayor de los valores que se determinan en relación con cierto nivel de aislación. Se observa que para alta tensión (hasta 245 kV) la distancia está determinada por la solicitación a impulso atmosférico, mientras que para muy alta tensión, (desde 300 kV) la determinante es el impulso de maniobra.

DISTANCIAS REDUCIDAS Las distancias de aislación en aire para los elementos móviles se verifican en condiciones de servicio normales, ausencia de cortocircuito y velocidad de viento mínima (20-30 km./h por ejemplo). Por distintas causas, ciertas distancias varían y alcanzan un valor mínimo, en consecuencia debe ser controlada la aislación para la máxima declinación de los elementos móviles. Las causas de movimiento son: - la acción del viento máximo, (130 km./h por ejemplo) en la dirección más critica para la aislación. - la fuerza electrodinámica producida por la condición de cortocircuito en el sistema, que resulta crítica para el elemento. Las distancias mínimas que se fijan en estas situaciones son del orden del 50% de las distancias que corresponden al nivel de aislación y se las llama distancias reducidas.

Estas distancias dependen no del nivel de aislación, sino de particulares solicitaciones dieléctricas que pueden ser simultáneas a la situación que ha llevado a la declinación máxima el elemento. La distancia fase-tierra bajo cortocircuito se adopta como el 60% de la distancia de aislación definida por la tensión de ensayo a frecuencia industrial o sobretensión de maniobra. Se supone que simultáneamente al cortocircuito puede presentarse una sobretensión de 60-70%, pero que no se alcanza el 100%. La distancia fase-tierra por acción del viento debe soportar la tensión máxima fase-tierra; influye en esta distancia el factor de falla a tierra, para sistemas con neutro a tierra a partir de los 145 kV se asume 80% de la tensión máxima. El criterio es que con máximo viento, en el instante en que la máxima ráfaga lleva a los conductores a su posición extrema, no se presenta ningún tipo de sobretensiones, ni situación anormal. La distancia fase-fase bajo cortocircuito se adopta asumiendo una sobretensión dinámica a frecuencia industrial dada por el 120% de la tensión máxima. Se supone que las sobretensiones durante el cortocircuito son de frecuencia industrial, y las sobretensiones de maniobra que se presentan no afectan esta aislación (es decir no serán simultáneas en las distintas fases, y no alcanzarán los valores máximos). Se admite que el viento no causa variaciones significativas de las distancias fase-fase de los elementos móviles de la estación.

8.8 - DISTANCIAS DE AISLACION SUPERFICIALES - AISLADORES

Están determinadas fundamentalmente por la tensión máxima de servicio y el nivel de contaminación del ambiente. Por otra parte están ligadas a las características geométricas de la aislación superficial (línea de fuga, forma y longitud). El nivel de contaminación ambiental se clasifica con cierta escala como nulo, ligero, pesado, excepcional. En correspondencia con cada nivel de contaminación, según el tipo de ensayo se fija el grado de contaminación que la aislación debe soportar, y se recomienda la relación : línea de fuga/tensión máxima fase-tierra, (de 2 o más de 6 cm/kV).

8.9 - DISTANCIAS DE GUARDIA Estas distancias deben garantizar la aislación para permitir acceder con seguridad. Se adopta superior a la distancia de aislación multiplicándola por cierto factor. Cuando la distancia de aislación esta definida por la solicitación a impulso atmosférico entre 250 y 750 kV, el factor está comprendido entre 125% y 115% y se obtiene por interpolación lineal. Por arriba de 750 kV se adopta 115% y por debajo de 250 kV 125-130%. Cuando la distancia de aislación está definida por la solicitación de maniobra, para obtener la distancia de guardia se incrementa en 15% la sobretensión de maniobra, y con un factor de espacio 1.15 (recordemos que depende de la forma de los electrodos) se determina la distancia de guardia. Las distancias así determinadas sirven para anular el riesgo de descarga.

De todos modos deben ser comparadas con las distancias que están fijadas por reglamentos que en ciertos casos son imperativos. Las distancias de guardia permiten determinar alrededor de partes de tensión los volúmenes dentro de los cuales no se deben penetrar, y la zona de trabajo en la cual sí se puede estar. Cuando un elemento puede asumir distintas posiciones se considera la que da la mínima distancia dentro de los límites en que puede encontrarse el elemento durante el trabajo. A fin de evitar que un operador penetre en la zona de guardia debe tenerse en cuenta como vincular su superficie de desplazamiento, (en la cual debe tener los pies), para asegurar que precisamente no penetre en esta zona. 8.10 - DIMENSIONES DEL HOMBRE Se hace referencia a un hombre convencional cuyas dimensiones están definidas, ver figura 8.4.

Se supone que el operador es de altura normal, esta adiestrado, normalmente utiliza pequeñas herramientas manuales.

En particular su altura es de 1.75 m, con el brazo extendido hacia arriba alcanza 2.25 m, con los brazos extendidos horizontalmente ocupa 1.75m, cuando estira el brazo retenido por una barrera de 1.2 m de altura alcanza 1.25m, cuando estira el brazo hacia arriba desde un plano de trabajo alcanza también 1.25 m. Con estas dimensiones es construible un gálibo que permite determinar en base a la ubicación de los pies el volumen que el hombre pueda alcanzar. 8.11 - DISTANCIAS DE VINCULO Con las dimensiones de guardia y del hombre quedan definidas las superficies de vínculo y las distancias de vínculo vertical (dvv = dg +2.25 m), y horizontal (dvh = dg + 1.25 m). El movimiento sobre las superficies de vínculo garantiza que este se hace en condiciones de seguridad, si la superficie se prolonga, debe limitarse con parapetos, obstáculos, advertencias. Algunas normas o reglamentos fijan distancias de vínculo mayores, y deben ser tenidas en cuenta (cuando vigentes). La figura 8.5 ayuda a interpretar las distancias de guardia y las zonas que definen las superficies de vínculo.

Colóquese el hombre con el brazo extendido y levantado que define las distancias desde las superficies de vínculo. Obsérvese la necesidad del parapeto, (o de la pared), si la superficie de circulación se prolongara. La figura 8.6 muestra la superficie de circulación de un vehículo, con distancia de tolerancia (0,7 m) para que pueda circular por el camino respetando razonablemente la senda.

La senda debe estar marcada con cordones que impidan efectivamente que el vehículo salga del camino (involuntariamente). Una aplicación que exige también una pequeña explicación es la zona de guardia alrededor de los aisladores. Los sostenes aislantes (aisladores de soporte, aisladores de aparatos) no deben quedar accesibles a las personas, en ninguna parte de su superficie. Se considera a los fines de la seguridad que el aislador es un punto peligroso, y en consecuencia aún su borde inferior debe encontrarse a una altura no alcanzable, o deben existir obstáculos que impidan tocarlo. A veces el tamaño del aislador coincide con la distancia de guardia, como muestra la figura 8.7, a veces es de tamaño menor, y entonces el soporte (metálico) penetrará en la zona de guardia, la superficie de vínculo se determinará en base a la zona de guardia.

Como el aislador es de tamaño mayor que la distancia de guardia, de manera que su parte inferior (fuera de ella) puede estar a menos de 2.25 m, el diseño

del soporte debe prever una defensa a 2 m de altura que impida alcanzar el aislador.

8.12 - INFLUENCIA EN EL MANTENIMIENTO Al prepararse el mantenimiento de una parte de la instalación, se deben estudiar las zonas de guardia a respetar alrededor del área de trabajo, y establecer correctamente las superficies de vínculo, definidas por las distancias de vínculo, a fin de garantizar la ausencia de riesgos. Es útil a nivel de proyecto un análisis aunque sea somero, de las condiciones de mantenimiento, esto no libera de ningún modo a quienes hacen el mantenimiento, de su responsabilidad en el respeto de las reglas de seguridad.

DISTANCIAS DE TRABAJO Cuando se accede a las instalaciones para efectuar trabajos, las distancias deben determinarse teniendo en cuenta las condiciones reales cada vez. Cuando existen conductores se debe proveer a respetar las distancias. No se consideran conductores desnudos en tensión: - los que están incluidos en aparatos con caja metálica. - los que están protegidos por paredes metálicas puestas a tierra con suficiente grado de protección. - los protegidos con paredes llenas no metálicas (mampostería o aislantes) cuya superficie accesible se encuentre al menos a la distancia de guardia del conductor.

- si la distancia es inferior a la de guardia se debe poder contar con el efecto aislante de la pared.

DELIMITACION DE LA ZONA DE TRABAJO La delimitación se controla en dirección horizontal y vertical. En superficies de circulación no se admite la delimitación por simple distancia, es necesario vallas que indiquen esta delimitación. Se acepta la limitación por simple distancia cuando el operador se encuentra alejado del suelo (por ejemplo sobre una escalera) ya que aun un error involuntario no podrá hacerle superar un cierto límite en sentido horizontal. Limitaciones de altura parcial, parapetos contienen el desplazamiento del cuerpo del operador pero no sus brazos. Limitaciones de altura total, tabiques, obstaculizan cualquier movimiento. En sentido vertical el simple distanciamiento se realiza cuando el operador en los distintos planos a que tiene acceso y con los brazos levantados no penetre en zona de guardia. La condición de estar debajo de partes en tensión no requiere ni siquiera el aviso. Puede tenerse limitaciones materiales aptas a contener los movimientos del operador hacia arriba En las limitaciones por simple distanciamiento es importante tener en cuenta las acciones erróneas o movimientos accidentales y considerarlos en las distintas de vínculo.

EL MANTENIMIENTO Y EL PROYECTO

La seguridad de las operaciones de mantenimiento obliga a hacer consideraciones que en la actualidad interfieren a nivel de proyecto , obligando al proyectista a un esfuerzo de asumir criterios que lo comprometen en mas con la vida de la obra. Es obvio que la libertad absoluta de mantenimiento puede lograrse con una parada total de la instalacion, con desconexion total de las fuentes de peligro, pero esta situacion normalmente no se presenta. Se trata siempre de hacer mantenimiento con parte de la instalacion en servicio, en este caso independientemente del proyecto corresponde a los que asumen la responsabilidad de mantenimiento analizar cuidadosamente las condiciones de trabajodurante las operaciones. Se define el area de trabajo, superficie del suelo y se la seniala (eventulamente cerca rodea) limitando el area de peligro, dentro del area de trabajo la persona no debe penetrar en zonas peligrosas. Se considera que no debe llegar a una distancia (3 m según algunas normas) desde donde extendiendo el brazo se penetra en zonas de peligro (hacia el costado, hacia arriba). Se acepta tener por arriba puntos en tension, y en este caso queda restringida la altura de eventuales superficies para elevarse durante el trabajo. Las partes que pueden asumir cargas por el campo electrico (por ejemplo una barra fuera de tension, que se carga capacitivamente por influencia) deben ponese a tierra para linitar sustos o tensiones imprevisibles. Observese el corte de una playa (por ejemplo de 132 kV) y tomese nota de los problemas que se presentan, por ejemplo la cantidsad de planos de tension (cabezal de equipos, Barras principales, conexiones de salida o cruces).

Planteense acciones de mantenimiento, la salida fuera de servicio cruza al menos sobre una de las barras principales, por lo que no se puede trabajar en en la salida el los elementos que estan sobre la barra en tension. El tramo vertical de subida esta cerca de las barras, entre ellas por lo que no puede llegarse a esta aunque solo una barra se encuentre en tension, si se pueden hacer trabajos debajo de las barras, en los seccionadores o los aparatos, controlando las distancias de seguridad. Cada trabajo se debe plantear en esta forma, analizarlo y respetar las condiciones de trabajo seguro, y este analisis se deba hacer con quenes haran el trabjo para que ellos tengan conciencia de lo que pueden hacer y lo que no deben hacer.

8.13 - INFLUENCIA DE LA ALTURA - CONCEPTO La rigidez dieléctrica del aire depende de la presión atmosférica y de la temperatura del aire. Un objeto, con características de aislación definidas tiene una aislación externa, que depende del aire, y que puede ser crítica. Cuando el sitio de instalación es en altura, más de 1.000 m sobre el nivel del mar, la disminución de rigidez del aire, puede hacer que no sean soportadas sobretensiones que al nivel del mar no traerían consecuencias. LAS DISTANCIAS Para tener en cuenta la disminución de rigidez del aire las distancias de aislación en aire se aumentan 1,25 % por cada 100 m de aumento de altura a partir de los 1.000 m.

La fórmula 8.6 es aplicable para determinar la distancia en altura a partir de una distancia definida al nivel del mar.

FACTORES DE CORRECCIÓN La descarga de la aislación en aire depende de las condiciones atmosféricas, en particular depende de la presión y de la humedad del aire. La tensión de descarga medida en una condición determinada, se refiere al valor que se hubiera logrado en condiciones atmosféricas definidas normales. Se pretende que el equipo en prueba soporte a una cierta altura sobre el nivel del mar un ensayo con cierto valor de tensión, en esas condiciones de presión (y temperatura) se aplica efectivamente la tensión de ensayo. Si ese ensayo se refiere al nivel del mar, se determina el factor de referencia (kd = factor de corrección). En consecuencia, definido y aprobado el equipo con la tensión que corresponde al nivel del mar, con el factor de corrección queda identificada la tensión de prueba aplicable en altura. La fórmula 8.7 permite determinar la variación de presión con la temperatura, la formula 8.9 permite determinar el factor de corrección. Los exponentes m y n generalmente valen 1, pero para el ensayo de corriente alterna, y para impulso de maniobra positiva, entre electrodos punta-punta o punta-plano, dependen

del espacio de descarga, su valor es 1 hasta 1 m, de 1 m a 6 se interpola linealmente entre 1 y 0.4, por arriba de 6 m el valor es 0.4.

La fórmula 8.10 da la tensión corregida, (referida a condiciones normales) partiendo de un ensayo en condiciones especiales.

En la aplicación que examinamos Vsnm es la tensión que el equipo soporta al nivel del mar, kd es el factor de corrección que corresponde a la altura de instalación, Vens es la tensión que puede soportar en altura. REFLEXIÓN Debe considerarse que la tensión de prueba que se aplica a un equipo es común tanto a las aislaciones externas como a las internas. Generalmente las aislaciones internas no son sensibles a la presión atmosférica y en consecuencia no se degradan con la altura. Por otra parte, las aislaciones en aire se autoregeneran, mientras en las otras aislaciones, en general, la falla es definitiva.

ADVERTENCIA Al aplicar tensiones de prueba mayores para tener en cuenta la influencia de la altura deben tomarse precauciones para no solicitar indebidamente las partes del equipo de aislación no autoregenerativa (aislación interna). EJEMPLO El ensayo de un transformador, representativo de su funcionamiento en altura, hecho al nivel del mar requiere ensayar por separado la máquina, y la aislación en aire de los aisladores. RELACIÓN ENTRE PRESIÓN Y LA ALTURA La presión varía con la altura con una expresión que depende de ella en modo complejo. La figura 8.8 muestra un gráfico simple, que puede utilizarse para aplicaciones rápidas.

CONCLUSIONES Las instalaciones en altura requieren equipos con aislaciones en aire capaces de soportar (al nivel del mar) solicitaciones mayores que las que corresponden a su categoría de tensión.

En otras palabras, para una instalación que funciona a la tensión nominal (Um a la que corresponde una tensión de ensayo Ue, se requieren equipos que soporten la tensión de ensayo Ue/Kd, y en consecuencia serán de tensión nominal superior a Un (desde este punto de vista sobredimensionados). Las

aislaciones

internas,

no

en

aire,

en

cambio

no

requieren

sobredimensionamiento alguno. ADVERTENCIA La variación de densidad del aire con la altura, afecta además las condiciones de disipación de calor. En consecuencia la corriente (nominal) que lleva un equipo a su temperatura límite será menor con la altura. Como puede considerarse que en general la temperatura ambiente máxima disminuye con la altura esta situación puede no tener importancia.

8.14 - LA AISLACION SUPERFICIAL El interés que ésta presenta es debido a su sensibilidad a la contaminación que provoca el ambiente. Las consecuencias de la contaminación se observan, especialmente con las salidas de servicio debidas a descargas cuando la superficie de los aisladores está sucia.

GRADOS DE CONTAMINACIÓN - nulo - se clasifica así un ambiente sin industrias, donde hay baja densidad de habitaciones con instalaciones de calefacción (productoras de humos), lejos del mar, o no expuesto a vientos marinos (contaminación salina).

Cuando las industrias son importantes, el sitio debe ser bien ventilado, y las lluvias deben ser abundantes (de manera que se produzca lavado de los aisladores). Cuando se presentan neblinas, las líneas de 145 kV con menor número de aisladores normales (9-10) no salen de servicio. - ligero - las industrias no son de tipo particularmente contaminantes, si la densidad es alta el sitio debe ser muy ventilado y lluvioso, si hay vientos marinos la distancia al mar debe ser de 1 km. al menos. En líneas de 145 kV con menos de 9-10 aisladores normales se presentan salidas de servicio en condiciones de neblina. - pesado - alta densidad de instalaciones de calefacción, exposición a vientos marinos importantes. Se requieren mas de 11-12 aisladores normales para que una línea de 145 kV no presente salidas de servicio en condiciones de niebla o viento marino. - excepcional - se trata de zonas muy localizadas, donde el humo produce depósitos particularmente conductivos, o los vientos marinos arrastran gotas de agua de mar de dimensiones perceptibles, o se forman mezclas de sal y betún. Se presentan salidas de servicio en condiciones de niebla o tempestades marinas aún si el número de aisladores de la línea es de 11 ó 12. ENSAYOS Los ensayos tiene por fin determinar el máximo grado de contaminación que un aislador puede aceptar sin perder su capacidad de soportar una tensión dada, o determinar la tensión soportada con cierto grado de contaminación. Los métodos de ensayo son dos:

- método de la niebla neblina, consiste en inyectar niebla de agua salada en la cámara de prueba donde se encuentra el objeto en ensayo sometido a tensión. - capa sólida superficial, el objeto se recubre con una capa de contaminante de cierta conductividad, el depósito se humedece hasta que la resistencia superficial alcanza un mínimo, y en estas condiciones se somete a tensión. El nivel de contaminación se reconoce por la salinidad soportada (en Kg./m3 de agua) o la conductividad de la capa (en micro Siemens). Según el grado de contaminación se recomienda una relación entre la longitud de la línea de fuga y la tensión máxima fase-tierra. 8.15 - SOLUCIONES CON AISLACION EN SF6 Intentando reducir tamaños de las instalaciones de alta tensión se desarrollaron equipos aislados en SF6, las soluciones actuales se basan en módulos compactos que corresponden a los mismos equipos que se encuentran en las soluciones tradicionales. En tensiones menores (170 kV) la construcción puede ser tripolar, mientras que con tensiones mayores solo unipolar. - los interruptores son con una o mas interrupciones por polo, en muy altas tensiones se utilizan seccionadores bajo carga (aptos para maniobrar, pero que no interrumpen las corrientes de cortocircuito). - seccionadores generalmente de diseño coaxial, telescópico. - transformadores de corriente de tipo toroidal. - transformadores de tensión de tipo inductivo, aislados en gas. - transformadores capacitivos, aislados con aceite y gas, utilizados en muy altas tensiones - barras, en contenedor de gas, unipolares o tripolares.

Los elementos son estancos, están separados unos de otros mediante aisladores de soporte barras que cumplen la función de tabique entre ambientes de SF6. - los transformadores de potencia, aislados en aceite, se unen a las barras mediante aisladores pasantes SF6/aceite. - los cables de aislacion sólida, o de aceite fluido, también se unen a barras con aisladores terminales. - para conectar líneas aéreas se utilizan aisladores SF6/aire, con adecuada línea de fuga, ya que esta puede llegar a ser la única aislacion sujeta a contaminación de la instalación. - el diseño se completa con cuchillas de tierra de alta velocidad, que se disponen para seguridad de las personas. Estos diseños constructivos están muy ligados al proveedor, inclusive en su ingeniería básica.

9 - MODULARIDAD Y RACIONALIZACIÓN 9.1 - INTRODUCCIÓN El análisis de los temas incluye las hipótesis de cálculo, las soluciones constructivas posibles, su selección, los métodos de cálculo y verificación de la solución adoptada, eventuales comparaciones con otras soluciones, diseño constructivo y detalles. El enfoque de los temas de proyecto, y la profundidad con que deben ser estudiados determinados problemas que se presentan, no permite desarrollar en tiempos breves proyectos suficientemente optimizados.

9.2 - LA MODULARIDAD La principal característica de una estación eléctrica, es su modularidad, en una misma estación ciertos conjuntos (construcciones) se repiten más veces, en consecuencia la acción de optimizar detalles tiene gran rendimiento. A su vez, generalmente el diseño de una estación eléctrica puede repetirse varias veces en la red, el rendimiento del buen diseño se multiplica. El proyecto unificado y normalizado de estaciones eléctricas con detalles optimizados, evita reproyectar en cada caso, y permite la máxima racionalidad, e interesantes economías. Ya al observar los esquemas de ingeniería básica de una estación, el esquema unifilar, el croquis de disposición de equipos, son evidentes sus características modulares. Se identifican partes que se repiten en el diseño de la estación, por ejemplo: - módulo de barras - módulo de salida - módulo de línea - módulo de transformador - módulo de interruptor y seccionadores asociados, etc. Estas condiciones sugieren que la racionalización del proyecto es necesaria, y que seguramente producirá rédito.

LO EXISTENTE Teniendo estaciones eléctricas ya realizadas, cada una quizás con distintos criterios y distintas tecnologías, nos encontramos frente a una buena base que

permite avanzar rápidamente en el intento de desarrollar un proyecto de una nueva estación, si partimos de un proyecto ya realizado, adoptando sus módulos, y utilizándolos para obtener un nuevo proyecto, haremos una gran economía de esfuerzos y costos. Esta economía puede permitirnos "gastar" gran esfuerzo en mejorar aspectos parciales de detalle del proyecto que enfrentamos y esto redundará en nuevas ventajas de costos.

LA COMPARACIÓN Es fundamental obtener de la explotación y mantenimiento, que son quienes sufren los errores de los proyectistas, la crítica que permite mejorar el proyecto en las nuevas realizaciones. Es importante la comparación entre las posibles distintas soluciones, comparación que surge de observar su desempeño frente a las solicitaciones reales, las condiciones de montaje, las condiciones y dificultades de mantenimiento y de operación, la extracción de conclusiones de acuerdo con los distintos interesados.

CUALIDADES DEL PROYECTO La sencillez de las soluciones, la intuitividad del proyecto, son las máximas cualidades que facilitan la comprensión y en consecuencia permiten la buena utilización de la obra. Lamentablemente son indispensables siempre complicaciones para conseguir otras cualidades de la obra.

Es importante controlar permanentemente , que el mayor grado de complicación de la solución adoptada sea compensada por evidentes ventajas. Nunca debe olvidarse que el máximo mérito de un proyectista es lograr un proyecto, en el cual él pase al olvido... si no es olvidado, entonces mala señal, los motivos de que no se lo olvide son sus errores. El costo depende de ingeniería, materiales y mano de obra, el ahorro de ingeniería (de oficina, de proyecto) trae como consecuencia el desarrollo (quizás improvisación) de ingeniería de obra. La economía debe hacerse sobre materiales y mano de obra, teniendo en cuenta que los talleres permiten mejor aprovechamiento de los materiales, y poseen mano de obra quizás mas costosa, pero que puede rendir más por las mejores condiciones de trabajo, la prefabricación de elementos es importante. Por otra parte para el taller es conveniente la construcción de muchos elementos iguales, los criterios de proyecto deben tener en cuenta esta condición. 9.3 - DISPOSICIÓN DE EQUIPOS Tratamos de convertir un esquema unifilar (estación simbólica) en una solución constructiva (estación física). Hemos clasificado los esquemas por su modo de acople: - esquema de acople por barras - esquema de acople por interruptores - esquema mixtos Por la disposición de sus fases: - fases asociadas - fases segregadas

- fases mixtas Al realizar la estación eléctrica se deben separar los distintos planos (niveles) que contienen los elementos en tensión, con éste criterio se clasifican: - con dos planos (niveles) - con tres planos Analizaremos distintos diseños de estaciones, desarrollaremos estos análisis identificando

los

módulos

típicos,

y

eventualmente

subdividiéndolos

convenientemente: - zona de salida (línea, transformador) - zona de barras El análisis lo haremos sobre los distintos esquemas posibles. ZONA DE SALIDA Esta zona incluye aparatos que se encuentran en serie en la salida propiamente dicha: - interruptor - transformadores de corriente - seccionador de línea - cuchillas de tierra - transformador de tensión - capacitor de acoplamiento y bobina de filtro - descargadores El criterio de disposición de los equipos en elevación (corte) puede basarse en distintas posibilidades.

Trazando una recta horizontal paralela al suelo se define el límite inferior de la zona de guardia. Conviene trazar otra recta horizontal que define el límite inferior de la posible posición del conductor y que genera la zona de guardia. Con estos límites se ubican los equipos controlando que su parte superior conductora quede por arriba de la segunda recta, y el extremo inferior de sus aisladores quede por arriba de la primera recta. En general la traza del conductor que unirá los bornes de los equipos será tortuosa, no seguirá una recta, y para algunos puede no ser agradable desde el punto de vista estético (Figura 9.1)

Sobre el diseño anteriormente logrado puede intentarse convertir al conductor en una recta horizontal, debiendo adoptarse como altura del mismo la mayor obtenida con el método anterior (Figura 9.2)

El haber logrado un diseño rectilíneo del conductor con ciertos equipos, puede al cambiarse marcas y/o modelos entrar en crisis y nuevamente aparecerá una línea tortuosa como traza del conductor. El pretender mantener mínimas las alturas puede bajar la altura mínima del conductor y la zona de guardia se acerca al suelo no quedando altura libre suficiente debajo de ella. En éste caso será indispensable instalar vallas, parapetos, para limitar las zonas de circulación (Figura 9.3).

Un aspecto que se considera es la posibilidad de retirar equipos (o partes) para operaciones de mantenimiento, o cambiarlas por causa de la evolución.

El necesitar extraerlas, desmontarlas, define vías de paso, de mantenimiento, y zonas de trabajo. Las vías de paso pueden definirse paralelas al conductor (eje) de salida, o transversales y exigen espacios de circulación en consecuencia. La distancia entre campos vecinos debe garantizar seguridad cuando se hace el mantenimiento en un campo. Estas necesidades fijan la distancia entre campos próximos. MODULO DE SECCIONADOR Entre los equipos que se incluyeron en la salida, los que ocupan en general el mayor espacio son los seccionadores. Seccionadores de dos columnas, obligan a una distancia entre fases que debe tener en cuenta la posición de abierto en particular (ver figura 9.4.1)

Seccionadores de cuchilla que se mueve en un plano vertical exigen menos espacio entre fases pero requieren espacio superior (en posición abierto). Es conveniente considerar el volumen de guardia definido por el seccionador en sus distintas posiciones.

Los seccionadores de dos columnas pueden adoptar una disposición más compacta, pero los polos no podrán quedar alineados, y se dificulta (o imposibilita) la transmisión mecánica del movimiento entre polos (ver Figura 9.4.2).

PÓRTICO DE SALIDA La línea saliente se amarra a un pórtico, para minimizar costos se requiere contener la altura. Dentro del área de estación, donde puede haber restricciones a la circulación, ésta altura puede ser mínima, pero cuando la línea sale del recinto de la estación, la altura de la línea sobre el suelo debe permitir la libre circulación y dejar la altura libre necesaria. El pórtico se utiliza a veces para sostener la bobina de filtro; capacitor de acople y descargadores se instalan en su proximidad.

Bobina y capacitores, en ciertos casos se instalan en sólo una fase, o solo en dos y muchas veces se debe contemplar la posibilidad de que ésta pueda ser cualquiera. Los cambios de conexión deben preverse sin requerir acciones de envergadura (Figura 9.4.3), a veces es necesario cambiar la fase a la cual el filtro esta conectado.

ZONA DE BARRAS Las barras principales pueden realizarse con cables (flexibles) o con tubos (rígidos). El utilizar un material u otro depende de varios factores y en particular de algunas características de la disposición de barras, más adelante se analiza esta selección. El módulo de barras incluye las barras propiamente dichas y los conductores de derivación, (salida), la conexión entre ambos se realiza interponiendo seccionadores. Barras y conductores de derivación, cuando el diseño es con fases asociadas, deben estar contenidas en planos distintos, ya que se cruzan.

La figura 9.4 muestra un módulo de barras con el seccionador de derivación, de tipo rotativo de tres columnas, con disposición de polos paralelos.

Si se utilizan en esta disposición seccionadores de dos columnas, varían las dimensiones del módulo en planta, ver figura 9.4.1.

La utilización de seccionadores de cuchilla que se mueve en el plano vertical obliga a tener en cuenta la distancia entre cuchilla y barra más próxima mientras la cuchilla se mueve. La figura 9.4 muestra una disposición con las barras altas y las derivaciones por abajo, no se ve ventaja en intentar esta disposición en planta con las derivaciones altas y las barras bajas.

Al contrario se presentan dificultades para proyectar las conexiones de derivación por arriba de las barras, los equipos (seccionadores) instalados a mayor altura son más dificultosos de mantener. Un doble sistema de barras se logra asociando dos módulos como la figura 9.4, disponiendo los seccionadores al centro, la salida se debe hacer en elevación, cruzando por arriba de uno de los juegos de barras. Hemos dicho que barras y derivación se deben disponer en planos distintos, la figura 9.5 muestra la

solución natural de unirlas con seccionadores de tipo pantógrafo (de apertura vertical) en disposición diagonal.

La figura muestra la posibilidad de barras altas y derivaciones bajas, pero es inmediato pensar en la solución con barras bajas, prolongando las líneas punteadas, y derivaciones altas. Más sistemas de barras, dos, tres se realizan disponiendo más módulos el uno al lado del otro como la figura 9.5.

Los seccionadores de tipo pantógrafo exigen la atención del proyectista a fin de mantener bajo control la posición del contacto fijo en las distintas condiciones climáticas (temperatura, vientos) y en distintas situaciones de funcionamiento. Surge aquí en forma natural la conveniencia de que las barras, (aún si altas) sean rígidas; si son flexibles el mantener fija la posición del contacto fijo, es más difícil. La claridad de este diseño es ejemplar, aún con varios juegos de barras. La figura 9.6 permite una solución similar a la de los seccionadores pantógrafo figura 9.5.

Los seccionadores de dos columnas rotativos se han dispuesto en fila india.

También podrían haberse dispuesto en diagonal, como los pantógrafos. Los seccionadores están dispuestos en forma transversal a las barras que sostienen. El mismo ejemplo es válido para seccionadores rotativos de tres columnas. La figura 9.7 muestra como puede conseguirse cierta compactación, y reducción de superficie.

Cuando los seccionadores están alineados, ya en fila india o en disposición con polos paralelos, pueden tener un único comando, y transmisión mecánica entre polos.

Cuando la disposición es la que se observa en figura 9.7 la transmisión mecánica del movimiento de un solo comando a los distintos polos no es (fácilmente) realizable, y se utilizan seccionadores con comandos por polo. Las figura 9.6 y figura 9.7 corresponden a un diseño de barras altas y derivaciones bajas, es fácil imaginar la solución de barras bajas y derivaciones altas. Al asociar dos módulos como las figura 9.6 y figura 9.7 se realiza un sistema de doble juego de barras, también puede ser triple. El esquema de doble juego de barras basado en la figura 9.6 cubre una superficie mayor que para la figura 9.4. Como hemos dicho la salida del doble juego de barras basado en la figura 9.4, requiere un pórtico para elevarse con los conductores de la derivación y salir pasando sobre las barras. La superficie mínima de la figura 9.4 resulta pagada con (tres planos de tensión) una mayor altura, la solución es aceptable si el costo de la superficie es muy elevado en comparación con la obra, y se justifica así el mayor costo de la altura. 9.4 - DIAGRAMACION DE ESTACIONES CON ESQUEMAS DE ACOPLE POR BARRAS (continuacion) Las figura 9.13 y figura 9.14 muestran esquemas de un único juego de barras.

En particular la figura 9.13 (es único juego de barras), las salidas se pueden hacer hacia ambos lados, cada módulo de barras tiene dos salidas. La figura 9.14 muestra un esquema de único juego de barras con barra de transferencia, también en este caso cada módulo de barras tiene dos salidas, obsérvese que hay tres planos de tensión, el de los equipos, inferior, el de las barras, intermedio, y el superior de cruce que lleva la barra de transferencia donde requerido. La figura 9.15 también muestra un esquema de único juego de barras, con barra de transferencia, la barra de transferencia se encuentra a ambos lados, y de esta manera los planos de tensión sólo son dos.

La diagramación de la planta permite controlar el buen diseño de las barras y la posibilidad de resolver las salidas. Con los sistemas de doble juego de barras si se realiza una salida hacia un lado, no puede salirse hacia el otro lado. El buen aprovechamiento de la superficie en el caso de más juegos de barras requiere tener todas las salidas a un sólo lado, o que la línea cruce por arriba de la estación. Para realizar salidas a ambos lados, con un buen aprovechamiento del terreno, se puede disponer una barra en U rodeando a la otra, la impresión aparente que se tiene, es de que se trata de un triple juego de barras. Figura 9.15.1.

Al disponer las barras en U, es importante respetar las secuencias de la barra y de las salidas, aunque pudiera parecer justificado no respetar la secuencia.

El no respetar la secuencia puede generar confusiones y grave riesgo. Todos los módulos también deben ser iguales, la simetría especular puede originar errores, y debe evitarse. Todos los esquemas vistos son con fases asociadas, tanto en las barras, como en las salidas. Si se realizan las barras en fases separadas, y las salidas en fases asociadas se puede lograr un excelente aprovechamiento (90 %) de la superficie para un diseño de doble juego de barras, con salidas a ambos lados. Esta solución se observa en la figura 9.16, la limpieza de la instalación entusiasma, sin embargo esquemas de este tipo, distintos a los habituales (o intuitivos) exigen un notable esfuerzo de educación del personal que opera en estas instalaciones.

El adoptar esquemas especiales exige que la adopción se extienda a todas las instalaciones de un sistema, de manera que no se presenten confusiones al pasar de una instalación a otra. El tipo de seccionadores adoptados influye en modo importante (y esencial) en la arquitectura del sistema de barras y de la estación.

9.5 - DIAGRAMACION DE ESTACIONES DE INTERRUPTOR Y MEDIO POR SALIDA La figura 9.17 muestra la composición modular del esquema de interruptor y medio.

La solución propuesta es con tres planos de tensión.

Cada módulo puede realizarse con aparatos que tienen distinta forma constructiva, y en consecuencia se observan detalles característicos. En la figura son admisibles los módulos de barras con seccionadores de tipo pantógrafo. El diseño puede realizarse con tres pórticos en lugar de cuatro, el aumento de vano implica mayor tiro, más esfuerzo en las torres, que debe ser compensado por la menor cantidad de pórticos. La particularidad que puede observarse es que las barras están separadas por los equipos, y el diseño resulta con tres niveles de tensión. El desarrollo de un diseño con las barras próximas y los equipos afuera permite solo tener dos niveles de tensión, equipos y barras. La figura 9.18 muestra esta posibilidad de resolver el diseño, la particularidad es que una conexión entre dos interruptores es muy larga.

También se aprecian dos cortos tramos de barras, de las que salen las líneas de derivación. La figura 9.19 propone una solución con barras en fases asociadas, y las salidas en fases mixtas, el diseño es más limpio que la figura 9.18, pero a los fines del mantenimiento el diseño no es claro, puede ser confuso.

Se proponen dos plantas en la figura 9.19, en la segunda dos polos del mismo interruptor se encuentran próximos.

9.6 - DIAGRAMACION DE OTROS DISEÑOS Un excelente diseño de estación en anillo con seis salidas se logra con dos campos como el de la figura 9.17 así se tienen cuatro salidas, las barras permiten conectar dos salidas más. La altura de las salidas puede contenerse realizando el diseño con sólo dos niveles de tensión, como muestra la figura 9.20.

Las figura 9.21,0 y figura 9.21 muestran dos posibles esquemas de doble juego de barras con dos interruptores.

En muchos diagramas aparecen algunos campos especiales, que no son de resolución inmediata, a veces exigen ocupar más de un campo o agregar un plano más de tensión en altura. Cuando se desean dividir las barras con seccionadores o interruptores también deben resolverse las dificultades de este módulo especial.

9.7 - DIMENSIONES DE EQUIPOS Al encarar el proyecto a veces el equipamiento esta definido, pero es bueno controlar que puedan utilizarse equipos de mas de un fabricante.

Por esto es conveniente un rápido estudio de dimensiones típicas cuyo objetivo es definir cuerpos envolventes. La normalización avanzada en algunos piases ha obligado a sus fabricantes a forzar soluciones esquematizadas y de dimensiones definidas, en particular en los vínculos del equipamiento con la instalación, concretamente en las bases, y los bornes de potencia. . Aspectos en la disposición de equipos . Ventajas y aplicaciones de la normalización . Aspectos en la documentación . Modularidad en la documentación (no repetición de información) . Ventajas en la operación y en la evolución . Ampliaciones, ingeniería resuelta . Tipificacion de esquemas

10 - LA SEGURIDAD Y LA INTERFERENCIA 10.1 - RED DE TIERRA Esta obra tiene por objeto definir una superficie equipotencial en el suelo de la estación. La razón por la que se construye la red de tierra es seguridad, se estudia el campo eléctrico y la corriente en el suelo, se analiza la distribución de corriente, las tensiones inducidas. Se busca la forma natural de la red, son necesarios datos del terreno, y el valor de la corriente a drenar; se dispone de fórmulas simplificadas de evaluación, y modelos complejos de verificación, modelos físicos (cuba electrolítica), y modelos matemáticos.

La red debe cubrir un área cuyo perímetro debe tener forma de polígono convexo, formas rebuscadas de la red de tierra deben ser evitadas, su forma debe ser sencilla. Se realiza con cables enterrados a 0.5-1.0 m de profundidad, formando una cuadrícula de cierto mallado según las dos direcciones principales. Los cables de la red de tierra deben ser tendidos para facilitar la conexión a tierra de todos los soportes, se buscan recorridos rectos que no choquen con las fundaciones. En el proyecto primero se buscan los recorridos naturales, de manera de facilitar la realización de las conexiones a la red de tierra que se esta gestando, y luego se aumenta el mallado en lo necesario y suficiente. La red de tierra se rodea con un cable, que fija la forma del perímetro, y de alguna manera genera una línea equipotencial perimetral de la estación. Deben evitarse las puntas, la forma del perímetro debe ser redondeada, y ser suficientemente exterior a todos los puntos que deban ser puestos a tierra. Con la forma se busca de que el potencial varíe con suavidad, por eso deben evitarse formas con puntas, o derivaciones que salgan del perímetro. La resistencia de la tierra, y los potenciales de paso y contacto se evalúan en primera aproximación con fórmulas muy simples, y luego si se justifica se repite el trabajo con modelos mas y mas complejos, llegándose a mediciones cuando la obra está en fase final de construcción. Cada punto que debe conectarse a la red de tierra se puede unir a una o dos ramas, en el segundo caso tratando de conectarse a ramas distintas de la red.

Los cables de puesta a tierra deben conducir distintas corrientes de falla, todos pueden estar llamados a conducir la corriente de falla monofásica (o bifásica) a tierra (corriente que se drena al suelo). Además los cables que unen polos de distintos equipos pueden conducir corrientes de falla bifásica o trifásica. La corriente se ramifica desde el punto de inyección en la red , se acepta que en un nodo donde se inician dos caminos la repartición puede ser 60% y 40%, constructivamente es difícil lograr que en el punto de inyección concurran mas ramas dispersoras. En la base de ciertos equipos en los que se producen descargas de tipo impulsivo, como descargadores, transformadores de corriente (que se presentan como capacitores a la descarga de sobretensiones) y de tensión (eventualmente

capacitivos),

capacitores,

transformadores

de

potencia

(también puntos de descarga de sobretensiones), es necesario que la red tenga mayor densidad. En estos puntos las sobretensiones (de alta frecuencia) al descargarse a tierra solo ven una pequeña parte de la red total. Para mejorar localmente la red de tierra también se instalan algunas jabalinas, que prácticamente no influyen cuando se estudia el comportamiento de la red a frecuencia industrial, pero que mejoran el comportamiento de la parte de red que es afectada por descargas de alta frecuencia. MEDICIONES PREVIAS Es necesario el conocimiento del suelo en distintos puntos, y a distintas profundidades, normalmente los estudios de suelo para fundar incluyen la medición de resistividad del suelo.

Los valores de resistividad del suelo realizando mediciones superficiales, y cierto conocimiento geológico permiten obtener una imagen del suelo (resistividad media, dispersión, variación en profundidad, etc.). VERIFICACIONES DURANTE LA CONSTRUCCIÓN A medida que se construye la red de tierra, se hacen partes, y es posible medir su resistencia y verificar los cálculos. Lógicamente este trabajo es de cierto grado de dificultad, es necesario calcular las partes de red de acuerdo a lo que se mide. VERIFICACIONES AL FIN DE LA CONSTRUCCIÓN Una vez construida la red es posible medir su resistencia total, aunque esta medición no es inmediata. También se pueden medir potenciales en zonas críticas, generalmente seleccionadas por los cálculos previos, o por singularidades que se notan en el proyecto. VERIFICACIONES DURANTE LA VIDA La red de tierra es una obra que está oculta, no es visible. Se debe verificar que se conserva, mantiene su integridad, la solución es desenterrar y mirar, observar. Si hay partes desconectables, es posible medir y comparar medidas, pero es necesario disponer de valores que efectivamente puedan ser comparados. CONDICIONES DE SEGURIDAD FRENTE A TENSIONES DE CONTACTO. Al realizarse una red de tierra, se determinan sus características de diseño desde el punto de vista de seguridad. Los valores controlados son en particular las tensiones de paso y de contacto.

La magnitud de estas tensiones debe quedar contenida dentro de los límites de seguridad. Cuando un operador realiza la maniobra de un equipo, si se produce una falla el operador quedará sometido a la tensión de contacto Vc, a la que se debe agregar la tensión entre los dos extremos de la conexión de puesta a tierra Vx, como indica la figura 10.1-A.

El potencial de contacto aparece entre cualquier otro punto de los soportes o partes metálicas de la estación, y el suelo, entonces cualquier otro operador puede estar sometido a la tensión de contacto aunque sin ser el que dio origen a la falla. Se considera que el operador que da origen a la falla esta sometido a un mayor riesgo que otros operadores, para los cuales es poco probable que estén en contacto en el momento de la falla. Para el operador que da origen a la falla existe la certeza de que está sometido a la tensión total de contacto. En consecuencia cuando el potencial de contacto, aun siendo limitado, puede ser sentido por el operador, se buscan condiciones de mayor seguridad.

Si el potencial de contacto es extremadamente bajo, las precauciones adicionales pueden no parecer justificadas. En la revista ELECTRA N- 19 fue sometido a la consideración pública un trabajo titulado: "la incidencia de las reglas de seguridad en la construcción de las estaciones". En dicho artículo se tratan entre otros en particular los temas de puesta a tierra, y maniobra de los aparatos de alta tensión. La posibilidad de que ocurra una falla, y de que el operador esté sometido a un cierto riesgo es particularmente importante en caso de comando manual local. El artículo propone las soluciones posibles que garantizan que entre el comando y el suelo no pueda establecerse corriente a través del cuerpo del operador, o que el potencial aplicado sobre el operador sea mínimo. Se proponen dos soluciones posibles: - Una reja metálica ligada por una parte a la red general de tierra, y por otra parte al comando del aparato. La figura 10.1.B muestra la reja al pie del operador, y la figura 10.1.C muestra el esquema equivalente eléctrico de esta solución.

- la reja se encuentra conectada al comando del aparato a través del conductor de tierra. - Por otra parte la reja se encuentra conectada a tierra a través de una resistencia no bien definida, que puede ser elevada. - Si se supone que toda la corriente If circula por Zc entre el punto de contacto y la reja se presenta la tensión Zc * If. - El cable Zc se dimensiona para conducir la corriente de falla, su longitud es de un par de metros, su impedancia puede ser 0.1 a 0.2 ohm/km. * 2 m = 0.2 a 0.4 milliohm. - con una corriente de falla de 15 a 20 kA se tiene una tensión entre los extremos del cable de Vx = 4 a 8 Volt. - La reja se encuentra apoyada sobre el suelo y parte de la corriente If pasará de la reja al suelo, dependiendo de la resistencia de contacto de la reja. - De todos modos la tensión de contacto aplicada al operador queda contenida dentro del valor de Vx fijado. La figura 10.2 muestra la otra posible solución.

- la reja se encuentra aislada, y el operador sobre ella no se encuentra sometido a tensión alguna. La comparación de las dos figuras, y la suposición de contingencias muestra ventajas y posibles inconvenientes. En la figura 10.1.C pueden suponerse varias posibles fallas:

- Si el cable que conecta la reja a tierra se interrumpe, esta situación se muestra en la figura 10.3 donde se establece un camino de corriente a través del operador, en serie con la resistencia de puesta a tierra que presenta la reja.

- Se observa que es favorable un valor elevado de resistencia de tierra. - Si el cable que se interrumpe es el de bajada figura 10.4 aumentará la tensión porque la impedancia de tierra del soporte es mayor que la del cable. - Las fallas de figura 10.3 y figura 10.4 son prácticamente imposibles ya que el estado de las conexiones es siempre visible, en consecuencia no puede darse una degradación que llegue a la interrupción, periódicas inspecciones permiten garantizar la seguridad. - Si el cable que se encuentra enterrado se interrumpiera figura 10.5 la corriente de falla se verá forzada a pasar a través de Zc, la reja y su puesta a tierra, pero en este caso el operador sigue sometido a la misma tensión de contacto que se tenía con la conexión integra.

- Señalemos que la degradación debe ser tal que se interrumpan los dos cables. En la figura 10.2 pueden suponerse las siguientes fallas:

- Corte del conductor entre la base conductora de apoyo de los aisladores que sostienen la reja y el punto de contacto figura 10.6, esta situación no trae consecuencias. - Pérdida de aislación de los aisladores en los que la reja está apoyada, esta situación puede ocurrir fácilmente, a causa de la suciedad, pasto crecido, acumulación de agua, etc. Esta situación lleva a que la reja tenga respecto del comando un potencial que coincide en el caso límite con el de la figura 10.1, ver figura 10.7.

La interrupción del cable enterrado figura 10.8 es análoga a la presentada en figura 10.5, pero con resistencia infinita entre reja y suelo (si los aisladores están limpios). De lo indicado parecería que la solución de figura 10.2 es mas segura, sin embargo la solución de figura 10.1.B permite apoyar la reja sobre dos soportes de hormigón, prácticamente sobre el suelo. La altura del eventual escalón que aparece es de 10 - 15 cm, valor razonable. Al tratar de realizar la solución de figura 10.2 los aisladores fijan mayor altura. El escalón por razones obvias no puede pasar de los 10 - 15 cm, dependiendo de los aisladores utilizados puede ser necesario realizar en el suelo una "pileta", que se convertirá en receptáculo de agua, suciedad, y ayudará a degradar la aislación de los aisladores. Se considera entonces que la solución de figura 10.2 puede sufrir procesos de degradación, y no ofrece particulares ventajas frente a la propuesta de figura 10.1.B.

10.2 - PROTECCIÓN CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRECTAS FUNCIÓN La estación eléctrica es una obra de superficie relativamente pequeña, y en consecuencia el riesgo de que sea alcanzada por una descarga atmosférica también es pequeño en relación con una línea. La línea puede considerarse como una obra de gran superficie, ya que su longitud es importante aunque su "ancho" sea pequeño.

EL NIVEL ISOCERAUNICO Se llama con este nombre la cantidad de tormentas eléctricas (en las que se escuchan truenos) que hay en un año. El número de tormentas eléctricas tiene indudable relación con el número de descargas que ocurren por unidad de superficie y unidad de tiempo. Es mas representativo el número de descargas eléctricas por unidad de superficie (km. cuadrado) y por año, que mide la probabilidad que tiene un punto del terreno de ser alcanzado por una descarga atmosférica. EJEMPLO

En la zona de Buenos Aires las mediciones realizadas durante algunos años arrojaron un resultado de 5 descargas / km2 año. En consecuencia una obra de 200 x 100 m tiene una probabilidad de ser alcanzada de 0.02 * 5 = 1 descarga / 10 años. ACLARACIÓN En rigor la estación eléctrica es una obra que sobresale del suelo y en consecuencia debe considerarse que la probabilidad de ser alcanzada por una descarga aumenta por esta razón. Es fácil estimar el aumento de área que corresponde considerar por este motivo, tratando de aumentar la superficie del suelo considerado incluyendo en él la parte de suelo apantallada por la construcción, utilizando algún criterio de ángulo de protección o similar.

BLINDAJE Se debe evitar que la descarga directa alcance partes en tensión, que solicitarían la aislación en modo no admisible. En consecuencia se trata de proteger las partes en tensión creando a su alrededor una "jaula" realizada con: - cables de guarda. - pararrayos de punta. Los criterios de ubicación de los cables de guarda son similares a los que se utilizan para líneas aéreas. UBICACIÓN DEL CABLE DE GUARDA

Un criterio simple, que se utiliza para ubicar el cable de guarda en las líneas, es suponer que el mismo define un diedro de protección de cierta abertura angular. Un solo cable protege 30 grados a ambos lados de la vertical, sin embargo se observa que este criterio no garantiza buena protección en ciertos diseños. Un criterio bastante difundido es el propuesto por Langher, se basa en trazar círculos que pasan por el (o los) cables de guarda y definen áreas protegidas (ver figura 10.1g)

Este criterio es útil para definir la posición de los cables de guarda sobre los conductores que se deben proteger, y los restantes equipos de la estación (ver figura 10.2g).

COMENTARIO En rigor puede observarse que no hay una protección absoluta contra descargas atmosféricas, es una cuestión de probabilidades. Un criterio propuesto por Wagner (AIEE Transactions 61, Shelding Substations) fija curvas que definen zonas de protección con probabilidad de exposición de 0.1 %, (ver figura 10.3g Westinghouse Reference Book fig. 35).

Estas propuestas cubren el espacio entre dos cables de guarda, el espacio bajo un solo cable de guarda, el espacio bajo un pararrayos de puntas. Además se dan reglas para construir el área protegida bajo varios pararrayos de puntas (dos, tres, cuatro ver figura 10.4g).

PARARRAYOS DE PUNTAS Ya se ha indicado como puede determinarse el área protegida (probabilidad 99.9 %) por un pararrayos de puntas. Se puede desarrollar un mismo proyecto con cables de guarda o con pararrayos de puntas. Algunos proyectistas consideran que el cable de guarda tiene una elevada probabilidad de producir una falla al romperse (imaginemos que cae sobre las barras en tensión), y en consecuencia consideran aceptable disminuir ligeramente el blindaje, y evitar la probabilidad de falla por corte del cable de guarda. Basados en estas consideraciones se prefiere proteger parte de la estación con pararrayos de puntas.

MODELOS ELECTROGEOMETRICOS Y TÉCNICA DE MONTECARLO Una vez definidas las ubicaciones de cables de guarda, pararrayos de puntas, elementos (cables y equipos) a proteger, se puede poner a prueba el blindaje diseñado. Los modelos electrogeométricos y la técnica de Montecarlo basados en la bibliografía relacionan: - distribuciones estadísticas de rayos (intensidad, dirección, ubicación). - representación tridimensional de la estación. - propagación en modo escalonado (distancia de salto, función de la corriente, de su distribución, y de la distribución de ángulos). - estadística de puntos alcanzados. Esta tarea, representa en alguna forma, el "ensayo" del diseño propuesto con métodos simples. La conclusión que puede lograrse con este "ensayo" es la eventual conveniencia de reubicar algunos dispositivos de protección modificando el diseño, o quitar otros dispositivos y controlar cuanto se desmejora la protección, justificando así o no la protección lograda. El modelo electrogeométrico, se basa en determinar el lugar geométrico de los puntos equidistantes del elemento protector y protegido, y los puntos equidistantes del elemento protector y la tierra. El rayo avanza a saltos cuya longitud esta ligada al valor de la corriente, y se orienta al azar, salvo que a distancia muy próxima se encuentre un punto donde descargarse. Con el modelo electrogeométrico queda definida una zona en la cual si el rayo penetra, es probable que alcance el elemento protegido, pero solo podrá

penetrar a ella si su corriente no supera cierto valor (es decir si la longitud de su salto no es muy grande).

10.3 - DESCARGAS ATMOSFERICAS CONDUCIDAS - ARCO INVERSO Cuando un rayo impacta en el cable de guardia o en una torre de una línea, el cable de guarda asume un potencial elevado pudiendo considerarse que los conductores se encuentran conectados a tierra, las cadenas de aisladores pueden no soportar esta tensión y se produce una descarga que se conoce con este nombre (contorneo inverso - pensando que es una descarga que va en sentido contrario a lo que se consideraría normal). La descarga atmosférica alcanza entonces la estación conducida por los cables de la línea, y para proteger de los efectos de ésta, o de descargas que impacten directamente los conductores cuando falla el blindaje se instalan los descargadores.

LOCALIZACIÓN DE DESCARGADORES A través de los conductores de la línea pueden llegar sobretensiones que en los puntos de discontinuidad se reflejan en parte. La onda de sobretensión avanza por la línea a 300000 km./s, o sea 300 m/microsegundo, tratándose de una onda de 1 microsegundo de frente este es de 300 m, y si 50 microsegundos corresponden al 50% de la amplitud se trata de 15 km. La amplitud de la sobretensión esta fijada por la tensión soportada por los aisladores de la línea, y el efecto corona que presenta el conductor sometido a alta tensión.

Para las aislaciones en aire, se admite la falla de la aislación, esta se autoregenera, el criterio de protección es probabilístico. En cambio en las aislaciones sólidas, los transformadores por ejemplo, no puede admitirse una falla, el criterio es determinístico. La línea entrante, puede no tener descargadores, o solo tener cuernos, mientras que el transformador siempre tendrá en su proximidad un descargador.

10.4 - CANALES DE CABLES Y CABLEADO El edificio (de comando) contiene los equipos de comando y control, medición y protecciones, servicios auxiliares, y de allí salen los cables que llevan y traen de la playa (campo) las distintas funciones. Se deben realizar canalizaciones que van desde las bases de los distintos equipos de campo al edificio. El tamaño de estas canalizaciones va en aumento a medida que nos acercamos al edificio, la estructura topológica de estas canalizaciones es arborescente. En grandes instalaciones se llega a construir un túnel de cables, aunque si se estudia adecuadamente la solución económica es realizar varios canales amplios pero superficiales. Frecuentemente se realizan canales de hormigón con tapas también de hormigón, quizás prefabricadas, y en ellos se tienden los cables. Otros prefieren tender caños, y por ellos tender los cables, esto frecuentemente se hace para los tramos de canalización próximos a los equipos, cuando la cantidad de cables no es muy grande.

Si se adopta el tendido en caños en las zonas de alta concentración de cables es necesario prever cámaras (pozos) de tiro con amplitud suficiente para el trabajo, y la solución pierde conveniencia económica. Un problema que requiere cuidadoso análisis de la solución es el cruce de calles, o caminos de circulación para mantenimiento, el canal con tapas fácilmente se rompería. Lógicamente como la función de los canales es recibir el tendido de cables, el criterio con que se los adopta está estrictamente ligado a el criterio de cableado. La red de cables tiene estructura arborescente, se la puede realizar con distintos conceptos. Los cables de los equipos pueden ir directamente a la sala de comando, a veces se realizan en el campo armarios concentradores (marshaling kiosk) en los cuales se reúnen los cables de los equipos de playa, también en estos armarios se pueden instalar algunos relés auxiliares. De los concentradores, cables con muchos conductores llevan las señales al edificio de comando. Puede ser conveniente en el edificio realizar otro armario concentrador de bornes, donde llegan todos los cables de playa, y de él se llega a todos los tableros del edificio que realizan las distintas funciones. En algunas instalaciones, en particular cuando las distancias son muy grandes, en el campo se realizan edificios (los kioscos de relés) en los que se instalan los equipos de protección, y entonces la comunicación entre kioscos y edificio se puede hacer con los conceptos de telecomando, transmitiendo señales por

cables telefónicos (menos costosos), quizás se pueda ya pensar en transmisión por fibras ópticas, ahorrando gran cantidad de cables.

COMPATIBILIDAD ELECTROMAGNÉTICA Los cables en los canales están sometidos a una gran interferencia electromagnética, ésta debe poderse evaluar a fin de conocer el posible comportamiento y descartar las soluciones que implican funcionamientos anormales, o soluciones que obligan a enormes costos inútiles. En los canales, los cables de tierra se tienden para lograr cierto apantallamiento, además los cables mismos pueden ser simples, o quizás sean necesarios apantallados, con pantalla simple o dobles pantallas. Lógicamente según la función del cable (potencia, señal) es necesario mejor apantallamiento, ligado a la relación señal ruido. En la estación conviven tres circuitos de distintas funciones y distinta potencia, en particular: - circuitos de potencia, de alta, o altísima tensión, en el que además se presentan corrientes elevadas. - circuitos de medición, que en los transformadores de medición tienen una proximidad física muy grande con la alta tensión, y además recorren la playa. - circuitos auxiliares de corriente continua y alterna, que recorren la playa. Los circuitos de menor potencia están sometidos a perturbaciones que se originan por acción de los de mayor potencia y tensión.

Las perturbaciones se presentan por acoplamiento entre un conductor, sede de un transitorio (generador de perturbación) y conductores conectados a equipos eléctricos sensibles. Se puede presentar acoplamiento capacitivo, que resulta proporcional al campo eléctrico, a la tensión (transitoria máxima a tierra), pueden llegar a algunos kV. Acoplamiento inductivo, particularmente por paralelismo importante entre conductor inductor y conductores sensibles, se nota en fenómenos con elevadas corrientes, o fenómenos de frecuencias muy elevadas (maniobras de circuitos capacitivos). Acoplamiento resistivo, en el elemento común de resistencia, generalmente cables de puesta a tierra. Las perturbaciones implican tensiones en modo común, donde el disturbio esta representado por una elevación de tensión de todos los conductores afectados, que pueden crear problemas de aislación o de seguridad (por la tensión elevada), tensiones diferenciales, presentándose diferencia de tensión entre conductores afectados y que afectan el funcionamiento de equipos. Los fenómenos aparecen como una excitación mas frecuencias propias del circuito afectado, las principales influencias son en general atribuibles a reductores de medida y transformadores de potencia, se transmite una parte de la alta frecuencia del primario. El control de estos efectos exige: - reducir niveles de sobretensiones inducidas - reducir valores de intensidad. y frecuencia inductora - reducir caídas de tensión en circuitos de tierra - disminuir la influencia con pantallas electrostáticas

Las medidas prácticas son: - buena puesta a tierra, la puesta a tierra debe estar mejorada localmente cerca de los reductores de medición, en los transformadores de potencia (si hay protección de cuba, el cable de conexión a tierra debe ser corto). - apantallamiento, la primera norma es que la red de puesta a tierra acompañe los cables, aumentando la capacitancia a tierra, y reduciendo la inductancia mutua con el inductor. - canalizaciones metálicas enterradas, conectadas a la red de tierra producen buen blindaje, pero por otras razones en las estaciones frecuentemente se prefieren canales abiertos. - se hacen necesarios cables blindados, blindaje sistemático, puesto a tierra. El blindaje de resistividad nula (homogénea) elimina el campo eléctrico interno. La mutua inductancia es igual para pantalla y conductores interiores, no hay perturbaciones diferenciales, con corriente en la pantalla no se presenta campo magnético interno. Las distancias de reductores a transformadores deben ser pequeñas para que no se presenten influencias por diferencias de tensión de propagación. Los circuitos secundarios de los reductores deben estar a tierra por seguridad, y esta conexión debe hacerse en la proximidad del reductor. . Red de tierra - criterios - verificaciones . Cableado - criterios . Duplicación de sistemas

11 - SISTEMA DE COMANDO Y PROTECCIÓN 11.1 - CARACTERÍSTICAS FUNCIONALES

Este sistema debe integrar varias funciones, y permitir o facilitar las acciones del operador en condiciones normales y sobre todo en emergencias, donde el tiempo y la seguridad de la acción son esenciales para el mejor funcionamiento del sistema. Se deben resolver: - maniobras locales y remotas - actuación de protecciones - seguridad y enclavamientos - claridad del esquema, facilidad de comprensión - integración con comunicación, supervisión y telecomando - economía

NOTA PARTICULAR El sistema de comando y protección depende mucho del sistema eléctrico, por lo que la descripción debe hacer referencia a casos particulares, en nuestro caso una estación eléctrica de 132 kV, con las siguientes tensiones auxiliares de corriente continua: 48 Vcc para comando señalización y alarmas. 110 o 220 Vcc para protecciones, y accionamientos de equipos de maniobra.

DEFINICIONES - DESPACHO Lugar desde donde se envían a la estación ordenes de telecomando y en cual se recibe la información transmitida desde la estación a través del telecontrol.

11.2 - EDIFICIO DE CONTROL (SALA DE CONTROL)

Lugar de la estación donde se encuentra la sala de control propiamente dicha, y en el que se alojan además equipos tales como: - paneles de protección. - tableros de relés auxiliares y relés repetidores. - paneles de medidores de energía. - paneles de convertidores de medida. - tablero de distribución de servicios auxiliares de corriente alterna y corriente continua. - salas de baterías - panel de sincronización automática. - tablero de regulador automático de tensión. - panel de borneras, repartidores de cables. - registrador cronológico de eventos, osciloperturbógrafos. - localizadores de fallas.

SISTEMA DE CONTROL Tablero mímico, puede ser de tipo mosaico, desde el que se hace el control total de la estación. La figura 11.1 muestra las relaciones cableadas entre los distintos elementos del sistema. También se puede pensar en una pantalla de computadora en la cual aparece el esquema, y sobre la cual se opera.

REGISTRADOR CRONOLÓGICO DE EVENTOS Equipo que registra con objetivo de protocolización los sucesos que ocurren y que le son transmitidos, señalizaciones, alarmas, cambios de posición originados en los distintos equipos de la estación.

El osciloperturbógrafo registra tensiones y corrientes, de fases y residuales (secuencia cero), para una dada actuación de un relé, o una dada condición, desde antes de que se presente la falla hasta cierto tiempo después.

CONVERTIDORES DE MEDIDA Convierten magnitudes disponibles, corriente, tensión, frecuencia, ángulo, en señales de corriente continua independientes de la carga y proporcionales al rango de medición. Las señales son utilizadas por los instrumentos indicadores. También pueden convertirse las magnitudes físicas disponibles a magnitudes numéricas (digitales).

RELES REPETIDORES Auxiliares utilizados para repetir posición de contactos auxiliares de los equipos de maniobra, o convertir señales de una tensión a otra. COMANDO Orden voluntaria o automática programada para la ejecución de una maniobra. El comando se puede ejecutar "local", mando eléctrico ejecutado al pie del equipo. O bien "remoto, o desde la sala" ejecutado desde el tablero de comando de la estación. La ubicación del conmutador del comando local remoto es al pie del equipo asociado. De esta manera se evita durante el comando local, que corresponde al mantenimiento, mientras existe presencia de personal al pie del equipo, la

operación involuntaria o errónea desde la sala de control o desde el despacho por telecomando. CONMUTADOR LOCAL REMOTO (L-R) Este conmutador de dos posiciones instalado en equipos de playa permite seleccionar el modo de mando de los mismos. En posición LOCAL (L) inhibe el accionamiento remoto, en general sólo se utiliza en esta forma para mantenimiento. En posición REMOTO (R) admite que el equipo sea operado a distancia, ya sea de la sala de comando o de donde desde allí se autorice (telecomando). Este conmutador también puede existir en la sala de comando allí en posición LOCAL se interpretara que el comando se hace desde la sala, mientras que en posición REMOTO se transfiere al telecomando la responsabilidad de comandar.

SEÑALIZACIÓN Son indicaciones iniciadas en contactos auxiliares de equipos, y/o relés auxiliares repetidores que identifican un estado o confirman un cambio de posición o maniobra. Por ejemplo posición de interruptores y seccionadores, posición del regulador bajo carga, etc. Pueden ser impulsivos pero en general son de tipo permanente.

ALARMAS Indicadores "si no" iniciados en contactos auxiliares de relés y dispositivos de protección que identifican la aparición de una falla o perturbación.

Pueden ser de tipo impulsivo o permanente, con o sin memorización de la situación.

11.3 - MEDICIONES - MEDICIONES DIRECTAS Realizadas mediante aparatos conectados en forma directa a los secundarios de los transformadores de medida. MEDICIONES ANALÓGICAS Las magnitudes de corriente, tensión, potencia, frecuencia, se han previamente convertido con un convertidor. MEDICIONES POR ACUMULACIÓN DE SEÑALES Periódicamente se miden ciertas magnitudes eléctricas, por ejemplo energía activa, que se obtienen de magnitudes que generan señales impulsivas, que se acumulan durante cierto tiempo e integran un resultado a intervalos prefijados. El valor de medición obtenido de esta manera se interpreta como una magnitud promedio en cierto lapso, o una integral de la magnitud.

11.4 - DOCUMENTACIÓN La necesidad de explicar el funcionamiento de estos sistemas con suficiente claridad y velocidad, obliga a esmerar las características de comprensión de la documentación que se muestra asociada a estos sistemas. DIAGRAMAS DE BLOQUES La idea de conjunto del sistema se representa mediante diagramas de bloques, que ponen en evidencia las funciones de las partes y el flujo de información entre ellas.

ESQUEMAS FUNCIONALES Visto en forma de diagrama de bloques el principio de control entonces se avanza en su funcionamiento y comprensión mediante el esquema funcional. Repasemos algunos conceptos básicos. DEFINICIONES El esquema funcional (de acuerdo a distintas normas) se basa en la representación sucesiva de circuitos en orden, en lo posible, en el cual intervienen en la secuencia normal de maniobras. Se dividen entonces máquinas y aparatos en sus elementos (componentes) constitutivos. El esquema funcional muestra entonces circuitos en los cuales se lee a través de la posición de distintos contactos como se generan ordenes de control, y sus consecuencias. La representación dividida en fajas debe ser de lectura natural, ayudando a quien la analiza a una rápida ubicación. Para los circuitos de potencia, el esquema funcional no se utiliza, aun cuando se habla de un esquema funcional completo se alude a un esquema en el que los circuitos de potencia se representan en forma ordinaria, ya sea trifilar, o unifilar. Análogamente ocurre con los circuitos de medición cuya representación trifilar o tetrafilar por mas que se la dibuje en forma clara, organizada en fajas, no es un diagrama funcional. En los esquemas funcionales los contactos de los equipos se representan en la posición normal, por ejemplo un contacto de presión del aire comprimido se

dibujará en la posición que corresponde al estado de presión normal, por lo que los contactos de alarma de baja o alta presión no estarán activados. Los contactos que dependen de bobinas eléctricas se consideran en posición normal cuando se ha interrumpido la alimentación de tensión, y los contactos de los aparatos de dos posiciones se representan para la posición del aparato abierto (interruptor o seccionador abierto). Frecuentemente es bueno que algunas notas explicativas aclaren en el funcional el estado en que se observan los contactos de los elementos.

PRINCIPIOS Y CONCEPTOS Los sistemas comandados por relés son típico ejemplo de sistemas de control discontinuo (marcha parada, adentro afuera). Los símbolos con que se dibujan los diagramas dependen de las normas que se utilizan, éstas son distintas y entonces es necesario no mezclar símbolos a fin de no afectar la posibilidad de comprender la documentación que se elabora. La normalización internacional ha avanzado mucho en unificar los símbolos a fin de que el "idioma simbólico" sea único, también ha avanzado en simplificar los símbolos para que el trabajo de dibujo sea menor, que sea más fácil utilizar los medios de dibujo automático (sistemas de dibujo ayudado por computadora). Los distintos elementos se individualizan con un nombre sintético que explica la función, un grupo de números, o letras o combinaciones. Las normas también se han ocupado de esto, y de su aplicación también se facilita el trabajo y comprensión.

Los sistemas automáticos deben esquematizarse a fin de poder estudiar su funcionamiento. Cuando se trata de sistemas con relés la esquematización que da el mejor resultado es el esquema funcional. En los esquemas topográficos se respeta la ubicación relativa de aparatos, los bornes se unen con líneas. Tienen el inconveniente que aún los circuitos muy sencillos son difíciles de comprender inmediatamente en su funcionamiento por la gran cantidad de interconexiones. Sin embargo como el esquema topográfico es una imagen muy próxima a la realidad (al menos circuito y constructiva) es muy utilizado tradicionalmente en el desarrollo de documentación de sistemas eléctricos de comando. En los esquemas funcionales se separan los componentes de cada aparato, contactos, bobinas, etc. y se asocian por funciones tratando de simplificar al máximo el esquema (darle apariencia de sencillez, evitando en particular líneas de conexión largas y tortuosas). El esquema se dibuja entre dos barras que representan la fuente de alimentación, y los distintos circuitos que parten de una y llegan a la otra incluyendo todos los elementos se representan sobre una línea con símbolos y siglas que los individualizan. La línea de unión entre los símbolos representa los conductores que completan la continuidad eléctrica del circuito. En la diagramación se hace mucho esfuerzo para que el funcional pueda ser leído de corrido, y para esto se establece un orden de las funciones que en general coincide con la sucesión en el tiempo de los eventos de control.

Los criterios de diseño deben ser tan flexibles como necesario en función de la simplicidad y de que no sea necesario anticiparse en la lectura del mismo saltando partes. La apariencia final de los esquemas así representados ha hecho que algunos los llamen diagramas "escalera". Las funciones resueltas en el esquema se clasifican con cierto orden, que debe verse reflejado en el diagrama: - funciones comunes - alimentación de circuitos - señalización, ordenes (comando), medición - protecciones - automatismos - desacople - relación con otros circuitos

BORNES Y CONDUCTORES Frecuentemente el esquema funcional se completa indicando en el bornes, e individualizando estos y los conductores con sus nombres. Puede ser conveniente que la numeración de conductores sea fijada por el funcional y en este caso el se convierte en la llave de los circuitos del sistema. Información complementaria es entonces el esquema de borneras e interconexiones.

LOS CIRCUITOS

Cuando la noción de tiempo no interviene los circuitos se denominan de combinación pura, del examen de los mismos surge la situación del sistema. En cambio cuando la noción de tiempo debe ser tenida en cuenta el circuito se llama secuencial, interviene el orden en que los acontecimientos se han desarrollado. Un relé que tiene un contacto auxiliar en paralelo con alguno de los restantes contactos que lo comandan, y puede quedar autoalimentado es un circuito secuencial ya que en este caso interviene el tiempo porque el relé tiene memoria del estado por el que ha pasado. La función de los elementos lógicos de un circuito es decidir. No debe perderse en ningún momento el sentido de lo que debe realizarse al proyectar un circuito de uso industrial. Se deberá tener en cuenta que sucede en casos de fallas, en caso de interrupción de la alimentación, en caso de que no se respeten las condiciones iniciales u otras condiciones. Al proyectarse un circuito debe buscarse la solución optima, pero lo óptimo es difícilmente definible. No siempre la solución con menor número de contactos es la optima, menos contactos en los relés pueden exigir pulsadores o circuitos con mas contactos, menos contactos en juego pueden exigir mas cableados e interconexiones. Como puede apreciarse es dificultoso definir la mejor solución, puesto que puede serlo en un caso y no en otro. Es conveniente por ejemplo que los fines de carrera (de interruptores, seccionadores, etc.) y los pulsadores no tengan mas de un juego de contactos, ya que es difícil asegurar la simultaneidad de los contactos de estos elementos, y en consecuencia con varios contactos se tendrían situaciones transitorias incomprensibles.

Se denominan señales lógicas aquellas que responden a SI NO (ON OFF), o sea apertura o cierre de contactos. Señales analógicas las de amplitud variable en función de lo que miden o controlan.

ESQUEMAS LÓGICOS Una forma de representar el sistema es a través de diagramas de bloques, y flujo de señales, cuando este diagrama llega a manejar las señales elementales, y los bloques tienen las funciones más simples se trabaja sobre diagramas lógicos. Puede resultar conveniente desarrollar estos diagramas como paso previo al funcional, es más se puede construir el diagrama funcional partiendo del lógico, y también al revés. Los esquemas lógicos elementales se pueden representar con diagramas de compuertas o con contactos: - esquema "Y" (AND), cuando se da A Y B ocurre C, que representado con contactos en serie se lee cuando A Y B están cerrados, se excita la bobina C. - esquema "O" (OR), cuando se da A O B ocurre C, que representado con contactos en paralelo se lee cuando A O B están cerrados, se excita la bobina C. Los esquemas funcionales pueden ser considerados esquemas de lógica cableada, mientras que los esquemas lógicos, se han convertido en los funcionales que pueden ser incorporados en los controladores lógicos programables (PLC), o en los controles por computadora.

Aplicando estos conceptos se pueden desarrollar los distintos esquemas funcionales, los esquemas de detalle que explican lo que en síntesis muestran los diagramas de bloques (ver plano 601/c hoja 2).

11.5 - CONCEPCIÓN DE LOS TABLEROS Del esquema en bloques surge natural la división de tableros por funciones, y la concepción de cada uno dependerá evidentemente de la función que se le asigne. La alimentación eléctrica de los distintos circuitos que cumplen las variadas funciones obliga a cierta clasificación, que según la importancia del sistema puede reducirse o ampliarse. - comando de cierre - apertura - señalización (tensión oscilante) - auxiliares de protecciones - automatismos - alarmas

TABLERO DE CONTROL Frecuentemente de tipo mímico, quizás merezca ser realizado de tipo mosaico. En él se tienen: - manipuladores, predispositores, para comando y señalización de interruptores y seccionadores - indicadores de posición para señalización de interruptores y seccionadores de línea o de tierra. - mímico de la instalación

- instrumentos indicadores, para que el operador tenga noción del estado de carga de la instalación - conmutadoras voltimétricas y amperométricas - indicadores de posición de los conmutadores de los transformadores - pulsadores o llaves de control del regulador del transformador. - cuadro de alarmas - pulsadores de aceptación de alarmas, anulación de las mismas, prueba de lámparas. - indicadores luminosos, presión de aire, etc. El tablero puede ser de tipo abierto o cerrado, y debe prever las posibilidades de acompañar el desarrollo de la estación.

PANELES DE PROTECCIÓN Los paneles de protección se utilizan cuando el número de elementos que los componen para cada unidad funcional lo justifican. A título de ejemplo puede citarse: - protecciones de distancia de líneas equipadas con recierre unipolar y vinculación del otro extremo con teleprotección. - protecciones de barras, con dispositivos de ensayo y monitoreo de servicio, incorporados. Los relés serán modulares, en racks de ejecución normal, y contendrán a la totalidad de los componentes de protección, fuentes de alimentación, conmutadores, accesorios de ensayo y monitoreo, y estarán totalmente cableados hasta borneras.

El acceso puede ser frontal y/o posterior, los relés abisagrados para inspección y/o mantenimiento. La llegada de cables es normalmente por la parte inferior, pueden requerir alimentación auxiliar para calefactores, y/o ventiladores.

RELÉS DE PROTECCIÓN Las características específicas como función, rangos de ajuste, sensibilidad, etc., son objeto de estudios y especificaciones particulares en cada caso, desarrolladas por la ingeniería básica. A continuación se ven aspectos generales comunes a los relés de protección y características especiales que deben cumplir los mismos para su utilización.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES Circuitos de tensión de medición de frecuencia industrial: - Frecuencia - Tensión nominal, para conexión a transformadores de medida: 110 V o 110 / 1.73 = 63.6 V - para conexión directa en los tableros de servicios auxiliares: 220 o 380 V. Circuitos de corriente de medición de frecuencia industrial: - Frecuencia - Corriente nominal, para conexión a transformadores de medida: 1 A o 5 A, las instalaciones más antiguas son de 5 A, mientras actualmente se nota preferencia por 1 A, especialmente en las instalaciones donde las distancias son grandes (altas tensiones). - Capacidad de sobrecarga permanente: 2 * In

- Sobrecarga de breve duración, según necesidades del caso particular. Los valores de corrientes nominales indicados se refieren a valores de fase, y por tanto no aplicables a relés de tierra conectados para detectar la corriente de secuencia cero, para los cuales corriente nominal y capacidad de sobrecarga serán objeto de los estudios correspondientes. Tensión auxiliar de alimentación y accionamiento en corriente continua: - Tensión nominal Un: 220 o 110 V - tolerancia +10, -15 % - ondeo residual 5 % Capacidad mínima de contactos en 220 Vcc: - Para desconexión, corriente permanente 5 A - corriente de corte (con L / R = 15 mS), 0.1 A - Para señalización, corriente permanente 0.5 A - corriente de corte (con L / R = 15 mS), 0.1 A Tensión de ensayo de aislación, 2 kV a frecuencia industrial 1 minuto. Condiciones ambientales A título de ejemplo se pueden indicar valores que deben ser soportados en ciertos casos: - temperatura mínima -10 grados C. - temperatura máxima 40 grados C. - humedad relativa 100 % Características técnicas particulares Estas serán indicadas en cada caso en las especificaciones técnicas particulares, en las que se consignarán además eventuales apartamientos de las características generales antes detalladas.

TIPOS DE RELÉS - EJECUCIÓN Los relés pueden ser: - relés estáticos (electrónicos), de tipo analógico, o digital. - relés electromecánicos. Los relés estáticos son los más modernos, y de tecnología superior, mientras que los electromecánicos son todavía los mas conocidos, y sirven frecuentemente como punto de referencia de las características deseadas (confiabilidad). Los relés estáticos poseen circuitos de medición totalmente estáticos, de bajo consumo, circuitos impresos modulares diseñados según las técnicas de integración. Las salidas de desconexión y señalización son mediante relés con contactos libres de potencial de las capacidades necesarias. También se pueden tener salidas con transistores o tiristores disparados con optoacopladores, para aislarlos haciéndolos libres de potencial. La alimentación de los circuitos electrónicos, cuando requerida, es de tipo ondulador rectificador, no aceptándose en general baterías incorporadas al relé, para evitar problemas de mantenimiento. La tensión de alimentación de estas fuentes se toma de los servicios auxiliares de corriente continua disponible. Los relés pueden ser adquiridos sueltos o en armarios modulares, la descripción de los armarios ya se ha presentado. Los relés sueltos deben ser contenidos en cajas a prueba de polvo, para liberarlos de trabajoso mantenimiento.

Se fabrican de montaje saliente o embutido, y algunos prefieren la primera ejecución. La eventual fuente de alimentación necesaria, es conveniente que forme parte del relé, pero a veces está separada del mismo, contenida en una caja y se instala ya en el frente o en el interior del panel de relés. Cuando una fuente es común a dos o más relés debe cuidarse que los mismos no sean unidades funcionales distintas, esto para evitar que una falla de la fuente afecte a más protecciones. Hay que observar que cuando se suministran una fuente para dos o más relés debe evitarse que los mismos pertenezcan a unidades funcionales distintas no equipadas con protecciones de reserva, o a protección principal, y de reserva de una misma unidad funcional, o toda otra situación dado que en caso de dicha fuente tuviera una falla, la misma afecte severamente a las protecciones de más salidas. Este requerimiento de relés de protección sueltos se nos presenta en los casos de ampliaciones de estaciones eléctricas. La ubicación de los mismos se realiza en los paneles de protección existentes, suponiendo que exista lugar para ellos, en caso contrario se hacen necesarios mas paneles de protección, exclusivamente para la ampliación, y entonces ya no se trata aparatos sueltos.

CONTACTOS Los relés deben disponer contactos libres de potencial, separados con las siguientes funciones: - desconexión

- señalización Cuando un relé debe actuar sobre dos o más interruptores debe poseer contactos de desconexión independientes para cada uno de ellos. En los casos en que se requiera la protocolización de secuencias de operación de apertura y recierre unitripolar con cronología exacta, en registradores de eventos u osciloperturbógrafos, los relés deberán contar con todos los contactos

disponibles

que

sean

necesarios

para

las

señalizaciones

cronológicas que interesan. Estas se harán preferiblemente a partir de contactos propios de los relés disponibles a ese efecto, o mediante relés repetidores de alta velocidad.

11.6 - PANEL DE BORNERAS REPETIDORAS Este es un panel de tipo abierto y solo contiene borneras, recibiendo todos los cables de la playa. Como su nombre indica es el centralizador y repartidor de todas las señales a los diferentes tableros dentro del edificio. Se realizan en él las cruzadas de señales, puentes, y es el lugar de chequeo del personal de mantenimiento cuando trata de determinar la ubicación de una falla de los circuitos de comando o auxiliares en general. La acometida de los cables al mismo es como indica la figura.

11.7 - COMANDO Y PROTECCIONES

Trataremos ahora de establecer criterios de proyecto que parece se utilizan, concretamente se pueden adoptar dos criterios: - comando y protección concentrados en el edificio, lo que puede hacerse cuando las distancias no son muy grandes. - comando en el edificio principal, y protección en los kioscos (próximos a los interruptores comandados) que es conveniente cuando las distancias son grandes. Las protecciones son un problema del sistema, como ya se comento al tratar los esquemas unifilares de la estación, las protecciones deben ser vistas en el sistema, especialmente en lo que se refiere a las líneas. También el comando, cuando debe pensarse en telecomando, es un problema de sistema. Pensando que aun cuando en el primer momento pueda parecer que comando y protección no son problemas de sistema, a la larga lo serán, entonces se debe prever funcionalidad y actuar con ese criterio. Actualmente puede pensarse que en pocos años (a lo sumo), todas las estaciones serán telecomandadas, en consecuencia el proyecto debe considerar esta posibilidad. La protección actualmente se basa en relés, que cumplen funciones definidas, su rapidez depende del principio de funcionamiento y de necesidades de coordinación de protecciones o de estabilidad. En el futuro se prevé un enorme aumento en la adquisición de datos, y la medición a través de cálculos, en general puede afirmarse que los relés más lentos serán reemplazados por computadoras dedicadas, solo los más rápidos subsistirán.

Los relés más lentos, los que cumplen funciones de protección térmica por ejemplo, serán reemplazados por cálculos (programas) desarrollados en la computadora, análogamente las mediciones desarrolladas por aparatos dedicados (potencia, impedancia) también serán sustituidas por cálculos. Entonces, aunque se sea tradicionalista, el proyecto actual debe prever que todos los puntos de medición puedan entregar una señal (corriente y tensión). La corriente medida debe ser lo más proporcional posible a la de la red, en el pasado se daba mucha importancia a que el núcleo del transformador entregara señales que se saturaban para proteger los instrumentos de medición, o entregara señales que no se saturaban para la función de protección (o medición de perturbaciones). Las señales adquiridas, que se tratan en computadora, es necesario sean realmente proporcionales independientemente se use la magnitud para medición o protección, los transformadores deben ser con núcleos lineales, para satisfacer necesidades futuras. Por otra parte los núcleos de transformadores saturables (utilizados en el pasado

para

no

dañar

los

instrumentos

de

medición

sensibles

a

sobrecorrientes) son sensiblemente más costosos y dificultosos de realizar que los núcleos no saturables (utilizados en protección). Recordemos además que los núcleos saturables no son tales si no se encuentran correctamente cargados, lo que obliga a verificaciones y controles en proyecto y obra. 11.8 - CRITERIOS DE CABLEADO La instalación de comando, enclavamiento, señalización, medición y protección se realiza con distintos criterios.

Cuando toda la instalación es cableada, con conductores destinados a cada función especifica, se puede hacer el diseño basándose en los siguientes principios: - registrar las borneras de todos los aparatos de maniobra (interruptores, seccionadores) - realizar borneras que centralizan los transformadores de medición (en esta forma se reduce su carga) - realizar una bornera centralizadora en el campo (marshalling kiosk) - registrar las borneras de los tablero de comando, alarma, protección, medidores, etc. - realizar eventualmente una bornera centralizadora en el edificio de comando. Con estos principios la topología del cableado es clara, lógicamente pueden realizarse uniones directas entre cualquier par de borneras, pero es preferible mantener el respeto de la estructura sugerida. Algunos centros auxiliares pueden eliminarse o confundirse, elimínense los kioscos, o la bornera de edificio, si se eliminan ambas las uniones serán directas entre los equipos y tableros. La decisión es económica, los cables múltiples cuestan menos que los de pocos conductores (por cada conexión), pero aparece el costo adicional de tableros y borneras intermedias. En general los cables de medición y protección no deben interrumpirse, es preferible no tengan borneras intermedias. Las señales en los cables múltiples deben ser compatibles, generalmente ciertas funciones deben separarse en cables distintos, por canalizaciones distintas.

Si bien para realizar el conexionado es necesario conocer el funcional, para evaluar cables, número de conexiones y bornes de apoyo se puede razonar sobre los bornes de los equipos que se deben conectar, puede pensarse en el caso extremo de que toda la bornera de cada equipo debe llegar a la bornera centralizadora del edificio. Hasta se pueden tender y conectar los cables, y hacer las conexiones funcionales todas en la bornera centralizadora, sacando del camino critico de la obra el tema de esquemas funcionales, y facilitando la tarea de correcciones en el momento de la puesta en servicio, fijando un único punto de trabajo.

VERIFICACIÓN DE CABLES - Los cables son una carga importante para los transformadores de medición, tiene ventajas el uso de la corriente secundaria de 1 A, ya que con 5 A se requieren secciones muy grandes para limitar la prestación de los núcleos. - Los cables de disparo que alimentan bobinas de interruptores, no deben producir caídas excesivas, el recorrido debe minimizar la longitud. - Los recorridos de los circuitos deben abrazar el mínimo flujo, el conexionado no debe presentar lazos, conductor de ida y retorno deben pertenecer al mismo cable, o uno muy próximo.

11.9 - ANÁLISIS DE LOS ESQUEMAS DE PROTECCIÓN Algunos esquemas unifilares presentan particularidades para plantear los esquemas de protecciones. Entre los esquemas de acople por interruptor, la mayor dificultad se presenta con los esquemas con interruptor de transferencia.

El transformador de corriente puede estar en la línea, en este caso la protección asociada deberá permitir el disparo del interruptor correspondiente a la línea, o el de transferencia cuando esté en servicio el interruptor de transferencia. Si el transformador de corriente está asociado al interruptor (cerca de él), la protección deberá transferirse tanto en su parte de medición, como en su disparo al interruptor de transferencia cuando corresponda; todos los transformadores de corriente deberán ser iguales (al de transferencia) para no tener que reajustar las protecciones. En este caso la protección podría no transferirse, pero entonces la protección asociada al interruptor de transferencia deberá ser reajustada cada vez que el interruptor de transferencia reemplace a uno de línea, con los riesgos consiguientes a ajustar una protección con urgencia para salvar una emergencia. Los esquemas de acople por interruptores implican medir la corriente de una línea utilizando dos o más transformadores de corriente. La superposición de zonas de los relés puede hacer que el proyectista crea conveniente utilizar más transformadores de corriente que el mínimo necesario, debido a un mal análisis de los esquemas y a una exagerada importancia atribuida a ciertas fallas. En los esquemas con interruptores con tanque a tierra (tipo gran volumen de aceite, o en SF6 blindados - técnica norteamericana) son esperables fallas de aislación del interruptor, mientras que los transformadores de corriente del tipo de barra pasante son poco costosos (costo independiente de la tensión, solo ligado al diámetro - por otra parte si se ponen dos núcleos el costo es

independiente de que se pongan ambos de un lado o a ambos lados del interruptor), por lo que se pueden tener transformadores a ambos lados del aparato, y el esquema de protecciones puede utilizar esta característica. En cambio en los esquemas con interruptores con tanque en tensión (tipo pequeño volumen de aceite, o en SF6 o aire comprimido de cámaras múltiples - técnica europea) las fallas de aislación del interruptor son en rigor fallas de aislaciones en aire, y los transformadores de corriente (convencionales) son costosos (costo dependiente de la tensión), por lo que sí se quieren tener transformadores a ambos lados del aparato se debe duplicar la cantidad de transformadores de corriente, con importante aumento del costo, no justificado por la función.

EL

PROBLEMA

DE

LAS

PROTECCIONES

DE

LOS

SISTEMAS

ELÉCTRICOS Generalmente el criterio de funcionamiento de las protecciones para el sistema de alta tensión de la estación ha sido fijado en estudios preliminares de la instalación. Las protecciones deberán funcionar en un sistema que integre la red existente con la nueva estación. Nacen así problemas de coordinación de los que depende el correcto funcionamiento del sistema de protección. Para resolver este problema es necesario efectuar estudios de las condiciones operativas de las instalaciones de producción, transporte y distribución; examinar el estado de regulación de las protecciones de dichas instalaciones y

preparar las especificaciones que fijen el rol y la regulación de las protecciones existentes y nuevas. Los documentos que se deben entonces desarrollar son: - tabla de los parámetros (impedancia a la secuencia positiva y a la negativa y a Cero) de las máquinas y líneas a proteger. - tabla de verificaciones de funcionamiento de las redes eléctricas. - tabla de relaciones de los transformadores de medición y de regulaciones de los relés. - esquemas que muestran la coordinación de las protecciones según los diferentes niveles de actuación (principal, de back-up, etc.). 11.10 - PANEL DE RELÉS AUXILIARES El panel de relés es de tipo cerrado y contiene exclusivamente relés auxiliares requeridos para: - repetir la posición de contactos auxiliares de los equipos de maniobra (interruptores, seccionadores, etc.). - Convertir por medio de sus contactos, por ejemplo si son de 48 Vcc en otra de 220 V (o 110 V) o viceversa. La acometida de los cables, es como para todo el resto de los tableros por la parte inferior. Los relés con todos sus contactos cableados a bornera. De esta manera se tiene flexibilidad de utilizar contactos adicionales, no previstos originalmente en el proyecto, en cualquier momento del proyecto, obra o explotación.

RELÉS AUXILIARES

Con relación a los relés auxiliares cabe hacer algunos comentarios de sus características. Es aconsejable que los mismos sean de tipo extraible, alojados en cajas herméticas al polvo y que no puedan accionarse a mano sin abrir las mismas. Los contactos deben ser de tipo autolimpiante y adecuados para operación repetida sin deterioros en las condiciones que se especifiquen en cada caso. Con respecto a este punto se recomienda no sobrepasar la tensión máxima de operación de 110 Vcc dado que superado el mismo (por ejemplo 220 Vcc) aparecen inconvenientes sobre la capacidad de apertura de los contactos en los circuitos inductivos. Las bobinas deben ser de bajo consumo y diseñadas para energización continua a la tensión máxima de operación, sin necesidad de utilizar resistencias economizadoras.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES. Tensión nominal (Un): en corriente alterna 380, 220, 110, 63.5 V; en corriente continua 220, 110, 48 V. Tensión máxima de operación 110 % Un Tensión mínima de operación 60 a 80 % Un. TIPOS DE RELÉS Y SU APLICACIÓN Básicamente se utilizan dos tipo de relés: - relés monoestables (de solo una posición estable) - relés biestables (de dos posiciones estables) Los relés monoestables por su aplicación pueden clasificarse en: - relés para usos generales.

- relés de alta velocidad. - relés para interfase de telecontrol.

RELÉS MONOESTABLES PARA USOS GENERALES Se usan en las siguientes aplicaciones típicas: - repetidores de contactos auxiliares de equipos de maniobra y casos particulares de conmutadores de selección de mando, para multiplicación de sus

contactos

o

sistematización

del

cableado,

en

esquemas

de

enclavamientos, señalización, selección de tensión, y sincronización. - repetidores de contactos de relés de protección, para multiplicar los mismos, en los casos en que el tiempo adicionado por ellos no intervenga como factor critico. - relés de indicación de cero tensión, supervisión de cumplimiento de determinadas secuencias, y aplicaciones generales. Deben ser de construcción robusta, y su duración mecánica será garantizada por un mínimo de 2 * 10^6 maniobras, a razón de 300 maniobras por día unos 20 años. Su tiempo de cierre será no mayor de 50 mS para la tensión mínima de atracción. Deben ser provistos con un mínimo de alternativamente 4 contactos inversores o 6 independientes. Los valores típicos de la capacidad mínima de los mismos es la siguiente: - corriente máxima permanente: 5 A. - corriente máxima de cierre: 10 A. - corriente de corte para tensiones alternas de hasta 220 V: 5 A.

- corrientes de interrupción en corriente continua con L/R = 15 mS, para 48 V, 1 A; 110 V, 0.5 A; 220 V, 0.2 A.

RELÉS DE ALTA VELOCIDAD Se designan así los relés auxiliares cuya velocidad de operación sea no mayor de 5 mS en corriente continua o alterna. Sus aplicaciones más típicas son la repetición de contactos de interruptores y contactos de disparo de relés de protección de alta velocidad, con contactos propios insuficientes, para alguno de los siguientes propósitos: - comando simultáneo de varios interruptores - protocolización cronológica de secuencias de maniobras en registradores de eventos (por ejemplo protocolización de ciclos de recierre unitripolar rápido). - repetición de contactos de relés rápidos comunes de varias salidas, para mantener la segregación de circuitos auxiliares de corriente continua (por ejemplo: protecciones diferenciales de barras, protecciones de falla de interruptor, etc.). La tensión mínima de atracción debe ser no menor de 60 % Un Indicativamente la capacidad mínima de los contactos es la siguiente: - corriente máxima permanente: 5 A. - corrientes de interrupción en corriente continua con L/R = 15 mS, para 48 V, 1 A; 110 V, 0.5 A; 220 V, 0.2 A. Los contactos deben estar diseñados para un mínimo de 1000 operaciones en las condiciones establecidas.

RELÉS DE INTERFASE DE TELECONTROL Se utilizan en la vinculación de equipos de telecontrol y el resto de las instalaciones de la estación, actuando a su vez como separación galvánica para la repetición de las señales. El consumo máximo de las bobinas debe ser limitado 1.5 W por ejemplo. RELÉS BIESTABLES Con dos bobinas de posicionamiento que son totalmente independientes entre sí, y que resultan energizadas una por vez solo durante el tiempo propio de posicionamiento del relé, pasado el cual el consumo de energía es nulo. Un contacto en serie con cada bobina prepara el próximo cambio de posición. El cambio de posición en ambos sentidos se realiza por medio de la fuerza de atracción de sus respectivas bobinas hasta un punto de vuelco a partir del cual el movimiento es completado por acción de resortes. Su uso es reservado en general para la repetición y/o multiplicación de contactos de conmutadores de selección de modo de mando (por ejemplo: local remoto, manual automático, etc.), y repetición de posición de seccionadores. La duración mecánica mínima es de 10^6 operaciones. Las características de los contactos en general son las mismas que para los relés monoestables.

CRITERIOS GENERALES DE UTILIZACIÓN DE LOS RELÉS AUXILIARES Los relés monoestables que se utilizan como repetidores de contactos de interruptores y seccionadores para circuitos de enclavamientos, señalización y

selección de tensión, serán a emisión de tensión, uno para cada posición de equipo. El concepto es que la falta de tensión no pueda ser interpretada como una dada posición (errónea). El circuito debe ser elaborado de modo que en caso de falla de uno de los relés, o falta de tensión continua de alimentación de los mismos, las consecuencias sean las siguientes: - para enclavamientos: bloqueo de la maniobra. -

para

señalización:

indicación

incoherente

(cerrado

y

abierto

simultáneamente). - para selección de tensión: alarma y bloqueo de la maniobra de sincronización en el interruptor de la salida afectada. En el caso de interruptores o seccionadores con accionamientos individuales para cada polo, los relés auxiliares para indicación de posición de apertura o cierre trifásico, serán accionados por tres contactos en serie (uno por polo) para cada posición Cuando se utilicen relés biestables para las aplicaciones previstas, los circuitos deberán ser elaborados de modo de obtener la señalización de la posición del conmutador cuyos contactos se repiten y/o multiplican a partir de los contactos del mismo relé, los mismos se conectaran en cascada, es decir que cada uno será posicionado por el anterior y la señalización se obtendrá a partir de los contactos auxiliares del último relé. De esta manera la señalización confirmara la conmutación del relé biestable. En casos especiales, cuando la importancia del conmutador así lo requiera podrá obtenerse la señalización de posición utilizando contactos en paralelo del

conmutador propiamente dicho y del relé biestable, de manera de obtener en caso de falla una señalización de discrepancia o alarma según sea conveniente. En los casos en que sea necesario obtener conmutación desde varios puntos a la vez, el conmutador propiamente dicho será reemplazado por pulsadores, quedando la conmutación a cargo del relé biestable exclusivamente.

11.11 - LA REALIZACIÓN DE LOS CABLEADOS Entre paneles y entre equipos de playa se utilizan cables de tipo multipolar o de tipo telefónico, según sea necesario y conveniente. Normalmente para las interconexiones entre equipos de playa y edificio de comando se utilizan cables multifilares con protección mecánica (con armadura). Dentro del edificio de comando, para la interconexión entre tableros se utilizan cables multifilares y telefónicos sin armadura.

LOS CABLES MULTIPOLARES. Se utilizan para conexión entre los circuitos secundarios de los transformadores de medida, como así también en los circuitos de accionamiento del resto de los equipos en alta, media y baja tensión con sus respectivos paneles de protección y control en 220 o 110 Vcc. Los cables multifilares son con conductores de cobre, aislación seca de material sintético, para una tensión de servicio de 1000 V (en ciertos casos se utiliza 600 V), ensayados según la norma aplicable, en Argentina IRAM 2220. Las secciones mínimas a utilizar son:

- circuitos de comando y señalización en 110 o 220 Vcc: 2.5 mm2 - circuitos de medición de tensión: 2.5 mm2 - circuitos de medición de corriente: 4 mm2 Los conductores simples de los cables multifilares deben ser a su vez formados por cables de hilos de cobre, no siendo necesario en general que estén estañados, esto preferible a la solución con alambres ya que estos se pueden cortar durante la tarea de embornado. Para casos justificados, tramos cortos, bornes pequeños, se utilizan secciones menores, 1 o 1.5 mm2, pero el cableado en estos casos resulta endeble, y debe ser tratado con mayor cuidado. Los cables son con aislación y cubierta exterior, suficientemente robusta para soportar las operaciones que se ejecutan durante la instalación y vida útil del cable. Por razones particulares de tendido en playa, o por presencia de roedores, los cables requieren protección mecánica (armadura) de flejes de acero, en este caso hay un ulterior recubrimiento de plástico exterior.

CABLES MULTIPARES TELEFÓNICOS. Se utilizan para conexión de circuitos de comando, señalización, alarma y telecontrol en 48 Vcc. Según la aplicación se utilizan distintos tipos de cables.

CABLES TELEFÓNICOS PARA USO GENERAL. Construidos y ensayados según normas específicas (en argentina ENTEL 755 por ejemplo).

Los conductores constituidos por un alambre de cobre recocido y estañado de 1 mm2 de sección 1.13 mm de diámetro, aislados en material termoplástico, cableados de a pares dispuestos en capas concéntricas. El núcleo de pares cableados esta recubierto de cintas de material aislante, aplicada longitudinalmente o helicoidalmente, con superposición adecuada, luego superpuesto un blindaje continuo, y finalmente la cubierta exterior de terminación de material termoplástico.

CABLES MULTIPARES TELEFÓNICOS PARA CIRCUITOS DE MEDICIÓN. Se utilizan para la transmisión de señales analógicas de corriente continua obtenidas mediante convertidores de medida. Sus características son similares a los anteriores, la diferencia es que poseen blindaje individual por cada par, los blindajes a su vez no están en contacto entre sí, llevando una capa aislante cada uno.

UTILIZACIÓN

Y

SEGREGACIÓN

DE

CABLES

MULTIPOLARES

Y

MULTIPARES Para distintas funciones se destinan distintos cables: - secundarios de transformadores de tensión. Respetando a su vez la segregación de circuitos determinada por protecciones termomagnéticas o juegos de fusibles que en cada caso se adopten. - secundarios de transformadores de corriente. Cuando hay varios secundarios la segregación se ajusta a su número. Las tres fases de un mismo sistema secundario en cambio forman un único cable.

- circuitos de corriente continua correspondientes a sistemas de protección duplicados, o alimentados desde distintas fuentes. - circuitos de corriente continua alimentados desde una misma fuente pero a través de distintos fusibles. - circuitos de distinto tipo de tensión (cc, ca), o del mismo tipo pero de distinta tensión (48 Vcc, 110 Vcc). Para los cables multipares telefónicos se mantiene separación entre los tipos definidos de uso general (blindaje único), y los de circuitos de medición (blindaje por par).

TENDIDO DE CABLES Y PUESTA A TIERRA DEL BLINDAJE En todos los casos se debe evitar la formación de lazos cerrados, aún cuando hay blindajes. Alimentaciones y retornos deben utilizar conductores de un mismo cable, y en las excepciones deben extremarse los cuidados para que a lo largo de todo el recorrido se garantice el paralelismo y la proximidad del cable que contiene el conductor de ida y el que tiene el retorno. En general los blindajes se ponen a tierra en un solo extremo, y para cables de equipos específicos como telecontrol, protocolización de eventos, se deben respetar

cuidadosamente

las

recomendaciones

del

fabricante,

y

compatibilizarlas.

11.12 - ALIMENTACION DE LAS FUNCIONES DE COMANDO (CRITERIOS) La división de las alimentaciones de los circuitos se puede realizar en múltiples formas.

Una posibilidad difundida es llegar al tablero de comando con alimentaciones de: comando (+ / -) señalización (+ / - / oscilante) alarmas (+ / -) Se lleva dentro del tablero una guirnalda (de panel en panel - campo físico de la estación) y en cada panel se separan con una llave todos los circuitos del panel. Cuando las funciones de comando son muy importantes, entonces se tienen circuitos separados para cada panel. Esto se hace en particular cuando hay por ejemplo generadores, transformadores, etc. En particular la división de circuitos de comando se hace por niveles de tensión, con este criterio los interruptores a ambos lados de transformadores deberían tener distintas alimentaciones, esto complica los circuitos de disparo, es más lógico establecer una única alimentación para todos los interruptores del transformador. Otra posibilidad es dividir las alimentaciones en el origen, con una alimentación a cada panel. En el panel a partir de esta se separan las funciones, comando, señalización, alarmas. Esta solución dificulta la señalización. El sistema mixto es alimentar cada panel con la tensión de comando, y alimentar con un único circuito la señalización, siendo esta común a todos los campos. Si se tiene en cuenta la seguridad se debe poder seccionar cada panel (campo), dejándolo sin tensión en su interior (área de trabajo), pero esto no es fácil.

Los circuitos de comando tienen distinta jerarquía, en rigor el circuito de apertura es todavía más importante que el de cierre. Se pueden separar los circuitos de comando en cierre y apertura. El circuito de apertura se realiza sin elementos de protección (se prefiere que no haya fusibles en el circuito), el circuito de cierre en cambio con sus fusibles puede alimentar además otras funciones. La simplicidad de estos circuitos, su extensión mínima, son criterios de diseño esenciales que hacen a la comprensión, y que ayudan a encontrar una eventual falla. . La funcionalidad . Los esquemas de proyecto . La concepción de los tableros . Cableados - borneras - racionalización . Esquemas eléctricos típicos . Organización, proyecto, obra . La realización de los cableados . Aspectos funcionales, criterios . Lista de cables . Borneras, centralización . Sistemas de protección contra incendios 12 - LOS SERVICIOS AUXILIARES ing. Norberto I. Sirabonian - ing. Alfredo Rifaldi Los servicios auxiliares de una estación eléctrica de 132 kV, son los siguientes: - corriente alterna 380/220 V frecuencia industrial - corriente continua segura 220 o 110 V

- corriente continua para comunicaciones 48 o 24 V NECESIDADES Las necesidades de energía de las estaciones eléctricas requieren satisfacer distintas exigencias: - alimentaciones no esenciales (que pueden faltar por tiempos largos sin afectar el servicio) - alimentaciones esenciales (que no pueden faltar sin comprometer el servicio) Para

satisfacer

estas

necesidades

se

adoptan

distintas

fuentes

de

alimentación: - corriente alterna de la red pública, o de terciario de transformadores (utilizada para servicios no esenciales) - corriente alterna de UPS (unidades de potencia no interrumpibles), obtenida por generadores electrónicos alimentados por baterías (utilizada para servicios esenciales), estas fuentes no son habituales en las estaciones donde se prefiere todavía la corriente continua. - corriente continua segura de batería (fuente independiente de eventos externos) - aire comprimido centralizado, sistema que en la medida que los interruptores son con comando autónomo (a resortes, oleodinámicos, aire o gas comprimido) ha caído en desuso. - corriente alterna de generadores autónomos (utilizada en casos especiales cuando la confiabilidad de otras fuentes es reducida) SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE ALTERNA La baja tensión se obtiene a través de un transformador de media a baja, normalmente la media tensión en 13.2 kV.

A su vez la media tensión se origina del terciario de algún autotransformador o transformador que generalmente existe en el área de la estación eléctrica. También puede obtenerse tensión desde alguna línea de media tensión que pasa por las cercanías. La potencia del transformador 13.2 / 0.400-0.231 kV se obtiene de sumar todas las cargas instaladas en baja tensión y afectadas por el factor de simultaneidad. En caso de falta de la media tensión para alimentar el transformador se debe disponer de un grupo electrógeno, o sistema de energía ininterrumpida (SEI). En este caso la potencia del grupo electrógeno (SEI) debe ser menor que lo requerido en uso normal dado que sólo se alimentarán los servicios esenciales (ver figura 12.1 y figura 12.2).

Los consumos de 380 / 220 V ca son: - fuerza motriz - calefacción - tomacorrientes de playa - iluminación Consumos esenciales son: - ventilación del transformador - regulación del transformador - cargadores de baterías Estas cargas pueden quedar algún tiempo sin alimentación, pero se consideran con máxima prioridad, ya que al no alimentarlas la situación rápidamente se transforma en crítica. Consumos no esenciales: - corriente alterna para servicios generales (iluminación, calefacción)

- taller, tomacorrientes

SERVICIOS AUXILIARES EN CORRIENTE CONTINUA Normalmente 220 Vcc (o 110 Vcc) o 48 Vcc El consumo de este sistema responde a las necesidades de las protecciones y el accionamiento de los equipos de maniobra. La potencia y la capacidad del sistema depende del tipo de baterías y del tiempo estimado en que funcionará en emergencia. LAS BATERÍAS Las baterías pueden ser alcalinas (Ni-Cd) o ácidas (Pb-Ca). Como valores característicos se puede establecer un tiempo mínimo de descarga de 5 horas y una tensión final por elemento de 1.1 V para las baterías alcalinas. Los límites de servicio de las baterías es de +/- 10% Un. EL CARGADOR El rectificador es del tipo puente trifásico, con diodos de silicio y estabilización de la tensión de salida por medio de reactores saturables o tiristores. El transformador de alimentación del puente es del tipo de aislación seca. La tensión de salida deberá mantenerse constante, admitiéndose variaciones da +/- 2% del valor estabilizado, para variaciones descarga entre 0 y 100 % de la corriente nominal, y con variaciones de tensión y frecuencia de la fuente de alimentación de corriente alterna de +10, - 15 y +/- 2% respectivamente. La corriente de salida deberá ser limitada automáticamente por los cargadores. Tal limitación se fija normalmente en el 100 % de la corriente nominal.

El cargador deberá permitir la carga de la batería en "flote" y a "fondo", la conmutación de modos de carga deberá poderse hacer en modo manual y automático. Con el cargador en "automático", la posición de carga habitual es en "flote" y se pasara automáticamente a "fondo" por baja tensión de batería o con posterioridad a una falta de tensión de entrada. Completada la carga de la batería se retornara automáticamente a "flote". La duración de la carga a fondo es controlada por un temporizador ajustable. En la derivación al consumo el cargador deberá estar dotado de filtros para mantener el ondeo residual (ripple) dentro de los siguientes valores indicativos: - con batería conectada: 2 % eficaz - con batería desconectada: 5 % eficaz También en la derivación al consumo deberá preverse en el cargador dispositivos adecuados para que, cualquiera sea la condición de carga de la batería, la tensión del consumo se mantenga dentro de los limites +/- 10 % de su valor nominal, 220 (o 110) V, valor estabilizado. En caso de baja tensión en el cargador, deberá evitarse la descarga de la batería sobre aquel. ALARMAS Todas las anormalidades del cargador deberán visualizarse con indicación local y con contacto libre de potencial para poder desarrollar circuitos de alarma. Básicamente contará con las siguientes alarmas: - Falta de tensión de alimentación 380/220 V corriente alterna (con indicación de falta de fase) - Falta de tensión de corriente continua en salida de batería.

- Falta de tensión de corriente continua en salida a consumo. - Falla cargador - Baja tensión de corriente continua en salida a consumo - Alta tensión de corriente continua en salida a consumo. En la figura 12.3 se ve el esquema unifilar básico para el sistema de corriente continua en 220 V (o 110 V), también aplicable a 48 V.

ALIMENTACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES - COMENTARIOS Salvo casos excepcionales los servicios auxiliares de una estación eléctrica suman potencias modestas.

El sistema eléctrico normalmente funciona y en consecuencia los servicios auxiliares están alimentados en forma normal. La alimentación normalmente puede obtenerse del servicio público en media tensión que se encuentra próximo a la estación, si ésta lo alimenta la solución es evidente. A veces se tiene una estación donde no se dispone de media tensión, entonces aparecen soluciones de aprovechar los equipos de gran potencia y muy alta tensión como fuentes para los servicios auxiliares, los transformadores de potencia tendrán terciario accesible al exterior para alimentar los servicios auxiliares, o bien los reactores (de compensación de las líneas) tendrán secundario, transformándose así en "transformadores" con un bobinado débil... La confiabilidad de los equipos de potencia que deben cumplir estas funciones complementarias resultan degradadas. Por otra parte los niveles de cortocircuito que se presentan en el terciario de los transformadores son muy elevados para alimentar un pequeño transformador de servicios auxiliares, requiriendo entonces reactores limitadores para contener este valor. Una cuestión que debe analizarse seriamente es la degradación de los equipos de potencia para alimentar los servicios auxiliares, o el costo exagerado que eventualmente implica traer la media tensión desde una fuente segura relativamente próxima, aunque en los hechos alejada. Es lógico que los servicios auxiliares se alimenten de la media tensión, y si la instalación solo dispone de alta y altísima tensión, debe plantearse seriamente a nivel de planeamiento de la distribución de energía de la zona la inclusión de

una transformación a media tensión que además de alimentar los servicios auxiliares de la estación pueda servir a los vecinos de la zona. Pensar por ejemplo en 500 / 132 kV, y resolver con exclusividad los servicios auxiliares desde un terciario de un transformador de 300 MVA, no necesariamente es demasiado menos costoso que dedicar un campo de 132 kV a un transformador de 20 MVA que alimenta en 13.2 kV a los servicios auxiliares. La inclusión de un campo de 132 /33 o 13.2 kV, que alimenta los servicios auxiliares, invita a alimentar también la ciudad próxima o la red rural, se logra una buena solución para la solución práctica del problema, quizás inicialmente la carga sea poca, pero como siempre que se brinda disponibilidad, seguramente crecerá en breve tiempo.

CLASIFICACIÓN DE LOS SERVICIOS AUXILIARES Los servicios auxiliares se clasifican por la necesidad de continuidad en la alimentación, se alimentan en corriente continua o alterna, y se trata de minimizar el consumo de corriente continua, que se la considera fuente permanente. Los interruptores tienen energía acumulada, en forma de resorte cargado, aire comprimido, o aceite a presión, disponible para el comando. Pueden entonces hacer algunas maniobras con independencia del suministro eléctrico, eventualmente el resorte deberá cargarse con corriente continua. El aire comprimido, o el aceite a presión dependen de compresores o bombas alimentadas con corriente alterna, y si falta esta alimentación en forma permanente quedará bloqueada la estación.

Los motores de los seccionadores pueden funcionar con corriente alterna (trifásicos, jaula, con todas las ventajas de este tipo de motor), pero si falta la corriente alterna se deben operar los seccionadores a mano hasta restablecer la corriente alterna. Mayor comodidad dan los motores de corriente continua, pero tienen colector, requieren

mas

cuidados

y

mantenimiento.

Algunos

juzgan

que

la

indisponibilidad por mantenimiento o falla del colector (que obliga a la maniobra manual) es mas frecuente que la falta de corriente alterna de los auxiliares, con lo que no queda ninguna duda sobre cual es la elección acertada. Aunque es un servicio esencial del transformador, la refrigeración del mismo se realiza con motores de corriente alterna, que mueven bombas (OF) y ventiladores (AF), para este caso se piensa que la salida de servicio de los auxiliares implica la salida de servicio del transformador, o la limitación de su carga en modo importante en breve tiempo. LA BATERÍA DE CORRIENTE CONTINUA El tamaño de las baterías de corriente continua se define a partir de un ciclo "crítico" de descarga, superando la indisponibilidad (falla) del cargador, si falta la corriente alterna durante largo tiempo, no puede reponerse la carga de la batería, pero si se da esta circunstancia la estación misma no cumple función alguna. Debe tenerse sumo cuidado con la carga de la batería, a veces se conecta a ella la iluminación de emergencia, y ésta ante una emergencia se transforma en la iluminación principal, agotando en breve tiempo la batería, y dejando la estación sin comando...

Es importante que a nivel de operación se conozca el estado de carga de la batería, y su capacidad medida en forma de que se sepa como no agotarla, y que hacer en caso de largas salidas de servicio de la red. EL CABLEADO En la instalación los cables de potencia cuya función es alimentar lamparas de iluminación, tomacorrientes, calefactores, motores, se disponen en forma de red radial que inicia desde el tablero de servicios auxiliares. . Dimensionamiento . Servicio normal y emergencia . Baterías, cargadores, grupos de emergencia . Iluminación . Sistemas de protección contra incendio . Necesidades LA ALIMENTACION EN CORRIENTE CONTINUA Introducción La función de los sistemas de suministro en corriente continua es entregar potencia auxiliar para el equipamiento de control, y el equipamiento de potencia diseñando para esta operación. La tensión La tensión se elige dependiendo del uso pudiendo ser 220, 110, 48, 24 Vcc. Las tensiones de 220 y 110 V normalmente se usan para cierre, apertura, control e indicaciones; también la iluminación de emergencia. La tensión de 220 V se prefiere para algunas aplicaciones, la red de cables de distribución será más económica, el resto de los componentes (relés, bobinas) en cambio son más económicos si de 110 V, con esta tensión la resistencia de

contactos (que incrementa con el envejecimiento) todavía no es critica, otro elemento a tener en cuenta es que muchos aparatos se fabrican para 110 V y se utilizan en 220 V con una resistencia en serie o diodos de caída. El 220 V es también conveniente para sistemas de iluminación de emergencia de manera de hacer posible la compatibilidad de la alimentación en alterna y continua, sin embargo debe pensarse que la iluminación de emergencia alimentada con el mismo sistema que corresponde al comando puede descargar la batería (periodo de emergencia prolongado) y afectar la confiabilidad del comando. Hay equipos de iluminación de emergencia autónomos que no generan la dificultad comentada, su autonomía limitada obliga a disponer de un grupo generador de emergencia para superar faltas prolongadas si se las supone posibles, esta opción lleva a un más racional dimensionamiento de la batería de corriente continua. La tensión de 48 V se utiliza normalmente para telecomando, telefonía, telecomunicaciones, telemetría, la razón de esta elección esta en los sistemas telefónicos. En Europa también se usa 24 V para los sistemas de carrier, radio, telecontrol. Tipos de baterías La aplicación requiere baterías estacionarias: plomo ácido, placas planas plomo ácido, placas (celdas) tubulares plomo ácido, celdas Plante alcalinas, celdas níquel cadmio, níquel hierro

Cuando se requiere una gran capacidad de descarga combinada con una baja capacidad (pocos amper-hora) la solución recomendable es níquel cadmio. Las baterías alcalinas tienen una característica de duración de 25 o mas años y requieren poco mantenimiento, y poco cuidado en los ciclos de carga y descarga, utilizándolas en lugares no atendidos. Las baterías Plante adecuadamente mantenidas duran 25 años, soportan operaciones cíclicas con descarga pesada, pero no pueden quedar largos periodos en condición de descarga. Las baterías de plomo ácido con placas tubulares, soportan las aplicaciones de estaciones eléctricas, y tienen bajo costo inicial, su expectativa de vida esta en el orden de 10 años, considerando la importancia del servicio frecuentemente se justifica un mayor costo. Las baterías de plomo ácido con placas planas, son las mas económicas, su expectativa de vida es de 5 - 10 años, y las de aplicación en automotores solo duran 2 años, aun así en algunas aplicaciones se destaca su bajo costo que es la razón de la opción. Puesta a tierra de la batería Polo negativo a tierra, fusible del lado positivo, si se ponen fusibles en ambos polos, cuando se presenta una falla es necesario cambiar ambos fusibles (no lográndose determinar el estado del fusible que no actuó, lo que afecta la confiabilidad), frecuentemente se prefiere un también un seccionamiento del lado tierra, ver figura 12.31.

Polo positivo a tierra, similar al anterior, ver figura 12.32.

Punto central de la batería a tierra, fusibles en ambos polos, si funde un fusible la falla esta individualizada, este método no es conveniente para los circuitos de disparo que requieren alta integridad. Es conveniente cuando una falla puede cerrarse a través del punto medio de la carga, ver figura 12.33.

Negativo a tierra a través de una resistencia de tierra, requiere fusible del lado positivo, la principal ventaja de la resistencia es que la corriente de falla esta muy limitada, y el sistema puede quedar en operación con falla a tierra del

positivo. Es fundamental no ignorar la primera falla, ya que una segunda falla en el polo negativo causa la fusión de los fusibles, ver figura 12.34.

Positivo a tierra a través de una resistencia de tierra, similar al anterior. Punto central de la batería a tierra a través de una resistencia, se puede poner fusible en ambos polos, o en solo el positivo. Los fusibles funden en caso de falla entre polos, la falla de un solo polo no causa la fusión, si solo hay un fusible la falla entre polos produce su fusión, luego circula corriente (por el polo sin fusible) limitada por la resistencia. Centro artificial a tierra, entre los polos de la batería dos resistencias R1 y R2 generan un punto medio que se pone a tierra a través de RE, puede haber solo fusible en el polo positivo, (o en ambos polos) como en el caso anterior, siempre la batería drena corriente a través de las resistencias R1 y R2, ver figura 12.35.

Positivo a tierra a través de circuito detector, (negative biased circuit erthing), provee mejor protección contra corrosión de las bobinas, desventaja que se denuncian fallas de alta resistencia en el polo que no esa a tierra, ver figura 12.36.

Para las tensiones mas altas se prefiere la puesta a tierra a través de resistencias, lo que permite soportar la primera falla manteniendo la alimentación. Carga de batería

Carga a flote a tensión constante, diseñada para un 10% de tensión por arriba de la nominal 2.25 V por celda ácidas, o 1.4 V níquel cadmio, la carga esta diseñada para soportar 10 o 15% de sobretension. Cuando inicia la carga, esta se hace primero a corriente constante, y luego finaliza a tensión constante. Las variaciones de carga son normalmente absorbidas por el suministro en corriente alterna a través del cargador, y la batería queda libre de severas cargas y descargas que afectarían su vida. Carga rápida, se utiliza para regenerar la batería después de una larga emergencia, se pueden alcanzar los 2.7 V por celda ácidas, o 1.65 V níquel cadmio, y normalmente no es aceptable tener conectada la carga, este inconveniente se salva con dos baterías, con topes para ajuste de tensión, o con diodos de caída para la carga. Cuando se tiene dos baterías, un pequeño cargador (trickle charging) mantiene en carga la batería desconectada. Con este arreglo se impide la corriente de circulación entre ambas baterías mediante diodos de bloqueo. Protección de los circuitos de continua Se han propuesto uno o dos fusibles a la salida de la batería, la desventaja de los dos fusibles es que deben cambiarse ambos, aunque uno haya quedado integro, la ventaja es que se limita la perdida al circuito afectado. Si el sistema esta puesto a tierra con resistencia, la falla en A no produce actuación del fusible, una segunda falla en E causa la actuación del fusible -3, la posibilidad de esta falla depende de la longitud del cable E, que generalmente esta limitado al tablero de relés.

Las fallas C - D, D - E implican mal funcionamiento, y no son influenciadas por la opción de fusibles elegidas (uno o dos), ver figura 12.37.

Los interruptores miniatura deben verificarse en su corriente de cortocircuito (lo que requiere combinarlos con fusibles), y no es fácil lograr selectividad ante fallas (por la actuación del disparo instantáneo). Niveles de cortocircuito en CC Dos fuentes contribuyen a la corriente de cortocircuito, la batería y el cargador, el aporte de la batería depende de la resistencia interna, por ejemplo 2.2 V por celda, 400 amper-hora, 300 microohm por celda. Icc = 2.2 / (300 * 10^-6) = 7300 A El aporte del cargador, es el cortocircuito equivalente en bornes de baja tensión del cargador, por ejemplo un transformador de 20 kVA, reactancia 3%, apropiado para una batería de 400 amper-hora, a 110 V presenta un aporte de: 100 * 200 / 3 = 667 kVA; 667000 / 110 = 6060 A Los circuitos limitadores del cargador actúan en dos ciclos (40 mS)

La corriente de falla es ulteriormente limitada (en valor y velocidad de crecimiento) por los circuitos de distribución. Capacidad de la batería La decisión del tamaño correcto de la batería esta ligada al tipo, se debe definir un diagrama de descarga que simule la necesidad (en un caso extremo). Cuando la descarga es demasiado rápida la capacidad de la batería resulta reducida (según sea el tipo). A medida que se descarga la tensión de la batería se reduce, debiendo definirse la tensión mínima que sirve para la carga. Pasados lo 5 años de uso debe controlarse que las baterías mantengan su capacidad, a fin de garantizar el servicio. Distribución en corriente continua La distribución mas simple es un tablero de distribución (panel) con una batería y un solo cargador, es la mas económica, y con adecuado control y mantenimiento es suficiente. Las estaciones importantes tienen baterías y cargadores redundantes, cada batería y cargador esta conectado a una barra distinta del tablero de distribución. La carga debe estar conectada a la batería, y no a los bornes del cargador, este entrega corriente y tensión pulsantes, el seccionamiento de las barras de distribución con dos seccionadores (interruptores) facilita el mantenimiento, ambas barras normalmente pueden estar en paralelo, diodos de bloqueo en la entrada a barras impiden que una batería se descargue en la otra, ver figura 12.38.

Las líneas de distribución pueden ser radiales o en anillo, y si se hace este ultimo con seccionamientos que permiten dividir el anillo parte sobre una barra, y parte sobre la otra. Ubicación de los contactos y cargas Los contactos que separan las cargas se ponen del lado positivo, y las bobinas (cargas) del lado negativo, para evitar que la corrosión de las bobinas se convierta en carga permanente, y los alambres de las bobinas deben ser de sección suficiente para reducir la posibilidad de fallas. La probabilidad de mala operación del relé se reduce con contactos a ambos lados de la bobina, pero esta solución lleva a circuitos mas complejos. Ubicación de la falla a tierra

La forma de encontrar una falla a tierra es ir seccionando cada circuito hasta que la alarma de falla a tierra desaparece. La sucesiva aislacion de los circuitos puede resultar inconveniente, ver figura 12.39.

Se puede realizar una coordinación de protecciones con escalonamientos (fusibles por ejemplo) si la corriente de cortocircuito es suficientemente elevada. Alarmas falla el suministro de corriente alterna falla del cargador de baterías falla a tierra de batería alta tensión continua baja tensión continua

Precauciones en salas de baterías de plomo ácidas Es necesario adecuado espacio para inspección, mantenimiento, pruebas, y reemplazo de celdas. La sala debe ventilarse por medios naturales o asistida con un ventilador para prevenir la acumulación de hidrogeno. Las celdas están montadas sobre racks, si metálicos deben estar conectados a tierra, deben ser resistentes al ácido, las celdas deben estar aisladas de los racks, si los racks son aislantes su aislacion debe ser para la tensión máxima de la batería. Distintas baterías, o baterías de distintas tensiones deben ser separadas. Por su peso es preferible ubicarlas en el suelo sólido. Son de importancia respetar condiciones especiales cuando hay peligros de sismos. El suelo debe ser a prueba de ácidos, debe haber previsiones para contener el electrolito, debe haber suministro de agua, instalaciones resistentes al ácido. Los equipamientos metálicos que se ubican dentro de la sala deben ser a prueba de explosión, y a prueba de ácidos. Debe haber también disponible agua destilada, especialmente en los lugares donde se prevé dificultad de obtención.

13 - ORGANIZACIÓN DEL PROYECTO ing. Juan Carlos Alaniz 13.1 - PRESENTACIÓN El diseño de una Estación Transformadora es una tarea multidisciplinaria, que implica desarrollar las acciones necesarias para definir, por medio de documentación técnica adecuada, todas las etapas a cumplir a partir de la decisión de construirla, hasta su puesta en servicio.

Esta decisión, tomada generalmente en áreas de Planeamiento y Estudio, involucra también la definición de otros parámetros básicos, como son los Niveles de Tensión, las Potencias de Transformación, los Niveles de Cortocircuito, la Coordinación de los Niveles de Aislación, los Limites de Estabilidad del Sistema, etc., y que junto con la información sobre la evolución prevista de la demanda y la zona de ubicación tentativa de las instalaciones, son los datos de partida para la tarea de diseño. Las etapas de diseño pueden subdividirse de acuerdo al orden cronológico natural, que surge del desarrollo de la idea básica, hasta la definición de todos los detalles de ejecución. Evidentemente, esta subdivisión así como el grado de detalle hasta el que se llegue en cada etapa, dependen de las modalidades y particularidades de cada empresa o grupo, que deba acometer la tarea de diseñar una Estación Transformadora. Así por ejemplo, el diseño podría consistir solamente en la definición de la Ingeniería Básica o bien extenderse hasta la definición de los mínimos detalles del equipamiento y la obra, digamos exagerando prácticamente hasta "el último tornillo". En el primer caso se deja para el grupo que ejecuta las obras, la definición de aspectos muy amplios, referidos al equipamiento, la instalación o el conexionado; en el segundo, prácticamente solo se requerirá mano de obra. Entre ambos extremos existe una amplia gama de posibilidades. En nuestro medio se los conoce con los nombres de "Gestión Externa" o "Llave en Mano" y "Gestión Interna Completa" o "Por Administración".

La experiencia recogida en nuestro medio, donde ambas modalidades se han empleado, apunta últimamente hacia un modelo intermedio, que podríamos denominar de "Gestión Interna Incompleta" donde el grado de definición suele llegar hasta los detalles generales del equipamiento y la instalación, quedando a cargo de los grupos de ejecución, solo los detalles constructivos menores, que de todos modos están sujetos a la supervisión del grupo de diseño. Para finalizar diremos que la tarea de diseño no se agota con la entrega de la documentación técnica necesaria para construir físicamente la Estación Transformadora, sino que comprende la asistencia técnica a las etapas de adquisición de equipamiento, obras, pruebas y puesta en servicio y aún suele prolongarse hasta la explotación y mantenimiento de las instalaciones. A modo de ejemplo se indica el diagrama de etapas de un modelo de "Gestión Interna Incompleta" incluyéndose un breve resumen que describe cada etapa.

Cada una de esas etapas supone partir de ciertos datos de entrada, resolver los problemas planteados (aplicando las reglas del arte y los conceptos técnicos correspondientes), adoptar una serie de decisiones y elaborar finalmente la documentación técnica, que servirá de base o punto de partida para una etapa posterior. 13.2 - ESQUEMA ELÉCTRICO BÁSICO. E- E- B. Datos de Entrada: - Niveles de tensión. - Potencia y cantidad de transformadores - Cantidad de entradas y salidas, (líneas o cables) y potencia a transmitir por cada una de ellas y para cada tensión. - Evolución prevista del sistema para cada nivel de tensión (para prever las reservas y futuras ampliaciones). - Potencia y cantidad de equipos de compensación (Reactores, capacitores, etc.) Problemas a Resolver: Elegir para cada nivel de tensión un esquema unifilar básico que contemple las necesidades del servicio, con la confiabilidad adecuada. Es decir resolver un problema técnico - económico: Confiabilidad versus Economía. Datos de Salida: Esquema unifilar básico indicando valores nominales de: - Barras - Seccionadores - Interruptores

y ubicación de transformadores de medición, descargadores, equipos de Onda Portadora, etc. Comentario: El esquema eléctrico básico muchas veces esta predeterminado por las etapas de planeamiento y estudio. 13.3 - ESQUEMA UNIFILAR COMPLETO. E- U- C. Datos de Entrada: - Esquema Eléctrico Básico. - Niveles de Cortocircuito. - Destino o procedencia de las líneas o cables. - Límites de estabilidad del sistema. - Coordinación de los Niveles de aislación. Problemas a Resolver: - Definir el resto de las características nominales de todos los aparatos. - Definir el esquema de protecciones - Definir el esquema de maniobra - Definir el esquema de sincronización y enclavamiento - Definir el esquema de medición y telecontrol - Definir la potencia y cantidad de los Servicios Auxiliares Datos de Salida: Esquema Unifilar detallado y completo con toda la información necesaria para definir el equipamiento 13.4 - DISPOSICIÓN CONSTRUCTIVA BÁSICA. D- C- B. Datos de Entrada: - Esquema Eléctrico Básico

- Zona de ubicación de las instalaciones Problemas a resolver: Elegir para cada nivel de tensión aquella disposición constructiva que más se adapte a la zona donde se ubicarán las instalaciones y a las condiciones de servicio que deberá prestar. Se definirá por ejemplo si las instalaciones serán a la intemperie o interiores, las barras coplanares o superpuestas etc. Datos de salida: Disposición general de las partes de la instalación con la ubicación relativa del equipamiento en base a distribuciones típicas. 13.5 - ANTEPROYECTO BÁSICO Datos de Entrada: - Esquema Unifilar Completo - Disposición Constructiva Básica Problemas a Resolver: Distribuir las partes de la instalación de forma tal que la solución global obtenida optimice las soluciones particulares adoptadas, para cada problema específico, por ejemplo: ubicación relativa de las playas de alta tensión, caminos de acceso y mantenimiento, edificios de maniobra, auxiliares, dependencias, etc. Datos de Salida: Distribución general de las instalaciones, (Lay- Out), con dimensiones máximas. 13.6 - DEFINICIÓN DEL EQUIPAMIENTO PRINCIPAL O CRITICO Este equipamiento es el que debe fabricarse especialmente y generalmente tiene plazos de entrega del orden de uno o dos años, (Transformadores de

Potencia, Reactores, Interruptores, Seccionadores, Sistemas de Protecciones, Comando y Medición, etc.) Datos de Entrada: - Esquema Unifilar Completo - Datos del Sistema - Anteproyecto Básico Problemas a Resolver: - Definir tipo de equipamiento a adquirir (seccionadores rotativos o pantógrafo, Transformadores monofásicos o trifásicos, etc.) - Características de los aparatos (Régimen de carga de los transformadores, medios de extinción del arco, etc.) - Tensión de maniobra (auxiliar) - Formas de accionamiento - Cantidad y Prestaciones de los núcleos de los TV y TI - Límites de la provisión - Plazos de fabricación y entrega - Garantías de los proveedores - Repuestos - Supervisión de montaje Datos de Salida: Todas las definiciones tomadas se volcarán en las Especificaciones Técnicas, que junto a las condiciones económicas - legales (Pliegos), que regirán los contratos con los proveedores, forman la documentación necesaria para la adquisición del equipamiento. 13.7 - ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN Datos de Entrada:

- Pliegos de Condiciones y Especificaciones Técnicas - Ofertas de los proveedores Problemas a Resolver: - Verificar que lo propuesto por los oferentes, responde a lo solicitado. - Analizar y comparar técnica y económicamente las ofertas, introducir las modificaciones que fueren necesarias, (previo a la adjudicación), para compatibilizar los materiales de distintos proveedores. Datos de Salida: Informe Técnico con la calificación y elencamiento de los proponentes. 13.8

-

DEFINICIÓN

DEL

ESPACIO

NECESARIO

-

ESTUDIO

DE

ALTERNATIVAS Datos de Entrada: - Anteproyecto Básico - Zona de ubicación Problemas a Resolver: Con las dimensiones del Anteproyecto Básico se inicia la búsqueda del terreno necesario para implantar la Estación Transformadora. Normalmente se presentan varias alternativas de ubicación, de ellas se analizarán aquellas que presenten las mejores soluciones con respecto al ingreso de electroductos, (actuales y futuros), caminos de acceso, tipo de terreno, escurrimiento de aguas pluviales, existencia de servicios (agua potable, energía eléctrica en B.T., etc.) Se efectuará para cada una de ellas un estudio económico que tendrá en cuenta básicamente el costo de las obras civiles, (movimiento de suelo, caminos de acceso, tipo de fundaciones, etc.) y los electroductos.

Datos de Salida: Informe técnico - económico de cada una de las alternativas analizadas. 13.9 - ANTEPROYECTO DEFINITIVO Datos de Entrada: - Anteproyecto Básico - Plano de relevamiento topográfico del terreno elegido y de la zona de ubicación. Problemas a Resolver: Remodelar el Anteproyecto básico para compatibilizar el ingreso de los electroductos actuales y futuros, los caminos de acceso, las ampliaciones futuras, etc. Ubicar en forma definitiva los edificios de comando, auxiliares, dependencias, canales de cables, caminos de mantenimiento, cercas perimetrales, desagües, etc. Datos de Salida: Plano acotado con implantación general de la Estación Transformadora indicando: - Dimensiones generales de las playas de A.T. - Dimensiones generales de todos los edificios - Recorrido de los canales de cables - Traza de electroductos - Ubicación de los pórticos de acometida de líneas - Niveles y pendientes del terreno - Numeración y orden de fases de barras y equipos - Ubicación de los caminos de acceso y mantenimiento

- Ubicación de las cercas perimetrales, cañerías y canales de desagüe. - Ubicación de la eventual antena de comunicaciones. 13.10 - ANTEPROYECTO DETALLADO Datos de Entrada: - Anteproyecto Definitivo - Equipamiento Adquirido Problemas a Resolver: Incluir en el Anteproyecto Definitivo las características del equipamiento adquirido, produciendo las modificaciones que sean necesarias. Datos de salida: La diferencia con el Anteproyecto Definitivo estriba en el grado de detalle de la información que suministra. Además de los ya mencionados se agregan: - Detalles de las bases de equipos (dimensiones, esfuerzos, agujeros de fijación, etc.) - Detalle de los canales de cables (dimensiones, disposición de bandejas, etc.) - Detalle de edificios (dimensiones interiores, canales, ubicación de tableros, etc.) - Ubicación de armarios de mando o intermediarios en las playas. - Desarrollo de la Red de Puesta a Tierra - Ubicación de los dispersores de puesta a tierra. 13.11 - SEGUIMIENTO Y CONTROL DE FABRICACIÓN - RECEPCIÓN Datos de Entrada: - Pliegos de Condiciones y Especificaciones Técnicas - Ordenes de Compra o contratos de fabricación Problemas a Resolver:

- Conocer en todo momento el estado de fabricación del equipamiento. - Obtener en tiempo y forma la documentación técnica necesaria para la continuidad de otras etapas de proyecto. - Servir de nexo entre los proveedores y el equipo de proyecto para transmitir necesidades o definiciones. - Intervenir en forma inmediata ante modificaciones de fabricación o de proyecto, para ponerlas en conocimiento del proveedor o el equipo de Proyecto - Supervisar los ensayos de recepción Datos de Salida: - Documentación Conforme a Fabricación y Protocolos de Ensayo 13.12 - PROYECTO CIVIL - PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES Datos de Entrada: - Anteproyecto Detallado - Terreno adquirido Problemas a Resolver: En base al Anteproyecto Detallado y a las características del terreno donde se ubicarán las instalaciones deberá encontrar la solución más económica y que mejor se adapte a los requerimientos de la obra eléctrica, teniendo en cuenta el medio circundante. Datos de Salida: - Planos generales y de detalle de arquitectura y estructurales. - Pliegos de Condiciones económico- legales y Especificaciones Técnicas para contratar la ejecución de las obras civiles. 13.13 - ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN Datos de Entrada:

- Pliegos de condiciones y Especificaciones Técnicas - Ofertas de los Contratistas Problemas a Resolver: - Verificar que lo propuesto por los oferentes responda a lo solicitado - Analizar y comparar técnica y económicamente las ofertas - Tratar de incluir, previo a la adjudicación, aquellas modificaciones de proyecto que se hubieren produciendo desde la confección de las Especificaciones hasta el inicio de las obras. Datos de Salida: Informe Técnico con la calificación y elencamiento de los proponentes. 13.14 - ASISTENCIA TÉCNICA - RECEPCIÓN Datos de Entrada: - Pliego de Condiciones y Especificaciones Técnicas - Contrato de adjudicación de las obras Problemas a Resolver: - Conocer en todo momento el estado de avance de las obras - Obtener en tiempo y forma la documentación técnica Conforme a Obra, necesaria para la continuidad del Proyecto Eléctrico. - Servir de nexo entre el Jefe o Director de obra y el equipo de Proyecto para transmitir necesidades o definiciones - Intervenir, ante modificaciones de obra o de proyecto, para ponerlas en conocimiento de los equipos de proyecto o de obras. - Recepcionar las obras civiles. Datos de Salida: Planos civiles Conforme a Obra

13.15 - PROYECTO ELÉCTRICO - DEFINICIÓN DE EQUIPAMIENTO SECUNDARIO Datos de Entrada: - Esquema Unifilar Completo - Anteproyecto Detallado - Documentación Conforme a Fabricación del equipamiento adquirido. Problemas a Resolver: - Definir la forma de montaje de todo el equipamiento - Definir los criterios de funcionamiento de la Estación Transformadora (sistemas de maniobra, señalización, alarma, enclavamientos, etc.) - Compatibilizar los criterios de operación del sistema de protecciones con el de funcionamiento de la Estación Transformadora. - Traducir todas las definiciones a documentación técnica adecuada para la ejecución de las tareas de montaje y conexionado. - Definir y realizar el cómputo del resto de los materiales y aparatos necesarios para completar el equipamiento de la Estación (cables de maniobra, relés auxiliares, bornes de interconexión, morseteria, etc.) - Definir el programa de las pruebas de recepción y puesta en marcha de la Estación Transformadora (en colaboración con las áreas de Obras y Explotación) Datos de Salida: - Planos de Montaje Electromecánicos - Esquemas Unifilares y Trifilares - Esquemas Funcionales y de Principio - Planos de Conexionado

- Planillas de Borneras - Lista de Cables - Memorias Descriptivas - Listas Varias (de planos, de relés auxiliares, de alarmas, etc.) - Cómputo de Materiales 13.16 - CONFECCIÓN DE PLIEGOS Y ESPECIFICACIONES Datos de Entrada: - Proyecto Eléctrico Problemas a Resolver: - Explicitar las tareas que debe realizar el contratista o equipo de obras para instalar, probar y poner en servicio la Estación Transformadora. - Definir claramente los límites de la provisión de materiales y ejecución de trabajos. - Establecer las garantías y recaudos que habrán de tomarse durante la obra (Seguros sobre equipos, personas, vigilancia y seguridad, limpieza de obra, etc.) Datos de Salida: - Pliegos de Condiciones económico - legales y Especificaciones Técnicas para contratar la ejecución de las obras eléctricas. 13.17 - ESTUDIO DE OFERTAS Y ADJUDICACIÓN Datos de Entrada: - Pliegos de Condiciones y Especificaciones Técnicas - Ofertas de los contratistas Problemas a Resolver: - Verificar que lo propuesto por los oferentes responda a lo solicitado.

- Analizar y comparar técnica y económicamente las ofertas - Analizar la capacidad técnica de los oferentes. Datos de Salida: - Informe Técnico con la calificación y elencamiento de los proponentes. 13.18 - ASISTENCIA TÉCNICA - PUESTA EN SERVICIO Datos de Entrada: - Pliego de Condiciones y Especificaciones Técnicas - Contrato de adjudicación de las obras - Proyecto Eléctrico Problemas a Resolver: - Conocer en todo momento el estado de avance de las obras. - Servir de nexo entre el Jefe o Director de obra y el equipo de Proyecto para transmitir necesidades o definiciones. - Intervenir ante modificaciones de obra para adoptar las soluciones necesarias. - Participar en la puesta en servicio para tomar nota de las modificaciones que se produzcan y asentarlas en la documentación técnica. Datos de Salida: - Proyecto Eléctrico Conforme a Obra.