servicios auxiliares en estaciones transformadoras

7/17/2019 Servicios Auxiliares en estaciones transformadoras

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URSO

Diseño de Estaciones Transformadoras

Servicios auxiliares en

Estaciones Transformadoras

Prof. Ing. Roberto Campoy



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SERVICIOS AUXILIARES

Los servicios auxiliares, consisten sistemas complementarios y en

consumos de energía diversos dentro de las instalaciones de las

EETT, no vinculados en forma directa con el circuito de potencia ode suministro de las mismas, pero que en algunos casos colaboran y

en otros son indispensables para el funcionamiento de estas.



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NECESIDADES

Alimentaciones NO esenciales

Pueden faltar durante largos períodos sin afectar el servicio

Alimentaciones esenciales

No pueden ser interrumpidas sin inconvenientes en el suministro

Ej. aire acondicionado e iluminación, tomas de

playa, etc.

Ej. alimentación auxiliar para relés de protecciones ycomunicaciones de datos, etc.



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FUENTES DE ENERGIA PARA

LOS SERVICIOS AUXILIARES

Corriente alterna de 380/220 V

Aire comprimido centralizado

Corriente continua

De la red pública externa a la ET, para servicios NO esenciales

Del terciario de un transformador , para servicios NO esenciales

Corriente alterna de UPS (unidades de potencia no interrumpible),

para servicios esenciales

Corriente alterna de generadores autónomos (grupos electrógenos)

Para accionamiento de interruptores (poco utilizados actualmente)

Con bancos de baterías, para cargas esenciales



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SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE

ALTERNA

Consumos más comunes en la ET en corriente alterna de

380/220 V y frecuencia industrial de 50 Hz

Servicios NO esenciales

Fuerza motrizCalefacción y aire acondicionado

Tomacorrientes de playa

-Iluminación general de interiores, de playa y perimetral

Su ausencia por períodos prolongados, en principio no compromete

el suministro de energía

Ej.:



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ALTERNA (cont.)

Servicios esenciales

Ventilación de transformadores de potencia

Regulación del transformador

-Alimentación en condiciones normales de cargadores de

baterías

Estas cargas pueden quedar sin alimentar por períodos de tiempo

breves, pero se consideran de máxima prioridad

Ej.:



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ESQUEMAS TIPICOS DE ALIMENTACION DE LOS SERV. AUX. CA

Desde el terciario de un transformador o autotransformador de potencia

Máquina Diesel

500 Kv

13,2 Kv

132 Kv Transformador de servicios

auxiliares 13,2/0,4-0,231 Kv

Grupo electrógeno

SERVICIOS

ESENCIALES (EN CA)

380/220 V



8


De un transformador de servicios auxiliares y Reactor de Neutro separado de la

máquina principal o desde la red pública

ESQUEMAS TIPICOS DE A IMENTACION DE OS SERV AUX CA



9

Transformador de

servicios auxiliares

13,2/0,400-0,231 Kv

SERVICIOS

ESENCIALES (EN CA)

13,2 Kv

UPS

INDUSTRIAL

380 V

132 Kv

13,2 Kv




10


CONTINUA

Corriente continua segura de 110 V

Alimentación de hardware de protección, comando y supervisión, tales

como relés de protecciones, elementos de comando y señalizaciónsobre tableros de sala de control y playa, elementos de automatización

y control, unidades terminales remotas. También exploración en campo

(playa) de estado contactos auxiliares (imágenes) de interruptores y

seccionadores, comando de relés auxiliares para elementos de

maniobra y también como alimentación de motores de carga de

resortes de interruptores y motores de seccionadores (estos últimos

por lo general en CA) y comando de bobinas de apertura y cierre de

interruptores. También se puede utilizar para la iluminación de

emergencia, pero implica mayor consumo para el parque de baterías.

En general para cargas esenciales



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CONTINUA (cont.)

Corriente continua segura de 48, 24 o 12 V

Para alimentación de hardware de comunicaciones y

equipos de control como PLC, comando de relés auxiliares

y manejo de señales digitales dentro de sala d control,exploración de contactos en campo, etc.



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NORMAS

IRAM

IIIE 1115

Puesta a tierra de sistemas eléctricos:

IRAM 2281-1, 2282-2, 2282-4, 2309, etc.

Transformadores de potencia secos:

IRAM 2276, 2277, 2464.Tableros eléctricos de maniobra y comando en BT

IRAM 2181, 2195, 2200



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NORMAS (cont.)

Recomendaciones de laIEEE

IEEE Std. 485-1983: IEEE Recommended practice for

sizing large lead storage batteries for generating stations

and substations

IEEE Std. 485-1997: IEEE Recommended practice for

sizing lead – acid batteries for substations applications



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380 V

Transformador de

servicios auxiliares

13,2/0,400-0,231 Kv

SERVICIOS

ESENCIALES (EN CC)

13,2 Kv

RECTIFICADOR –

CARGADOR DE BATERIAS

SERVICIOS AUXILIARES (EN CA Y CC)

110 Vcc

24 o 12

Vcc

Convesor DC/DC132 Kv

13,2 Kv

ESQUEMA

GENERAL DE

SISTEMA DESERVICIOS

AUXILIARES



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A

V U< U>

CARGADOR

DE BATERIAS

BANCO DE

BATERIAS

TABLERO DE SERVICIOS AUXILIARES

DE CORRIENTE CONTINUA

COMPONENTES

DEL SISTEMA DE

CORRIENTECONTINUA



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TABLERO DE SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE

CONTINUA (distribución de corriente continua)

Diseño:

Simple: con un solo cargador y un solo banco de baterías

Redundante: con dos cargadores y dos bancos de baterías

completamente independientes, inclusive conectado cada cargador adistintos tramos de barra del TSACA.

Esquema de conexión de puesta a tierra del banco de baterías

Componentes del tablero de servicios auxiliares de CC:

Protección de entrada al tablero (seccionador - fusible o interruptor),

detector de polo a tierra, elelementos de medición de tensión y

corriente, relé de sobretensión, protecciones de salidas (fusibles o

termomagnéticas)



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TABLERO DE SERVICIOS AUXILIARES DE CORRIENTE

CONTINUA (cont.)

Dimensionamientos varios:

Fusible o interruptor de entrada al TSACC por cortocircuito con aporte

de banco de baterías y cargador de baterías

Protecciones de cada circuito de salida del TSACC.



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BATERIAS

Tipos

Plomo - ácido de placas planas: duración estimada 5 años con

mantenimiento considerable. Bajo costo.

Plomo ácido de placas tubulares: duración estimada 10 añoscon mantenimiento considerable. Aceptan mayor frecuencia de

ciclos de carga-descarga sin deteriorarse.

Alcalinas (Niquel-cadmio): duración estimado 20 a 25 años con

bajo mantenimiento. Recomendadas para lugares desatendidos.



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REFERENCIA A TIERRA DE BANCOS

DE BATERIAS

La importancia de la referencia a tierra de los bancos de batería de

los sistemas auxiliares de corriente continua, radica en el

comportamiento de los mismos en caso de falla.

Según la conexión elegida, será posible que el sistema pueda

quedar en servicio o no en caso de fallas a tierra.

Según el esquema de protecciones seleccionado, será más o

menos difícil la detección y el reemplazo o reposición de

protecciones actuadas.



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DE BATERIAS (cont.)

+ -

Negativo a tierra

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 seprefiere también un seccionamiento

del lado tierra



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DE BATERIAS (cont.)

Positivo a tierra

+ -

Polo positivo a

tierra, similar al

anterior



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DE BATERIAS (cont.)

Negativo a tierra a través de una

resistencia y detector de corriente de

fuga

+ -

Negativo a tierra a través de

una resistencia de tierra,

requiere fusible del lado

positivo, la principal ventaja dela 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 laprimera falla, ya que una

segunda falla en el polo

negativo causa la fusión de los

fusibles



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DE BATERIAS (cont.)

Circuito aislado con detector de polo a tierra

(Ground fault monitor – Medidor de resistencia

de aislación)

+ -

Ground

faultmonitor



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PROTECCIONES EN TABLERO DE

SERVICIOS AUXILIARES DE CC

Sobre-corriente

Sobre-tensión

Sub-tensión

Detector de polo a tierra

Detector de corriente a tierra

Descargadores de sobre-tensiones

a) Generales

b) Particulares de cada circuito de salida

Sobre-corriente



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CARACTERISTICAS PRINCIPALES

DE BANCO DE BATERIAS

Capacidad de carga del banco:

Se determina en función de la necesidad de alimentación en caso

extremo y un período estimado de descarga razonable.

Tensión nominal de trabajo:

110 o 220 VDC.

Intensidad nominal de trabajo:

Ejemplo: 15 A. Es la capacidad que el banco de baterías puede entregar

durante el período de descarga normal o solicitado. Es común, que se

aclare la corriente que puede entregar el banco, con distintos tiempos de

descarga, por ejemplo en 10 horas, en 5 horas, en 2 horas, siempre hasta

llegar a la tensión mínima por elemento.



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Tensión admisible mínima de trabajo:

Se determina en función de los requerimientos para un funcionamiento

seguro de los equipos a alimentar . Se presenta en la condición de

funcionamiento con la mínima carga que debería alcanzar el banco en

condiciones normales.

Tensión admisible máxima de trabajo:

Se determina en función de los requerimientos para un funcionamiento

seguro de los equipos a alimentar . Se presenta cuando el banco alcanza

plena carga en el ciclo normal de funcionamiento.


DE BANCO DE BATERIAS (cont.)



27



Tensión nominal mínima de trabajo:

Se relaciona con la tensión admisible mínima de trabajo, el número de

celdas del banco de baterías para alcanzar la tensión nominal del sistema

auxiliar de CC y el tipo de celda, por ejemplo para PB-ácido 1,81 V porcelda o elemento o para Niquel-Cadmio 1,14 V por celda o elemento.

Tensión nominal máxima de trabajo:

Se relaciona con la tensión admisible máxima de trabajo, el número deceldas del banco de baterías para alcanzar la tensión nominal del sistema

auxiliar de CC y el tipo de celda o elemento. Ejemplo: para baterías de

PB-ácido, es común considerar una tensión máxima recomendable de 2,7

V por elemento.



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Período normal de descarga (autonomía de servicio):

Ej. 2 horas

Representa la autonomía del sistema y determina el tiempo mínimo de

descarga a pleno consumo, hasta alcanzar la mínima tensión admisible

de servicio.

Período máximo de carga:

Ej. 15 horas

Representa tiempo máximo admitido para recuperar la tensión nominaldel sistema, partiendo con el banco totalmente descargado.



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Ciclo de carga y descarga o régimen normal de

funcionamiento:

Representado normalmente por un diagrama Tensión –

Tiempo, desdeel estado de plena carga del banco de baterías o estado de máxima

tensión admisible (o programada), hasta el de mínima carga de trabajo

del banco admisible (o programada).

CARGADOR DE BATERIAS

La tensión en bornes del banco de baterías, se relaciona directamente

con el estado de carga del mismo (carga almacenada).

Máxima carga en el banco, implica máxima tensión en bornes y mínima

carga implica mínima tensión.



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CARGADOR DE BATERIAS (cont.)

Tensión nominal:

Calculada para atender la suma de los consumos máximos de cada carga en

el sistema de servicios auxiliares de corriente continua con un factor de

simultaneidad y la corriente de carga de mantenimientos del banco de

baterías.

Intensidad de Corriente continua nominal:

110, 220 VDC.

Calculada para atender la suma de los consumos máximos de cada carga en

el sistema de servicios auxiliares de corriente continua con un factor de

simultaneidad y la corriente de carga del banco de baterías en estado de

totalmente descargado.

Intensidad de Corriente continua máxima:



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Períodos característicos durante el ciclo de carga ydescarga:

Funcionamiento en carga a fondo.

Funcionamiento en carga a flote.


Uso actual: cargadores de batería regulados.

Regulan tensión y corriente según el estado de carga del banco de

baterías.



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Carga a fondo:

El banco de baterías no tiene carga, o ha alcanzado el estado mínimo de

carga admisible, caracterizado por la tensíon mínima de funcionamiento

seguro. Este modo de carga, implica máxima corriente de carga (valor pre-

seteable desde 0 a 100% In), generalmente a un 100% de In e implica

mantener una tensión constante máxima en bornes del banco de baterías.

Este valor máxima de tensión, depende del tipo de celdas, por ejemplo para

Pb-ácido es de 2,7 V por celda y para NI-Cd es de 1,65 V por celda. Con estemodo de carga, se pretende alcanzar rápidamente la tensión nominal del

sistema.

Carga a flote:

El banco de baterías tiene una tensión en bornes superior a la nominal del

sistema y por lo tanto recibe una Intensidad de corriente desde el cargadorque permite mantener el sistema en esas condiciones con el estado de carga

actual. Generalmente se diseña para mantener la tensión un 10% por encima

de la tensión nominal del sistema y serían valores típico 2,25 V por celda de

Pb-ácido y de 1,4 V para celda de NI-Cd.

La carga se inicia a corriente constante (máxima programada) en modo fondo

y termina a tensión constante en modo flote.



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Alarmas típicas:

Falla en la alimentación de corriente alterna (entrada del cargador de

baterías), ya sea falta total de tensión o falta de fase.

Falla del cargador de baterías (cargador fuera de servicio).

Falla a tierra de baterías (polo a tierra).

Baja tensión de continua en consumo.

Baja tensión de continua en banco de baterías.

Alta tensión de continua en banco de baterías.

Alta tensión de continua en consumo.

Indicación de fusible quemado (puente de diodos, salidas, circuitos de

control, circuito de comando).



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Mantenimiento preventivo:

Limpieza: Los cargadores de batería, son refrigerados en muchas ocasiones

por convección natural, por lo que deben limpiarse ventilas. Igualmente una

vez al año debería aspirarse placas electrónicas.

Verificación de conexiones evitar falsos contactos de terminales por falta de

ajuste de tornillos, especialmente si hay vibración.Verificar que no haya terminales sulfatados o corrídos, especialmente en la

conexión a bornes de banco de baterías.

Verificar tensiones de entrada y salida del cargador.

Verificar ripple en la tensión de salida a cargas.

Verificar estado de lámparas e indicadores luminosos en frente del cargador.

Verificar que no haya terminales sulfatados o corrídos, especialmente en la

conexión a bornes de banco de baterías.

Verificar el correcto funcionamiento de los comandos en el frente del panel

(carga en modo flote manual, carga en modo fondo en manual, cargador en

servicio, apagado o modo prueba, señales de indicaciones locales y remotas

coincidentes, etc).



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METODOLOGÍA DECÁLCULO

IEEE 1115

Elemento a tener en Funcionamiento Funcionamiento en



36

cuenta normal emergencia

LEM salida ET PIP.

1) Motor resortes

900W

2) BC y BA 150 W c/u

3) R calefacción 50 W

Pot total= 50 W, 0,45

A.


A.


A.

Compact Salida ET

PIP

Motor drive,

unitripolar.

1) Motor resortes

1760W

(10 a 12 seg)




A.

Pot total= (1750 x

3)+50 W= 5300 W, 48

A.

Pot total= (1750 x

3)+50 W= 5300 W, 48

A.

LEM salida ET BSM.

1) Motor resortes

900W




A.


A.


A.

Compact Salida ET

BSM, unitripolar.

1) Motor resortes

450W

(10 a 12 seg)




A.

Pot total= (450 x

3)+70 W= 1420 W, 13

A.


A.

LO PRIMERO

ACONFORMAR

, ES UN

CUADRO

DONDE

FIGUREN

TODOS LOSCONSUMOS

QUE TENDRÁ

QUE

ALIMENTAR

LA BATERÍA

.1) Motor resortes 900W , , 900+210=1110W, 10 A



37

(10 a 12 seg)



4) Termostato 140 W

Pot total=

900+210=1110W, 10 A

Compact Salida T2.

1) Motor resortes 900W

(10 a 12 seg)



4) Termostato 140 W

Pot total= 210 W, 1,9 A Pot total=

900+210=1110W, 10 A

Pot total= 210 W, 1,9 A

Nota: Los carros de

extracción no se tienen en

cuenta para T1 y T2.

Celdas

Motor IAP 500 W

BA y BC 200 W c/u

Relé auxiliares 1,4 W

R calefacción 100 W

Luz 100 W

Pot total= 19x201,4

W=3826,6 W, 34,78 A

Pot total=

(500x3)+(19x201,4)=5326

,6 W, 48,42 A

Pot total=

(500x3)+(19x201,4)=

5326,6 W, 48,42 A

Protecciones

14 P123 84 W

2 P632 58 W

2 P442 52 W

2 p/ Bat C 40 W2 p/ Reactor 40 W

Pot total= 274 W, 2,49 A Pot total= 274 W

Pot total= 274 W

Telecontrol y

comunicaciones

2000 W

Pot total= 2000 W, 18,18

A

Pot total= 2000 W

Pot total= 2000 W

Otros consumos

1500 W

Pot total= 1500 W, 13,63

A

Pot total= 1000 W

Pot total= 1000 W

POTENCIA TOTAL 8240,6 W, 74,91 A 15390,6 W, 139,91 A

LO PRIMERO

ACONFORMAR

, ES UN

CUADRO

DONDE

FIGUREN

TODOS LOSCONSUMOS

QUE TENDRÁ

QUE

ALIMENTAR

LA BATERÍA



38

Consid erando la desc arga en 2 ho ras, se verif icarán dos t ipo s dis t into s

de element os , con pos ibil i dad d e descarga de 110 A/h y 60 A/h. El cálcu lo

se duplic a a fin d e con segu ir la mejor co nd ición técn ica y económ ica.

Lo s elemento s o celd as, serán SAFT – NIFE, Tipo SBM, cuya cu rva de

descarga respo nde a lo sigu iente:

IEEE 1115



39

IEEE 1115

IEEE 1115



40

IEEE 1115

IEEE 1115



41

IEEE 1115

IEEE 1115



42

IEEE 1115

IEEE 1115



43

Cálcu lo d el cargado r

El consumo de corriente en funcionamiento normal es de 74,91 A.

La batería de 86 elementos tiene 112 A/h, que para un tiempo de carga de

10 hs, es:

Tensión de red 3x380 V ± 10 %

Hz 50 ± 3 %

KVA 6

Corr iente de entrada 10 Aca

Tensión cc f lo te 120 Vcc ± 2 %

Carga profund a 146 Vcc ± 2 %Lim itación de corr iente 25 Acc

Con equipo de regulación de tensión

IEEE 1115



44

MUCH S

GR CI S

servicios auxiliares en estaciones transformadoras

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