Conceptos Fundamentales De Subestaciones Eléctricas

UNIDAD I EQUIPOS PRIMARIOS DE UNA SUBESTACION ELECTRICA EQIPO 1: NADIA LILIAN GARCIA MONTOYA SERGIO ESCAMILLA VERA

LUIS ARTURO CORONA ALVAREZ MARIO ROJO QUIJANO

SUBTEMAS 1.1 DEFINICIÓN, CLASIFICACIÓN Y ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA SUBESTACIÓN. 1.2 TRANSFORMADORES DE POTENCIA. 1.1.1 CLASIFICACIÓN DE TRANSFORMADORES. 1.1.2 TIPOS DE ENFRIAMIENTO EN TRANSFORMADORES.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA: Una subestación eléctrica es un arreglo de componentes eléctricos que incluyen barras, transformadores de potencia, interruptores, cuchillas, auxiliares, etc.

Las subestaciones pueden estar localizadas en las centrales eléctricas (elevadoras) en los sistemas de transmisión y distribución y en las instalaciones de los consumidores, en principio tienen arreglos y componentes similares.

Básicamente una subestación eléctrica consiste de un numero de circuitos entrantes y salientes conectados a un sistema de barras común que son conductoras. Cada circuito tiene un cierto numero de componentes eléctricos, tales como:

    

Interruptores Cuchillas desconectadoras Transformadores de potencia Transformadores de corriente Transformadores de potencial, etc.

Todas estas componentes están conectadas en una secuencia definida , de manera que un circuito se pueda desconectar durante la operación por medio de control normal y también de forma automática durante las condiciones anormales de operación, como por ejemplo un corto circuito

Las subestaciones eléctricas son parte integral de un sistema de potencia y forma eslabones importantes entre las centrales de generación, los sistemas de transmisión, los sistemas de distribución y las cargas o usuarios, sus principales funciones son las siguientes:  Alimentar o proporcionar la potencia eléctrica requerida por los consumidores en forma continua e ininterrumpida  Cubrir geográficamente lo máximo que requiere el suministro de la red  Dar la máxima seguridad del suministro  Acortar lo mas posible la duración de las fallas  Contribuir ala máxima eficiencia de las plantas y de la red  Alimentar la potencia eléctrica dentro de los limites especificados de voltaje

También se pueden incluir como funciones de las subestaciones, entre otras: a) Aislar un elemento en falla del resto del sistema b) Permitir que un elemento se pueda desconectar del resto del sistema, para mantenimiento o reparación. c) Para cambiar o transformar los niveles de voltaje de una parte a otra de un sistema o instalación. d) Para controlar el sistema de potencia en el sistema metiendo o sacando elementos del mismo, mediante acciones de switcheo. e) Para proporcionar datos concernientes a los parámetros (voltaje, flujo de corriente, flujo de potencia) para su uso en la operación del sistema.

CLASIFICACION DE LAS SUESTACIONES

• Subestaciones elevadoras Estas subestaciones se construyen normal mente como pate de las centrales generadoras de energía eléctrica, cuya función es elevar los niveles de tención proporcionados por los generadores para transmitir la potencia generada a los puntos de interconexión de la red o a los grandes centros de consumo.

• subestación receptora de transmisión : Es aquella que se construye en la proximidad de los grandes bloques de carga y esta conecta a través de líneas de transmisión. La subestación central de transmisión es otra subestación receptora intermedia:

Subestación de subtransmision: Es aquella en genera construida en los bloques de carga, esta alimentada por la subestación receptora, de donde salen los alimentadores de distribución primarios, alimentando directamente los transformadores de distribución o las subestaciones del consumidor

4) Subestación del consumidor Son aquellas construidas en propiedades particulares, alimentadas por medio de alimentadores de distribución primaria, que parten de las subestaciones de suministración y que alimentan a los puntos finales de consumo.

TIPOS DE SUBESTACIONES

(1)

Nivel de tensión:

•

Subestaciones de extra alta tensión (765 KV)

•

De alta tensión (400, 230 KV)

•

De media tensión (115, 34.5, 69, 13.8, 23 KV)

•

Baja tensión (2.4, 0.480, 0.440, 0.220 KV)

•

Subestaciones en alta tensión en corriente directa (HVDC)

(2) Exterior o Interior: •

Exterior: es aquella instalada bajo cielo abierto.

•

Interior: es aquella que se encuentra dentro de un edificio o construcción.

(3) Configuración: •

Las subestaciones convencionales aisladas en aire.

•

Las subestaciones aisladas en Hexafloruro de azufre (SF 6).

•

Las subestaciones híbridas compuesta por ambos tipos.

(4) Aplicación: •

Subestaciones elevadoras.

•

Subestaciones receptoras.

•

Subestaciones de Switcheo (sin transformación).

•

Subestaciones de usuario (industrias).

•

Subestaciones de carga (para hornos de arco eléctrico).

CARACTERÍSTICAS ESENCIALES DE UNA SUBESTACIÓN •

Área de equipo primario en corriente alterna (área para transformadores de potencia, transformadores de instrumento, interruptores cuchillas desconectadoras, apartarayos, etc.)

•

Caseta o cuarto del control

•

Área o caseta de para sistemas auxiliares en corriente alterna de bajo voltaje y en corriente directa.

•

Cada subestación eléctrica se diseña por separado sobre la base de sus requerimientos funcionales, capacidades, condiciones locales, etc.

•

En la siguiente figura se muestran las características esenciales de una subestación eléctrica aislada en aire.

•

Las subestaciones aisladas en SF6 se pueden construir en los sótanos de los edificios.

•

Subestación en SF 6 tipo exterior

•

Elementos esenciales de una subestación eléctrica.

•

La subestaciones híbridas están constituidas por una parte aislada en aire y la otra en SF6, por lo general esto se da en las ampliaciones de las subestaciones convencionales aisladas en aire, donde por falta de espacio suficiente se dificultan las ampliaciones, y entonces los módulos adicionales se pueden incorporar con SF6. Esta solución por lo general se da en las subestaciones en alta tensión.

PARTES Y EQUIPOS DE LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS •

Una subestación aislada en aire y del tipo de alta tensión, puede ser la referencia para establecer las partes principales y el equipo asociado en una subestación, ya que es la que tiene la mayor cantidad de componentes.

ÁREA EXTERIOR DE LA SUBESTACIÓN •

Líneas entrantes

•

Líneas salientes

•

Barras

•

Transformadores

•

Aisladores

•

Sistema de conexión a tierra y red de tierras

•

Blindaje

•

Estructuras

•

Cable de potencia

•

Equipo de control

•

Cables de control

•

Alumbrado

•

Equipo y sistema de comunicaciones

•

Equipo primario como: transformadores, interruptores, aisladores, cuchillas des conectadoras, cuchillas de puesta a tierra, apartarrayos, transformadores de potencial, transformadores de corriente.

•

Área de baja tensión:

•

Sistema de protección:

• Equipo de baja tensión(interruptores, cuchillas des conectadoras, transformadores de instrumento, etc.)

• Sistema de enfriamiento

• Tableros de control, protección y medición.

• Cableado para relevadores

• Sistema telefónico • Taller y almacén

•

Sala de baterías y distribución en corriente directa y otros auxiliares: • Sala de baterías y equipo de carga de baterías

• Equipo contra incendio • Sistema de alumbrado • Sistema de purificación de aceite

TRANSFORMADORES DE POTENCIA

•

Son necesarios entre niveles de voltaje consecutivos para elevar o reducir niveles de voltaje de corriente alterna.

•

La potencia de los transformadores se expresa en KVA o en los muy grandes en MVA y se cubre un amplio rango.

PARTES COMPONENTES DE UN TRANSFORMADOR 1.

Boquillas primarias

12.

Ojales de suspensión

2.

Boquillas secundarias

13.

Salida de drenaje

3.

válvula de drenaje con conexión a filtro

14.

Tapa de inspección

4.

Termómetro indicador

15.

Válvula de seguridad

5.

Indicador de nivel magnético

16.

Caja de protección de las boquillas secundarias

6.

Terminal de conexión a tierra

17.

Placa de características

7.

Secador de aire con silica gel

18.

Tapón de llenado

8.

Relevador buchholz

19.

9.

Ruedas orientables

Caja de protección de los aparatos auxiliares

10.

Apoyo para gatos

20.

Control o mando externo del cambiador de derivación

11.

Ganchos de sujeción del transformador

21.

Tanque conservador del liquido aislante

•

Para identificar un transformador se requiere de los siguientes datos esenciales:  Numero de fases y de devanados por fase

 Frecuencia  Conexiones  Método de enfriamiento  Potencia en kVA o MVA

 Relación de voltajes  Requerimientos de cambiador de derivaciones  Voltaje nominal de cada devanado  Niveles de aislamiento de los devanados  Normas de referencia

REQUERIMIENTOS DE CARGA Y ASPECTOS DE APLICACIÓN •

Condiciones ambientales del local, temperatura ambiente, lluvia, polvo, etc.

•

Arreglo de la subestación

•

Facilidades de transporte entre el punto de embarque del fabricante y el sitio final

•

Requerimientos de ingeniería civil, tales como el cuarto de control, cimentaciones, trincheras para cables, aspectos de ventilación

•

El diseño y construcción de un transformador se puede describir en los siguientes subensambles:  Tanque  Núcleo y circuito magnético  Devanados y sistema de aislamiento  Terminales y arreglos de terminales

 Cambiador de derivaciones y control de voltaje  Boquillas, transformadores de corriente en boquillas

CANTIDADES NOMINALES DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA •

Las cantidades significativas de un transformador de potencia incluyen las siguientes:  Voltaje nominal de cada devanado

 Relación de voltajes nominales  Corriente nominal en cada devanado  Potencia aparente  Frecuencia nominal

 Impedancia en porciento  Niveles básicos de aislamiento para cada devanado

SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO PARA TRANSFORMADORES DE POTENCIA.

Los sistemas de enfriamiento son necesarios para disipar el calor generado en el transformador debido a las perdidas de carga. Los distintos tipos de sistemas de enfriamiento son…

ENFRIAMIENTO OA (ACEITE Y AIRE NATURAL) •

Este tipo de enfriamiento es ampliamente usado para transformadores hasta de 30 MVA, en estos transformadores se equipan con paneles de tubos radiadores para circulación del aceite, y de esta manera tener un área de contacto con el aire circundante mayor.

ENFRIAMIENTO OA/FA (ACEITE Y AIRE CON CIRCULACIÓN FORZADA DE AIRE) •

Este tipo de enfriamiento se usa con frecuencia en transformadores entre 30MVA y 60MVA, los paneles que tienen tubos radiadores se equipan con ventiladores de enfriamiento. Los ventiladores arrancan durante las cargas elevadas únicamente.

ENFRIAMIENTO FOA (CIRCULACIÓN DE AIRE FORZADO Y CIRCULACIÓN FORZADA EN ACEITE) •

En este método no es muy común, se usan en transformadores de potencias mayores de 60MVA, especialmente usados en centrales eléctricas como transformadores elevadores. El aceite se hace circular atreves de enfriadores; estos tienen una cara de enfriamiento para intercambiar el calor del aceite l aire.

ENFRIAMIENTO FA (AIRE NATURAL FORZADO) •

En este caso, el aire del medio ambiente se usa para enfriamiento, este método se puede usar en transformadores que no usan aceite (transformadores tipo seco) en potencias que no excedan a los 1500 KVA.

•

por ejemplo en el equipo de protección se utilizaban cuchillas con vacio en su interior el cual les permitía extinguir con mayor facilidad los arcos eléctricos, los transformadores de potencia que se utilizan son por el tipo de enfriamiento de aire forzado, aceite y aire natural, además le inyectaban hidrogeno para evitar humedad en el aceite.

MARCAS DE FABRICANTES DE TRANSFORMADORES.

BIBLIOGRAFÍA : •

Manual del técnico en subestaciones eléctricas, Henríquez Harper.