miércoles, 31 de octubre de 2012

Parrarayo


Pararrayos.

Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a las personas o construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. El primer modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor.


Clasificación de los pararrayos
Los pararrayos se pueden clasificar de la siguiente manera:

Pararrayos tipo subestación de 3  a 678 kV.
Pararrayos de tipo intermedio o de línea de 3 a 120 kV.
Pararrayos de tipo distribución de 3 a 37 kV.
Pararrayo de baja tensión de 175 a 650 V.

Necesidad de los pararrayos

El rayo es un fenómeno meteorológico que genera severos efectos térmicos, eléctricos y mecánicos, en función de su energía durante la descarga. Se conocen rayos con trayectoria ascendente y descendente, que varían de valor en función de la actividad tormentosa y su situación geográfica. Los valores de corriente que pueden aparecer en un solo rayo oscilan entre 5.000 y 350.000 amperios, con una media de 50.000 amperios. Las temporadas de tormentas son cada vez más amplias durante el año y aparecen incluso en invierno; su distribución geográfica es muy variable, y puede haber variaciones importantes en los mapas ceráunicos de la actividad de tormentas y la densidad de rayos.

La elevada intensidad de un rayo puede provocar paro cardíaco o respiratorio por electrocución de un ser vivo, debido al paso de la corriente de descarga. El impacto directo de un rayo provoca daños en las estructuras (edificios, antenas telecomunicaciones, industrias, etc.). El impacto de un rayo disipa calor por el efecto Joule y, por tanto, puede llegar a provocar incendios.

El cambio climático es uno de los mayores causantes del aumento de la actividad de tormentas y del aumento de la densidad de rayos, y por defecto de la aparición de tantos accidentes en instalaciones protegidas con pararrayos en punta.

El aumento de la actividad solar incrementa la actividad eléctrica de la atmósfera, y genera inesperadas tormentas electromagnéticas y termodinámicas que no aparecen en los modelos climáticos ni en las previsiones. Esta actividad eléctrica es, entre otros fenómenos meteorológicos conocidos, otro detonante del aumento de la actividad de rayos nube-tierra o tierra-nube.

lunes, 22 de octubre de 2012

Criterios de ajuste generalmente recomendadospara la protección de distancia

Criterios de ajuste generalmente recomendados para la protección de distancia

Para el ajuste de las zonas en los relés de distancia se debe tener en cuenta no sólo la impedancia de la línea a proteger sino también las de las líneas adyacentes, dado que el ajuste de algunas de las zonas del reléde distancia cubre una parte o la totalidad de la línea adyacente




Ajuste de la Zona 1.

La primera zona de la protección distancia es de operación instantánea y su función es el despeje rápido de fallas a lo largo de la línea. Se ajusta entre el 80 y 90% de la impedancia de la línea, para evitar operaciones no selectivas por las imperfecciones en el cálculo de los parámetros, errores de los transformadores de medida y a condiciones dinámicas del sistema que podrían ocasionar sobrealcance. Para calcular su ajuste, se usa la expresión:

                                              Z1=K*ZL

Donde: Z1 = Ajuste de Zona 1, K = Constante, ZL = Impedancia de secuencia positiva de la línea. Como criterio se adopta un factor K del 85% de la impedancia de la línea.


Ajuste de la Zona 2.

Esta zona es protege el resto de la línea y brinda respaldo a la barra de la subestación remota y a las líneas que salen de ella. Como valor mínimo de ajuste se escoge el 120% de la impedancia de la línea propia óel 100% más el 50% de la línea adyacente más corta. Estos ajustes pueden modificarse con el análisis del efecto infeed. No debe sobrealcanzar la Zona 1 de los relés de las líneas adyacentes ni operar para fallas en los niveles secundarios de los transformadores de la subestación remota ajustándola como máximo en la suma de la impedancia total de la línea a proteger más el 80% de la impedancia equivalente de dichos transformadores.

Análisis del efecto infeeden Zona 2.

Se presenta debido a la existencia de fuentes intermedias que alimentan la falla por lo que es necesario introducir un ajuste a la impedancia que ve el relé, denominada Impedancia aparente.

Para la selección del tiempo de disparo de la Zona 2 se debe tener en cuenta la existencia o no de un esquema de teleprotección en la línea. Si lo tiene, se selecciona un tiempo de 400 ms; si no, este tiempo se determina mediante un análisis de estabilidad del sistema ante contingencias en el circuito. Este tiempo (tiempocrítico de despeje de fallas ubicadas en Zona 2) puede oscilar entre 150 ms y 250 ms, dependiendo de la longitud de la línea y de las condiciones de estabilidad del sistema.

Ajuste de la Zona 3.

El criterio de ajuste es la impedancia de la línea a proteger más un 80% del valor de Z de la línea adyacente más larga, teniendo en cuenta que no sobrepase el 80% de la impedancia equivalente de los transformadores en la barra remota. También debe limitarse si su valor se acerca al punto de carga de la línea. Tiempo de Zona 3: 800 ms.

Alcance resistivo.

El criterio general es seleccionar un único valor para las diferentes zonas, permitiendo establecer la coordinación a través de los tiempos de disparo de cada zona. Los valores típicos resistivos son calculados como el 45% de la impedancia mínima de carga o de máxima transferencia del circuito en cuestión.

Donde: VL: Tensión nominal mínima línea -línea.MCC: Máxima Corriente de Carga

Esquemas de disparo telecontrolados

Ee disparo de interruptor de telecontrolados, cuan se presenta una falla, estas se pueden clasificar de la siguiente manera:

1.-PUTT (Permissive Underreaching Transfer Trip): Disparo transferido en subalcance permisivo.
2.-POTT (Permissive Overreaching Transfer Trip): Disparo transferido en sobre alcance permisivo
3.-CD: Disparo permisivo transferido por Comparación Direccional
4.- Aceleración de Zona
5.- DUTT (Direct Underreaching Transfer Trip): Disparo Directo Transferido en subalcance

1.-PUTT (Esquema de teledisparo en subalcance permisivo).
El PUTT requiere de una función de subalcance (zona 1) que dispara el interruptor local y envía una señal al extremo remoto, y de una función de  sobrealcance (zona 2). El interruptor del extremo remoto abrirá cuando  reciba la señal si su elemento de zona 2 está detectando una falla. El  PUTT no enviará señal para fallas por fuera de la sección de la línea. Este  esquema  no requiere de lógica para inversiones de corriente en líneas  paralelas. El esquema de teleprotección en subalcance permisivo, PUTT, es reconocido como seguro, dado que no ocasiona falsos disparos.


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Esquema del disparo transferido en subalcance permisivo (PUTT).

2.-POTT (Esquema de teledisparo en sobrealcance permisivo). 

El POTT usa un elemento de zona 2 en sobrealcance (también se puede usar la zona 1 a más del 100% de la línea) para enviar una señal al extremo remoto. El interruptor abre cuando recibe la señal si su elemento de zona 2 (o el de zona 1 en sobrealcance) está detectando una falla. Con fallas  externas solamente operará una de las unidades de sobrealcance, por lo  que no se efectuará disparo en ninguno de los terminales. El esquema es  seguro ya que no dispara para falla externa, pero es menos fiable por los posibles problemas en el canal de comunicaciones, caso en el que no 
habría disparo ante fallas internas. Este esquema necesita lógica de  inversión de corriente en líneas paralelas.

3.-Esquema de Disparo Permisivo Transferido por Comparación Direccional. 

En este esquema sólo se compara la dirección de la corriente, es decir, si hay una falla dentro de la línea, los dos relés asociados verán la falla hacia delante y cada uno envía una señal  permisiva al otro extremo produciéndose el disparo. Normalmente, este  esquema se implementa con relés de sobrecorriente de tierra direccionales, muy sensibles para la detección de fallas de alta impedancia. También necesita una función de inversión de flujo en líneas paralelas.

3.-CD: Disparo permisivo transferido por Comparación Direccional.

Es el esquema mas comun como se muestra en la figura siguiente:



En cada Terminal se tienen dos relés, uno mirando hacia la línea (sentidode disparo) y uno con un alcance mayor que la línea (sobrealcance), y otro mirando hacia fuera de la línea(AS) arranca la señal de bloqueo cuando la falla e extrema.

Estos relés arrancadores de señal no necesitan ser direccionales ya que los relés de disparo bloquean la portadora para una falla interna.

Para obtener una señal de disparo, es necesario que el relé D, vea la falla y no llegue señal de bloqueo del terminal remoto.

Una protección típica de comparación direccional (por terminal) consistede relés de fase y distancia o de sobre corrientes direccionales de tierra con los correspondientes accesorios de portadora, respalda los por relés dedistancia de fase escalonados y un relé direccional de sobre corriente de
tierra.

Para la protección piloto por comparación direccional (85L), la Norma de Referencia NRF-041-CFE-2005 establece que debe contar  con lógica programable de Disparo Transferido Permisivo de Sobrealcance (POTT, por sus siglas en inglés) o de Disparo Transferido Permisivo de Subalcance (PUTT)

5.- DUTT (Direct Underreaching Transfer Trip): Disparo Directo Transferido en subalcance

requiere un receptor y un transmisor por terminal sintonizados a diferentes frecuencias para evitar interacción entre ellos.

En este esquema, los relés de sobrealcance sirven dos funciones. Son dispositivos de disparo transferido porque envían la señal de disparo y son dispositivos permisivos porque tienen que operar para que la recepción de una señal transferida de disparo reaccione al interruptor



Diagrama funcional de un esquema de disparo transferido permisivo de subalcance

domingo, 21 de octubre de 2012

BANCOS DE BATERÍAS


BANCOS DE BATERÍAS. 

Son bancos de baterías estacionarios con capacidad para suministrar potencia en  corriente directa a los esquemas de protección, control, señalización y todo lo que  requiera de corriente directa a través de centros de carga. como se muestra en la siguiente figura.


 Banco de Baterías   (imagen de del blogger  Ingeniería Eléctrica Explicada)

El sistema de banco baterías se utiliza para energizar los siguientes equipos :
1.-Protecciones
2.-Lámparas piloto
3.-Cuadro de Alamrmas
4.-Registrador de eventos
5.-Circuito de transferencia de potenciales
6.-Sistemas contra incendio
7.-Equipo de onda portadoran (OPLAT)
8.-equipos de micro onda
9.-Control de Disparo de los interruptores de alta tensión y baja tensión
10.-Control de Apertura de los interruptores de alta tensión y baja tensión
11.-Control de los seccionadores
12.-Sistemas de iluminación de emergencia
13.-Sistemas ininterrumpido de energía (UPS)


Estos bancos de baterías deben estar alimentados por su cargador - rectificador  que convierte la corriente alterna en corriente directa para la carga de los mismos.

Las baterías, que se utilizan en las subestaciones son del tipo de electrolito pueden ser ácidas o alcalinas. 

BATERÍA DE TIPO ÁCIDO


Cada celda está formada por las siguientes partes:

Recipiente. Es un envase que puede ser poliestireno transparente. O de vidrio,  que ofrece la ventaja de permitir la inspección  visual de los elementos interiores.  Dentro del recipiente se localizan las placas activas, el electrolito y los  separadores.


Placas. Las placas positivas están formadas por dióxido de plomo (PbO2) y  pueden estar fabricadas en dos formas:

a) Placa plana empastada de una masa de dióxido de plomo. Este tipo se utiliza en la industria automotriz por ser  más barata, pero es de menor  duración, ya que con el uso y la vibración  se va disgregando la pasta.

b) Placa multitubular. Formada por una hilera de tubos fabricados con malla  de fibra de vidrio trenzada, dentro de los cuales se introduce una varilla de  aleación de plomo. Al unir todos los tubos en su parte superior queda  formada la placa. Este método tiene la ventaja  de producir mayor energía  por unidad de peso y además evita la sedimentación del material activo,  por lo que llega a tener una duración de hasta 20 años. Las placas negativas son planas en ambos casos, y están formadas por plomo puro.

Separadores. Son los elementos aislantes que mantienen separadas las placas  positivas de las negativas. Son  láminas ranuradas. Fabricadas de hule  microporoso para permitir la circulación  del electrolito, sin que este afecte  químicamente.

Electrolito. Está formado por ácido sulfúrico diluido en agua. Cuando la celda tiene  carga eléctrica completa, la densidad del electrolito es de  1.21.

En las siguientes figuras se muestra los componentes que integran a la bateria de tipo acido,

 

Partes que componen a una bacteria del tipo ácido ( cortesía TECHNO SUN)


Operación de una celda de tipo ácido.

Cuando una celda está completamente  cargada, en la placa positiva hay dióxido de plomo y en la negativa solamente  plomo. Ambas placas están bañadas por el electrolito.

Al cerrarse el circuito exterior dela batería, comienza la liberación  de la energía  eléctrica almacenada, y el radical sulfato (SO4) del electrolito, se combina con el  plomo contenido en las placas, transformándose en sulfato de plomo y  diluyéndose el electrolito.




Ventajas:
Bajo costo.

Fácil fabricación.

Desventajas:
No admiten sobrecargas ni descargas profundas, viendo seriamente disminuida su vida útil.
Altamente contaminantes.
Baja densidad de energía: 30 Wh/kg
Peso excesivo, al estar compuesta principalmente de plomo; por esta razón su uso en automóviles eléctricos se considera poco lógico por los técnicos electrónicos con experiencia. Su uso se restringe por esta razón a aplicaciones estacionarias, además de para automóviles, para el arranque, también como fuentes de alimentación ininterrumpidas para equipos médicos.
Voltaje proporcionado: 2 V Densidad de energía: 30 Wh/kg



Por lo tanto en los cuartos en donde se instalan las baterías del tipo ácido, deben estar provisto de un extractor de gases, que deberá ponerse en funcionamiento antes de la apertura de la puerta de entrada del personal, con el fin de eliminar la posibilidad acumulación de hidrógeno que se desprende durante la descarga intensa de las baterías que, en presencia de alguna chispa originada en la ropa de la personal (electricidad estática) que entra, puede provocar una explosión. 

Los locales destinados a baterías deben ser secos, bien ventilados y sin vibraciones que puedan originar desprendimientos excesivos de gases y desgaste prematuro de las placas. La temperatura ambiente debe variar entre los 5 y 25 grados centígrados. La instalación eléctrica deberá ser del tipo anti-explosiva. El suelo debe ser a prueba de ácido o álcali, según sea el tipo de batería y deberá tener una ligera pendiente con un canal de desagüe, para evacuar rápidamente el líquido que se pueda derramar o el agua de lavado. Las paredes techo y ventanas deben recubrirse con pintura resistente al ácido o los álcalis según se trata.


BATERIA DE TIPO ALCALINO.

La descripción es practicante igual que las de tipo acido, por lo tanto conviene  describir las diferencias, utilizando una celda de níquel-cadmio.





Recipiente. Son de plástico opaco y tienen el inconveniente de no permitir la inspección ocular del interior.

Placa positiva. Está formada por  una hilera de tubos de malla de acero, que  contiene hidróxido de níquel.

Placa negativa. Es igual a la positiva, pero rellena de óxido de cadmio, el cual se
reduce a cadmio metálico durante el proceso de carga.

Separadores. Se usan barras de hule o de polietileno.

Electrolito. Es una solución de hidróxido de potasio, con una densidad que oscila  entre 1.6 y 1.9 a 25°, oscilación  que no se debe a la carga eléctrica de la celda.

La vida de la Batería del tipo alcalino es de 25 años, en promedio, que dura la vida de estas celdas se hace  necesario cambiar el electrolito unas tres veces, debido al envejecimiento que se  produce por el  dióxido de carbono de la atmósfera.

Ventajas


Larga Vida.
Reacciona de manera eficiente frente a  fuertes descargas.
Mínimo mantenimiento.
Facultad de aceptar altos regímenes de carga.
Excelente  desempeño frente a los diferentes cambios de temperatura.
Resistentes  a los abusos eléctricos y mecánicos.
Fáciles de Instalar.
Puede soportar un almacenamiento prolongado.
Buenas características de servicio bajo cargas de flotación.




Conexion del Banco de baterias.


Existen dos formas de conectar un banco de celdas o baterías de plomo-acido.

En serie
En paralelo

Conexión en Serie
Esta  asociación en serie es la más conocida. En este caso, el borne positivo o negativo de una celda o batería, se conecta al borne opuesto de otra de idénticas características. De esta manera, la asociación resultante tendrá el doble de tensión y la misma capacidad que cada celda o batería en forma individual.

conexion serie baterias plomo acido

Y si agregamos una celda o batería más a la serie anterior, la tensión resultante será el triple. Y así sucesivamente. Por ejemplo, una batería de 24V/100Ah puede obtenerse asociando en serie 12 celdas individuales de 2V/100Ah o dos baterías del tipo monoblock de 12V/100Ah.

Es importante resaltar que las celdas o baterías que se asociarán en serie deben ser de la misma capacidad y, preferentemente, de la misma marca y modelo. De no ser así, tanto en la descarga como en la posterior carga, habrá un comportamiento desparejo y esto afectará tanto el desempeño como la vida del conjunto.




Banco de Baterias conectado en serie.



conexion serie banco baterias plomo-acido


Conexión en Paralelo
Asociar en paralelo significa vincular eléctricamente bornes de la misma polaridad. La asociación en paralelo se utiliza cuando no es posible obtener una batería de la capacidad deseada. O, a veces, dicha capacidad existe en un determinado modelo o tipo constructivo y resulta más económico utilizar una asociación en paralelo de otros modelos más baratos.

Un caso típico es el de algunas capacidades intermedias (200, 300 o 400Ah en tensiones de 12 o 24V), donde las mismas se pueden obtener asociando en serie y paralelo baterías monoblock de 100Ah, según necesidad, y esto resulta más económico que utilizar celdas de 2V y de la capacidad deseada.

conexion paralelo baterias plomo-acido


conexion paralelo banco baterias



Conexión Serie-Paralelo de un Banco de Baterías

conexion serie-paralelo banco baterias

Reglas para Conectar en Paralelo un Banco de Baterias

Solo deben asociarse en paralelo series completas. La conexión en paralelo de celdas o baterías intermedias de una serie está totalmente desaconsejada. Un ejemplo aclarará este concepto: supongamos que necesitamos armar una batería de 48V/300Ah y disponemos solo de monoblocks de 12V/100Ah. Lo correcto es formar tres series de cuatro baterías cada una. De esta manera, cada serie tendrá 48V/100Ah.
Para lograr la batería que necesitamos, lo que debemos hacer ahora es asociar en paralelo los bornes positivo y negativo de cada serie completa (o sea, los bornes extremos). Y lo que no se debería hacer es asociar en paralelo tres monoblocks de 12V, para obtener una batería equivalente de 12V/300Ah y luego asociar en serie cuatro de estos paralelos. Obsérvar que en este segundo caso puede enmascarar celdas o baterías con fallas (por ejemplo, una batería abierta), además de sobrecargar las conexiones en paralelo.

Al igual que en el caso de las asociaciones en serie, solo se deben utilizar celdas o baterías del mismo diseño (o sea, de la misma marca, del mismo modelo).
Si esto no se respeta, las celdas o baterías con menor resistencia interna se descargarán en forma más profunda.

Las condiciones ambientales entre las diferentes series a asociar en paralelo deben ser tan idénticas como sea posible. Nos referimos a la temperatura ambiente y a las posibilidades para disipar calor. Por ejemplo, si las series a poner en paralelo se encuentran dentro de un gabinete (y esto ocurre en el caso de las UPS) es fundamental que no haya diferencias de niveles entre las series. De otra manera se producirá un gradiente de temperatura que afectará a las que estén a mayor altura.
Las conexiones entre series en paralelo deben proporcionar la misma resistencia en el recorrido que va del rectificador a cada una de las series, de manera de asegurar una distribución uniforme de corriente. Para lograr esto, es lícito realizar algún truco, como dejar enrollados algunos tramos del cable que alimenta a la serie más cercana, de manera de compensar la mayor distancia al rectificador de otra de las series.
Si bien no existe una razón teórica para limitar el número de paralelos, los fabricantes recomiendan que el número máximo no sea superior a cuatro o cinco.
La experiencia muestra que es muy difícil reproducir condiciones idénticas en las conexiones cuando el número es mayor. Obtener la capacidad de una batería mediante la asociación de dos en paralelo (cada una de la mitad de la capacidad necesaria) es sumamente beneficioso desde el punto de vista de la confiabilidad.

En efecto, en caso de falla de alguna celda en una de las series en paralelo, solo habremos perdido la mitad de la capacidad y, consecuentemente, de la autonomía de funcionamiento en caso de corte de red. Por otra parte, dividir la capacidad necesaria en dos mitades permite probar por separado a cada una de ellas, sin afectar la característica de no interrupción que todo sistema debe mantener.


CARGADORES DE BATERÍA.

Son los dispositivos eléctricos (generadores de cd) o electrónicos que se utilizan  para cargar y mantener en flotación, con carga permanente, la batería de que se  trate, el cargador se conecta en paralelo con la batería.

La capacidad de los cargadores va a depender de la eficiencia de la batería, o   sea, del tipo de batería que de adquiera. Para una misma demanda impuesta a la  batería, se requiere un cargador de mayor capacidad, si es alcalina, por tener esta  una eficiencia menor, de acuerdo con lo visto.




cargador/rectificador de baterias ( imagen cortesía grupo TEMI)





panel frontal del cargador rectificador









Selección de un  cargador. Para seleccionar un cargador es necesario fijar su  capacidad de salida en amperes.