Reubicación de Transformadores

Con la determinación del centro de carga a partir del cartograma y la localización del transformador lo más cerca a éste, se hace posible llevar la línea de tensión primaria al centro de consumo de energía de ese sector de la red, disminuyendo notablemente la extensión de los circuitos secundarios lo que lleva a una reducción de los gastos en conductores y una disminución de las pérdidas y caídas de tensión en los mismos.

2. Reducción del Exceso de Capacidad de los Transformadores

Al instalar transformadores de una capacidad mayor que la necesaria ocurren pérdidas superiores a los gastos que se producirían por utilizar un transformador cuya capacidad nominal estuviera en correspondencia con la magnitud de la carga. Este incremento de las pérdidas se debe a los altos valores que toma la corriente de magnetización.

Como consecuencia de la reducción del exceso de capacidad, se pueden recuperar transformadores, disminuir el consumo de reactivo y las pérdidas netas del circuito.

3. Reducción de la Tensión en Mínima Demanda.

Al disminuir la demanda, se reducen las corrientes y por ende las pérdidas de potencia, trayendo consigo un aumento en la tensión en la red.

De la característica estática (frecuencia constante) de la potencia reactiva de la carga en función de la variación de la tensión se tiene que con el aumento del voltaje por encima del valor nominal aparece un aumento del consumo de potencia reactiva en el sistema.

Los sistemas de distribución se caracterizan porque sus cargas son mayoritariamente una combinación de carga motora (asincrónica) y transformador es por lo que el aumento de la tensión por encima del valor nominal produce una disminución de las pérdidas por dispersión y un aumento de las mismas por corrientes de magnetización. El predominio de estas últimas incrementa la carga del sistema por lo que si en horario de mínima demanda se logra reducir la tensión se obtiene una reducción de pérdidas en el sistema.

4. Reordenamiento de la Carga

En las horas pico, es donde se produce la máxima demanda de energía eléctrica, por lo que se hace necesario que hasta las máquinas generadoras menos eficientes tengan que funcionar. Cuando la demanda es superior a la generación se hace necesario interrumpir algunas cargas, con la consiguiente molestia y afectación a los consumidores del servicio eléctrico, en estos casos se hace evidente la necesidad del ajuste de cargas, que consiste en trasladar las cargas de las horas de máxima demanda hacia las horas de menos demanda.

Esta es una medida a realizar a nivel de consumidores ya que debe existir un adecuado control y regulación de las cargas eléctricas y aplicarse con una

periodicidad anual o menor en caso de que los cambios en el proceso de producción o servicios modifiquen la carga a su ajuste.

5. Balance de Cargas de los Circuitos

El desbalance de la carga en un circuito se debe fundamentalmente a la conexión arbitraria de cargas monofásicas en las líneas.

El desbalance de las cargas provoca que las corrientes que circulan por los conductores sean diferentes con lo que algunas se sobrecargan provocando pérdidas adicionales por el incremento de la densidad de corriente, mientras que otras mantienen condiciones ventajosas de transmisión.

Cambio del Calibre de los Conductores

Esta medida es utilizada para reducir los valores de los índices de caída de tensión y pérdidas de potencia en las líneas, en aquellos tramos donde la conjugación de los efectos de la longitud, la sección del conductor y la corriente que circula por los mismos provocan elevados valores de estos índices.

Sistemas de Protección

Romero, C. (1980), a firma que la continuidad y la calidad del suministro de energía eléctrica “es uno de los objetivos del funcionamiento del sistema de protección, ya que los mismos determinan la continuidad del suministro presentado por las empresas eléctricas a los suscriptores”. (p.53)

Todos los sistemas eléctricos, cualquiera que sea su naturaleza, están expuestos a la ocurrencia de falla o condiciones anormales de operación que de una u otra manera afectan su normal funcionamiento. El dispositivo de protección es el encargado de detectar las ocurrencias de alteraciones o perturbaciones que se presentan en los sistemas de potencia, que le permite

luego tomar acciones correctivas tendentes a disminuir sus efectos sobre el mismo.

Objetos de un Sistema de Protección

El objetivo principal de los sistemas de protección consiste “en detectar la falla, determinar su localización y retirar rápidamente del sistema únicamente la parte necesaria para eliminar la falla del mismo” (p. 45).

Los sistemas de protección modernos, son más protección a los sistemas que una protección a los equipos, por cuanto al actuar en la forma indicada evitan que la falla dañe la calidad del servicio, lo mantienen en su más alto grado de explotación y al mismo tiempo, mejoran la continuidad del servicio a los consumidores.

Funciones de los Sistemas de Protección: Para cumplir con su objetivo

principal, los sistemas de protección realizan funciones muy variadas, algunas de las cuales se mencionan a continuación:

Retirar rápidamente del servicio la parte necesaria para despejar la falla, con el objeto de evitar que se dañe la calidad del servicio, como es el caso de un cortocircuito en cualquier parte del sistema.

Poner en operación señales luminosas o sonoras, cuando se presenta una condición de operación anormal con el objeto de que el personal de operación del sistema tome las medidas necesarias que el caso amerite, como es el de una sobrecarga en un transformador.

Retirar de servicio la parte del sistema en donde la condición anormal pueda afectarlo y a los equipos, como es el caso de una sobrecarga mantenida en un transformador que pone en peligro al propio transformador, y al mismo tiempo, al sistema.

Impedir maniobras de operación incorrectas que por error pueda cometer el personal de operación y que afectan al sistema, como puede ser una orden de sincronización cuando no existen condiciones para la misma.

Seccionar el sistema en los puntos más aconsejables para la repartición de las cargas frente a una pérdida de sincronismo.

Es difícil enumerar todas las funciones que debe realizar un sistema de protección; sin embargo, puede decirse que en general, debe realizar todas aquellas funciones tendientes a evitar que se dañe la calidad y continuidad del servicio.

También debe mantener en su más alto grado de explotación al sistema. Conservar el servicio a la mayor cantidad de consumidores y retirar lo estrictamente necesario para eliminar la falla. Aparte de las funciones necesarias para cumplir con su objetivo principal, los sistemas de protección realizan otra serie de funciones de tipo secundario, que se mencionan a continuación:

Reducir los daños ocasionados por la falla retirando oportunamente el equipo fallado:

Indicar que tipo de la anomalía que ha ocurrido. Indicar la localización de la misma.

Suministrar los registros de evolución de las fallas. Llevar los registros del número de las fallas.

Hacer chequeos de sí la perturbación es transitoria y de ser así, restablecer el servicio.

Característica de un Sistema de Protección: Palacios, A. (1980) expone que:

La configuración de un sistema de protección no sigue un esquema general por cuanto debe cubrir la totalidad del sistema de potencia y por tanto depende de la configuración del mismo. Su diseño debe hacerse al mismo tiempo que se diseña la configuración del sistema de potencia y por consiguiente no pueden darse reglas de diseño de aplicación general. (p.76)

Sin embargo, cualesquiera que sea el sistema de potencia, el sistema de protección debe cumplir con sus objetivos principales y esto permite dar

algunas de las características más importantes que debe presentar todo sistema de protección:

Sensibilidad: La suficiente sensibilidad para detectar las fallas que lo

afectan.

Selectividad: Poder determinar la localización de la falla para despejarla,

retirando de él únicamente la parte afectada por la falla.

Velocidad: Determinar con qué velocidad es necesario despejar la falla, y

poseer la velocidad adecuada para hacerlo.

Confiabilidad: Por cuanto las anomalías que afectan el sistema se

presentan con relativa poca frecuencia, es necesario que su diseño garantice que se pueda confiar en que al presentarse una falla su operación sea correcta.

Estabilidad: Es necesario que el sea estable, para que frente a una

falla no se retiren innecesariamente elementos sanos del sistema.

Equipos Protectores Contra Sobre Corriente

Palacios, A. (1980) afirma que:

El equipo más simple de protección contra sobre corriente es el fusible. El elemento fusible más usado está hecho de una aleación metálica que se funde por calor causado por la corriente que pasa a través del elemento cuando excede algún valor mínimo determinado por el valor nominal de ese elemento en particular. Circuitos aéreos de distribución son protegidos normalmente por corta-corriente de tipo abierto que usan láminas fusibles.

Cada vez que una sobre corriente pasa a través del fusible, por un cierto tiempo mínimo, el elemento se funde y abre permanentemente el circuito. Así el fusible es un equipo de un solo uso, que no tiene posibilidad de recierre. Esto puede ser causa de interrupción en fallas temporales ocasionando pérdidas de servicio, de dinero y de horas – hombres, necesarias para reemplazar el fusible.

Equipos de Maniobra

Son todos aquellos equipos de potencia instalados en la subestación para abrir o cerrar un circuito eléctrico. En las subestaciones de CADAFE existen tres tipos:

Disyuntor

Según S. Regert L. (1998). Es un equipo de potencia diseñado para abrir o cerrar uno o más circuitos eléctricos, bajo condiciones normales de operación o de falla.

Un interruptor de potencia o disyuntor es un dispositivo cuya función consiste en interrumpir y restablecer la condición de corriente en un circuito, es decir, el interruptor abre y cierra galvánicamente al circuito en cuestión. Esta interrupción se puede efectuar bajo carga, para despejar por ejemplo una falla, para desconectar o conectar cualquier equipo eléctrico o línea de transmisión. Los medios de extinción de los disyuntores pueden ser: aceite, hexafloruro de azufre, aire comprimido, vacío o soplado magnético. (p.96)

Seccionador

Es un equipo de maniobra diseñado solo para abrir o cerrar circuitos eléctricos en condiciones energizadas o no, pero sin circulación de corriente de carga o cortocircuito. Los seccionadores según su condición de operación se clasifican en:

De línea y de barras: Se emplean para aislar un tramo o transferir un

circuito.

Rompe arco: Está equipado con cuernos rompe arco y es utilizado para

desenergizar transformadores en vacío.

De puesta a tierra: Tal como su nombre lo indica, se utiliza para la puesta

a tierra de líneas y equipos, cuando se realiza una labor de inspección, mantenimiento o reparación.

Reconectador

Es un equipo diseñado para abrir un circuito eléctrico bajo condiciones normales de operación o de fallas, en este último caso se realiza la conexión automática del circuito. Si la falla es permanente, abre definitivamente después de un ciclo de operaciones preestablecidos. Se clasifican según su sistema de control de mando en:

De control hidráulico. De control electrónico.

El tipo de control hidráulico es él mas usado por las subestaciones de transmisión de CADAFE.

Relé de Protección

Son aquellos que tienen por función censar continuamente los valores característicos del circuito (equipo) protegido, y desconectarlo del circuito inmediatamente (por medio de disyuntores) cuando dichos valores sobrepasen de los preestablecidos. Estos valores pueden ser: tensión, frecuencia, temperatura, presión, o combinaciones de ellas. Este presenta las siguientes características:

Selectividad: Propiedad por el cual el relé detecta la falla que está dentro

de lo que se denomina zona de protección.

Confiabilidad: Propiedad por medio de la cual el relé siempre actúa ante

fallas que están dentro de sus zonas de protección.

Sensibilidad: Propiedad mediante la cual el relé mantiene sus

características de operación, cuando los valores que están midiendo está por encima de ciertos límites.

Pararrayos

Protegen los equipos de la subestación contra sobretensiones producidas por las descargas atmosféricas o de maniobra que inciden en las líneas de transmisión y distribución.

Fusibles

Según Palacios, (1980), el fusible es “un dispositivo protector que contiene un pequeño trozo de alambre especial que funde cuando la intensidad que circula por él durante un período determinado de tiempo excede de un valor establecido” (p. 54).

Sobre tensiones

Palacios, (1980). Se denomina sobretensión a todo aumento de la tensión capaz de poner en peligro el material o el buen servicio de una instalación eléctrica. La relación entre la sobretensión Us y la tensión de servicio U, se denomina factor de sobretensión y viene expresado por: (p.65)

Ks = Us / U

Por ejemplo en una línea de 6 KV, aumenta la tensión hasta 15 KV, el factor de sobretensión tiene un valor expresado por:

Ks = 15 / 6 = 2,5

Muchas veces es imposible calcular el factor de sobretensión y, por lo tanto, prever la magnitud de las posibles sobretensiones que pueden presentarse en la Instalación.

Estas protecciones deben regularse a un factor de sobretensión que sea menor al grado de seguridad de la instalación pero que, por otra parte, no se aproxime demasiado al valor de la tensión de servicio ya que de lo contrario entraría muchas veces en funcionamiento haciendo inestables las condiciones de la instalación. Las sobretensiones se producen tanto en instalaciones de baja como de alta tensión aunque, generalmente, en las primeras tienen menos importancia que en las últimas, debido a que en las instalaciones de alta tensión las propias condiciones de funcionamiento y de aislamiento favorecen la aparición de sobretensiones.

Interruptores

Harper (1.986), define los interruptores como “aparatos de corte que permiten efectuar maniobras voluntarias de aperturas y de cierres de circuitos en condiciones dadas de carga” (p. 215). (Ver Figura 6).

Figura 5. Interruptor. Donald G. Fink. (1997)

Los interruptores se diferencian de los disyuntores o interruptores de potencia en que sus contactos están previstos para abrir y cerrar circuitos eléctricos con intensidades nominales y con sobrecarga pero no están preparados para abrir y cerrar sus contactos sobre cortocircuitos, ya que su capacidad de ruptura es menor que la de los disyuntores; por lo general, esta capacidad de ruptura es de dos o tres veces mayor que la correspondiente a la intensidad nominal del interruptor.

Pararrayos

Harper (1986), define el pararrayos a los dispositivos destinados a descargar las sobretensiones producidas por descargas atmosféricas, por maniobras o por otras causas que, en otro caso, se descargarían sobre los aisladores o perforando el aislamiento, ocasionando interrupciones en el sistema eléctrico y, en muchos casos, desperfectos en los transformadores. (p. 46). (Ver figura 7).

Figura 6. Pararrayo. Catálogo de Industrias Argeven S.A. (1999)

Para que su funcionamiento sea eficaz, los pararrayos han de estar permanentemente conectados a las líneas pero solamente han de entrar en funcionamiento cuando la tensión alcance un valor conveniente y superior, naturalmente, a la tensión de servicio. Es decir, que un pararrayos actúa a la manera de una válvula de seguridad.

Como en las primeras instalaciones en que se emplearon estos dispositivos, su misión fundamental era limitar las sobretensiones de origen atmosféricos, recibieron el nombre de pararrayos. Posteriormente se amplió su misión, utilizándose también para proteger las instalaciones contra las sobretensiones de origen interno, Por eso, parece más adecuada la denominación de descargadores de sobretensión aunque se ha conservado la denominación clásica de pararrayos, porque parece más intuitiva.

Se utiliza indistintamente ambas denominaciones porque estos términos se refieren al mismo dispositivo. Las funciones específicas del pararrayo son: Operar sin sufrir daños por tensiones en el sistema y corrientes que circulen por el. Reducir las sobretensiones peligrosas a valores que no dañen el aislamiento del equipo, por lo que para cumplir con lo anterior se debe seleccionar el aislamiento apropiado. Las características de protección del pararrayo se pueden dividir en dos partes:

Tensión de Arqueo: Es una función de la forma de onda y la tensión

Tensión de Descarga: Esto se refiere a la caída de tensión (I * R) en el

pararrayo es una función de la forma de onda y la magnitud de la corriente.

El Aislamiento

Según Roque. (1999): El aislamiento en un circuito determina su capacidad para soportar sobretensiones sin sufrir daños severos en el mismo. Está constituido por los aisladores, los pararrayos y el sistema de puesta a tierra. (p.96)

Los aisladores determinan la probabilidad de flameo o de arco que puede ocurrir en un circuito, mientras tanto los pararrayos se encargan de limitar las sobretensiones que ocurren en los circuitos eléctricos, siguiendo un valor nominal establecido por el fabricante para una determinada corriente de descarga. Sin embargo, estos equipos y cualquier otro destinado a la protección de un sistema eléctrico es ineficaz sino cuenta con un buen sistema de puesta a tierra, pues este es el medio que van a utilizar las corrientes de las sobretensiones para disiparse a tierra.

Los estudios de aislamiento es una de las áreas más nuevas de la electricidad, pero había un detalle, y es que no consideraban la puesta a tierra, por lo que Anderson y Eriksson fueron los primeros en tener en cuenta este aspecto, la cual representa la variable que más influye al presentarse una sobretensión por cualquier causa y determina al mismo tiempo el margen de protección del circuito.

Coordinación de Aislamiento

La definición más acertada se encuentra contenida en una publicación del Asociación de Ingenieros Electricistas Suizos (SEV, 1947), cuya traducción puede formularse en los siguientes términos: Se entiende por coordinación de aislamiento a todas aquellas medidas que tienen por finalidad evitar fallas en el sistema como consecuencia de las sobretensiones que se generan en

el mismo, al igual que la circunscripción de estas sobretensiones en aquellos sitios del sistema donde causen el menor daño, siempre y cuando sea económicamente viable y tratando en lo posible de que el suministro de energía no se vea interrumpido.

En la publicación IEC 71 - 1 se establece que:

La coordinación del aislamiento comprende la selección de la resistencia dieléctrica del equipo y su aplicación, en relación con las tensiones que pueden aparecer en el sistema para el cual el equipo está diseñado y teniendo en cuenta las características de los dispositivos de protección disponibles, de tal manera que se reduzca a un nivel económico y operacionalmente aceptable la probabilidad de que los esfuerzos de la tensión resultan impuestos en el equipo causen daño en el aislamiento de éste o afecte la continuidad del servicio.

Por lo tanto, es aceptable un cierto riesgo de falla. Que tan grande pueda ser el riesgo aceptado, depende de consideraciones económicas y de confiabilidad en el servicio.

Tal como se mencionó anteriormente, la resistencia dieléctrica de un equipo está dada por su nivel de aislamiento nominal. Para equipos diseñados, para sistemas con tensiones menores de 300 KV (rangos A y B, de acuerdo a la IEC) el nivel de aislamiento está dado por la tensión nominal soportada al impulso atmosférico (BIL o LIWL). Para sistemas con tensiones superiores de 300 KV (rango C, de acuerdo con IEC) el nivel de aislamiento está dado por la tensión nominal soportada al impulso de maniobra (BSL o SIWL) y la tensión nominal soportada al impulso atmosférico (BIL o LIWL).

La coordinación de aislamiento comienza con el cálculo (o estimación) de las sobretensiones (temporales, de maniobra y atmosféricas) que someten a esfuerzos el aislamiento. Las sobretensiones temporales son a frecuencia industrial (60 Hz) o cercanas a la frecuencia industrial. Sus magnitudes determinan la selección de las características nominales de los pararrayos y por lo tanto los niveles de protección de estos. Las

sobretensiones de maniobra afectan principalmente los sistemas con tensiones de 300 KV y superiores, mientras las sobretensiones atmosféricas