Conceptos Esenciales en Sistemas Eléctricos: Fenómenos y Dispositivos de Protección

Fenómenos Eléctricos Relevantes

Efecto Kelvin

Ocurre en conductores macizos recorridos por corriente alterna, en los cuales la densidad de corriente es mayor en las zonas periféricas (exteriores) que en las centrales. Se soluciona reduciendo la sección del conductor; por ejemplo, si se tiene uno de 200 mm², se pueden usar dos de 100 mm² en paralelo.

Efecto Corona

Si un conductor que está en un gas (como el aire) adquiere una tensión suficiente para superar la rigidez dieléctrica del aire, se produce una pérdida de energía conocida como efecto corona. Es un efecto visible en la oscuridad, pudiéndose observar los conductores rodeados de una zona luminosa que los envuelve y cuya sección es circular. Este efecto depende de la humedad (si aumenta, el efecto se incrementa), la presión atmosférica (si disminuye, el efecto se incrementa), entre otros factores. Se soluciona aumentando la sección del conductor y siempre utilizando conductores huecos y redondos (como barras rígidas).

Efecto de Autoinducción e Inducción Mutua

Se produce cuando hay dos conductores próximos (en las líneas suelen ser paralelos): uno de ellos es activo, con circulación de corriente, y el otro está inicialmente sin tensión. Sobre el conductor inicialmente sin tensión se va a desarrollar una fuerza electromotriz (f.e.m.), resultado de ser cortado por el flujo electromagnético del conductor activo.

Efecto Capacitivo

Los conductores de una línea, aislados entre sí y aislados de tierra, son desde el punto de vista eléctrico equivalentes a las armaduras de un condensador. Cuando están a potenciales distintos, adquieren una carga eléctrica dependiente de los valores de dichos potenciales entre sí y respecto a tierra. En dos conductores paralelos, se forma una capacidad de tal forma que, aunque eliminemos la fuente de tensión, dichos conductores mantienen una carga.

Arco Inverso

Se produce cuando una descarga atmosférica alcanza un cable de apantallamiento aéreo y la corriente fluye por la torre. La impedancia de la base produce diferencias de potencial a través del aislamiento de la línea. Si se supera la resistencia del aislamiento, se produce un arco inverso.

Ondas Viajeras

Se producen cuando un rayo alcanza un tramo de línea de transmisión y una sobretensión de alta corriente es inyectada en el conductor alcanzado por la descarga. Se eliminan con autoválvulas o descargadores de sobretensión.

Aparatos de Maniobra y Protección

Seccionadores

Aparato mecánico de maniobra sin carga, que asegura una distancia de aislamiento. Se emplea para aislar elementos de una red eléctrica. No se debe maniobrar en carga. Es conveniente que haya un enclavamiento entre el seccionador y el interruptor.

Tipos de Seccionadores

• Según número de fases: monofásicos, trifásicos.
• Según tipo de mando: neumático, hidráulico, manual.
• Según aislamiento: aire, SF6.
• Según diseño: apertura lateral, central, doble apertura lateral, pantógrafo, de Puesta a Tierra (PAT).

Enclavamientos

Mecanismos que impiden la operación incorrecta de los aparatos de maniobra.

• Mecánico: El interruptor y el seccionador tienen cerradura con la misma llave.
• Eléctrico: El circuito que alimenta el motor del seccionador tiene un contacto auxiliar en abierto cuando el interruptor está cerrado.
• Por Software: Un dispositivo informático recibe el estado (abierto o cerrado) y otorga o deniega el permiso para la maniobra.

Maniobras Eléctricas

Intervención para cambiar el estado eléctrico de una instalación sin montar o desmontar ningún componente.

Maniobras en Línea

• Para cerrar una línea: 1º cerrar seccionador, 2º cerrar interruptor.
• Para abrir una línea: 1º abrir interruptor, 2º abrir seccionador.

Maniobras en Transformadores

• Para la puesta en servicio: 1º cerrar los aparatos con poder de corte del lado de mayor tensión, luego los del lado de menor tensión.
• Para la puesta fuera de servicio: 1º abrir los aparatos del lado de menor tensión, luego los del lado de mayor tensión.

Interruptores

Elemento mecánico con la finalidad de apertura y cierre de corrientes de carga y cortocircuito. Se realiza en carga, lo que provoca la formación de un arco eléctrico, para cuya extinción se utilizan diferentes medios.

Tipos de Interruptores (según medio de extinción del arco)

• Aire: Sistema obsoleto.
• Aceite: Se descompone durante el arco por el aumento de temperatura, y los gases producidos extinguen el arco.
• SF6 (Hexafluoruro de Azufre): Mayor rigidez dieléctrica que el aceite, se recompone después del arco.
• Vacío.

Tipos de Mando en Interruptores

• Resorte.
• Neumático o aire comprimido.
• Hidráulico.
• Motor de accionamiento directo controlado digitalmente (servomotor).

Pérdidas en Transformadores

Pérdidas por Efecto Joule (en los devanados)

Pérdidas en los conductores de los devanados (resistencia óhmica). El calor generado depende de la corriente (I), del tiempo que circule la corriente y de la resistencia (R) que se opone al paso de la corriente.

Pérdidas en el Núcleo Magnético

Corrientes parásitas de Foucault e histéresis magnética.