Dispositivos de protección contra corto circuito

Cuchillas desconectadoras 

Las cuchillas desconectadoras son interruptores de una subestación o circuitos eléctricos que protegen a una subestación de cargas eléctricas demasiado elevadas. Son muy utilizadas en las centrales de transformación de energía eléctrica de cada ciudad. Consta de las siguientes partes:

1. Contacto fijo. Diseñado para trabajo rudo, con recubrimiento de plata.

2. Multicontacto móvil. Localizado en el extremo de las cuchillas, con recubrimiento de plata y muelles de respaldo que proporcionan cuatro puntos de contacto independientes para óptimo comportamiento y presión de contacto.

3. Cámara interruptiva. Asegura la interrupción sin arco externo. Las levas de las cuchillas y de la cámara interruptiva están diseñadas para eliminar cualquier posibilidad de flameo externo.

4. Cuchillas. Fabricadas con doble solera de cobre. La forma de su ensamble proporciona una mayor rigidez y alineación permanente, para asegurar una operación confiable.

5. Contacto de bisagra. Sus botones de contacto troquelado y plateados en la cara interna de las cuchillas, en unión con un gozne plateado giratorio y un resorte de presión de acero inoxidable, conforman un diseño que permite combinar óptimamente la presión de contacto, evitando puntos calientes pero facilitando la operación y estabilidad de las cuchillas.

6. Aisladores tipo estación. De porcelana, dependiendo del tipo de seccionador varía el número de campanas.

7. Base acanalada. De acero galvanizado de longitud variable, con varios agujeros y ranuras para instalarse en cualquier estructura.

8. Cojinete. De acero, con buje de bronce que proporciona una operación suave. No requiere mantenimiento y resiste la corrosión.

9. Mecanismo de operación. Permite una amplia selección de arreglos de montaje para diferentes estructuras.

Interruptor de calentamiento elevado

El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío) como en condición de cortocircuito. La operación de un interruptor puede ser manual o accionada por la señal de un relé encargado de vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado.

Interruptores de aire

El interruptor de aire hasta la aparición del interruptor de SF6 fue el que operó más satisfactoriamente a altas tensiones; de hecho, en una época fue el único interruptor apropiado para operar a tensiones mayores de 345 KV.

Con el desarrollo de este interruptor se eliminó el riesgo de explosión de los interruptores de aceite.

Los interruptores de aire para tensiones entre 72,5 KV y 800 KV son del tipo tanque vivo.

El apagado del arco se efectúa por la acción de un chorro de aire comprimido que barre el aire ionizado del arco.

Las desventajas que presentan los interruptores de aire, básicamente son el alto costo de las instalaciones neumáticas y el mantenimiento frecuente que requieren debido al gran número de válvulas y equipos de compresión, además del fuerte ruido que se produce en la operación del equipo debido a las altas presiones a las que se encuentra sometido el aire.

 Estos interruptores dejaron de ser utilizados con la aparición de los interruptores en SF6.

Interruptores en vacio

La alta rigidez dieléctrica que presenta el vacío (es el aislante perfecto) ofrece una excelente alternativa para apagar en forma efectiva el arco. En efecto, cuando un circuito en corriente alterna se desenergiza separando un juego de contactos ubicados en una cámara en vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que la rigidez dieléctrica entre los contactos aumenta en razón de miles de veces mayor a la de un interruptor convencional (1 KV por µs para 100 A en comparación con 50 V/µs para el aire). Esto hace que el arco no vuelva a reencenderse.

La presencia del arco en los primeros instantes después de producirse la apertura de los contactos se debe principalmente a:

•  Emisión termoiónica.

•  Emisión por efecto de campo eléctrico.

Es importante destacar la importancia que tiene el material con que se fabrican los contactos de los interruptores en vacío. La estabilidad del arco al momento de separarse los contactos, depende principalmente de la composición química del material con que fueron fabricados. Si el arco es inestable, significa que se apaga rápidamente antes del cruce natural por cero de la corriente, generando elevados di/dt con las consiguientes sobre tensiones. Para evitar esta situación, se buscan materiales que presenten baja presión de vapor en presencia de arco.

Relevadores 

El relé o relevador es un dispositivo electromecánico. Funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de una bobina y unelectroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.

Fue inventado por Joseph Henry en 1835.

Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico. Como tal se emplearon en telegrafía, haciendo la función de repetidores que generaban una nueva señal con corriente procedente de pilas locales a partir de la señal débil recibida por la línea. Se les llamaba "relevadores" . De ahí "relé".

La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre la corriente de accionamiento, la que circula por la bobina del electroimán, y los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control. También ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñas señales de control. En el caso presentado podemos ver un grupo de relés en bases interfases que son controlado por modulos digitales programables que permiten crear funciones de temporización y contador como si de un mini PLD (Dispositivo Lógico Programable) se tratase. Con estos modernos sistemas los relés pueden actuar de forma programada e independiente lo que supone grandes ventajas en su aplicación aumentando su uso en aplicaciones sin necesidad de utilizar controles como PLD's u otros medios para comandarlos (ver fig 8). Se puede encender por ejemplo una bombilla o motor y al encenderlo se apaga el otro motor o bombilla.

Fusibles

En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un soporte adecuado, un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, porEfecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos.

Puesta a Tierra 

La toma de tierra, también denominado hilo de tierra, toma de conexión a tierra,puesta a tierra, pozo a tierra, polo a tierra, conexión a tierra, conexión de puesta a tierra, o simplemente tierra, se emplea en las instalaciones eléctricas para llevar a tierra cualquier derivación indebida de la corriente eléctrica a los elementos que puedan estar en contacto con los usuarios (carcasas, aislamientos,...) de aparatos de uso normal, por un fallo del aislamiento de los conductores activos, evitando el paso de corriente al posible usuario.

 Identificar la protección de las instalaciones contra el corto circuito. 

Se denomina cortocircuito al fallo en un aparato o línea eléctrica por el cual la corriente eléctrica pasa directamente del conductor activo o fase al neutro o tierra en sistemas monofásicos de corriente alterna, entre dos fases o igual al caso anterior para sistemas polifásicos, o entre polos opuestos en el caso de corriente continua. Es decir: Es un defecto de baja impedancia entre dos puntos de potencial diferente y produce arco eléctrico, esfuerzos electrodinámicos y esfuerzos térmicos.

El cortocircuito se produce normalmente por los fallos en el aislante de los conductores, cuando estos quedan sumergidos en un medio conductor como el agua o por contacto accidental entre conductores aéreos por fuertes vientos o rotura de los apoyos.

Debido a que un cortocircuito puede causar importantes daños en las instalaciones eléctricas e incluso incendios en edificios, estas instalaciones están normalmente dotadas de fusibles o interruptores magneto térmicos a fin de proteger a las personas y los objetos.

Red de la compañía suministradora de energía eléctrica 

El sistema de suministro de energía eléctrica está formado por el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección.

Constituye un sistema integrado que además de disponer de sistemas de control distribuido, está regulado por un sistema de control centralizado que garantiza una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas. Con este objetivo, tanto la red de transporte como las subestaciones asociadas a ella pueden ser propiedad, en todo o en su mayor parte y, en todo caso, estar operadas y gestionadas por una entidad independiente de las compañías propietarias de las centrales generadoras y de las distribuidoras o comercializadoras de electricidad.

Asimismo, el sistema precisa de una organización económica centralizada para planificar la producción y la remuneración a los distintos agentes del mercado si, como ocurre actualmente en muchos casos, existen múltiples empresas participando en las actividades de generación, distribución y comercialización.

En la figura siguiente, se recogen los distintos componentes del sistema de suministro eléctrico:

Turbogenrador o fuente de generacion propia 

TURBOGENERADOR O FUENTE DE GENERACIÓN PROPIATurbina unida a un generador. La turbina es un dispositivo mecánico que transforma unacorriente de agua o de gas, a través de unas aspas o álabes, en energía cinética de un eje degiro. Si ese eje giratorio es el de un generador se convierte en energía eléctrica.Se le dice genéricamente "turbogenerador" al generador eléctrico (alternador) de bajo númerode pares de polos, es decir, de elevada velocidad de giro (3000 r.p.m. o más), quenormalmente son movidos por turbinas de vapor o turbinas de gas (en este caso,generalmente, con un reductor de velocidad).  Motores síncronos

Abstract

Una máquina sincrónica es una máquina de corriente alterna cuya velocidad bajo condiciones de estado estable es proporcional a la frecuencia de la corriente en su armadura. El campo magnético que crean las corrientes de armadura gira a la misma velocidad que el que crea la corriente del campo en el rotor (que gira a la velocidad sincrónica), y se produce un par estacionario.

Desarrollo

Funcionamiento del motor síncrono

Una máquina sincrónica es una máquina de corriente alterna cuya velocidad bajo condiciones de estado estable es proporcional a la frecuencia de la corriente en su armadura. El campo magnético que crean las corrientes de armadura gira a la misma velocidad que el que crea la corriente del campo en el rotor (que gira a la velocidad sincrónica), y se produce un par estacionario.

Los polos del rotor están sometidos ahora a atracciones y repulsiones, en breves periodos de tiempo, por parte de los polos del estator, pero el rotor no consigue girar, entonces vibrará. Pero si llevamos el rotor a la velocidad de sincronismo, haciéndole girar mediante un motor auxiliar, al enfrentarse polos de signo opuestos se establece un enganche magnético que les obliga a seguir girando juntos, pudiéndose retirar el motor auxiliar.

Motor de Inducción Simple de AC

Un gran porcentaje de pequeños motores de AC, están clasificados como motores de inducción. Esto significa que no se suministra corriente a las bobinas giratorias. Estas bobinas son bucles cerrados, por donde fluyen grandes corrientes inducidas debido a su baja resistencia.Un motor de inducción debe lograr un campo magnético rotatorio, que ejerza un par continuo sobre las bobinas de la armadura. En este ejemplo, el campo giratorio se logra mediante las bobinas extras en los polos.

Los motores de inducción usan bucles cerrados de cables, montados sobre una armadura giratoria. Estos bucles obtienen el par necesario para el giro, de las corrientes inducidas en ellos por medio de los cambios del campo magnético producido por las bobinas del estator (bobina fija).

Cálculo de la corriente de corto circuito en cualquier punto de la instalación (en baja tensión)

Existen diferentes tipos de solución para el análisis de fallas (estudio de corto circuito), entre
los cuales se destacan el método de las componentes simétricas que es un método exacto,
pero que comúnmente se confunde con el método denominado por unidad. A continuación se
describe una lista de los métodos más conocidos.
 Método de las componentes simétricas (método exacto).
 Método porcentual (método por unidad).
 Método de MVA’s (método de las potencias).
 Método de la matriz Zbus (método exacto).
 Método por software.
 Método de las componentes simétricas.
Este método se basa principalmente en el desarrollo de las componentes simétricas y su
relación con las redes de secuencia. Se toman en cuenta las siguientes consideraciones:
 Dibujar un diagrama correspondiente al punto de falla en donde se muestre todas las
conexiones de las fases en dicho punto, se indicarán corrientes, voltajes, impedancias
considerando su polaridad y direcciones.
 Escribir las ecuaciones que relaciona los voltajes y corrientes conocidas para el tipo de
falla en estudio.
 Transformar corrientes y voltajes del punto anterior de fases abc a secuencias 012.
 Examinar corrientes de secuencia para determinar la conexión apropiada de las
terminales F y N de las redes de secuencia para satisfacer las condiciones del punto 3.
 Examinar los voltajes de secuencia para obtener la conexión apropiada de las
terminales F y N de las redes de secuencia para satisfacer los puntos 3 y 4.
Después de realizar los puntos anteriores, se obtienen diferentes ecuaciones de cálculo de la
corriente de falla en análisis, entonces: