subestaciones elÉctricas
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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ESMERALDAS “LUIS VARGAS TORRES”
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS
OCTAVO NIVEL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
ASIGNATURA: DISTRIBUCIÓN I
CATEDRÁTICO: ING. JUAN PADILLA
Grupo # 1Integrantes:
FONSECA ACOSTA GABRIELAGONGORA MOSQUERA JUAN CARLOS
MICOLTA YEPEZ DARIO XAVIERQUIÑÓNEZ QUIÑÓNEZ CRISTHIAN
ESMERALDAS - ECUADOR
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ÍNDICE
CONTENIDOS: PÁGINAS:
1.Introducción 1
2.Definición 2
3.Elementos Constitutivos de una Subestación 2
3.1. Elementos Principales 2
3.2. Elementos Secundarios 5
4. Clasificación de las Subestaciones Eléctricas 6
4.1. Subestaciones Elevadoras 6
4.2. Subestaciones Reductoras 7
5. Resumen de la Visita 7
6. Bibliografía 8
7. Anexos 9
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SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
1. INTRODUCCIÓN:
Por razones técnicas (aislamiento, enfriamiento, etc.) los voltajes de generación en
las centrales generadoras son relativamente bajos en relación con los voltajes de
transmisión de modo que si la energía eléctrica se va a transportar a grandes
distancias estos voltajes de generación resultarían antieconómicos debido a que se
tendría gran caída de voltajes.
De aquí se presenta la necesidad de transmitir la energía eléctrica a voltajes más
elevados que resulten más económicos. Por ejemplo, si se va a transmitir energía
eléctrica de una central generadora a un centro de consumo que está situado a 1,000
km de distancia será necesario elevar el voltaje de generación, que supondremos de
13.8 KV, a otro de transmisión, mediante una subestación, el cual asumimos que sea
de 110 KV, como se ilustra en la figura.
Suponiendo que la caída de voltaje en la línea de transmisión fuera 0 volts
tendríamos en el centro de consumo 110 KV. Es claro que este voltaje no es posible
emplearlo en instalaciones industriales y aún menos en comerciales y residenciales
por lo cual se tiene la necesidad de reducir el voltaje de transmisión de 110 KV a otro
u otros más convenientes de distribución en centros urbanos de consumo. Por tal
razón será necesario emplear otra subestación, como se ilustra en la figura.
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2. DEFINICIÓN:
Una subestación eléctrica (S.E.) es un conjunto de elementos o dispositivos los
cuales intervienen en el proceso de generación-consumo de energía eléctrica de una
manera que nos permiten cambiar las características de energía eléctrica (voltaje,
corriente, etc.), tipo (c.a. o c.c.) o bien conservarle dentro de ciertas características.
Las subestaciones sirven como punto de interconexión para facilitar la transmisión y
distribución de la energía eléctrica, es decir son componentes del sistema eléctrico
de potencia (S.E.P.).
3. ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DE UNA SUBESTACIÓN:
Los elementos que constituyen una subestación se pueden clasificar en elementos
principales y elementos secundarios.
3.1. ELEMENTOS PRINCIPALES:
3.1.1. Transformador de Potencia.- Un Transformador es una máquina
estática electromagnética, diseñada para la transferencia de energía de
un circuito primario de corriente alterna, a un circuito secundario con la
misma frecuencia, cambiando algunos parámetros como corriente,
tensiones y ángulo de desfasamiento. El tipo de enfriamiento
OA/FOA/FOA se utiliza en transformadores con capacidades de 10000
KVA (10MVA) monofásicos y 15000KVA (15MVA) trifásicos; fue el que
encontramos en la subestación visitada. El enfriamiento OA/FOA/FOA no
es más que un transformador sumergido en aceite con enfriamiento
propio a base de aire forzado y aceite forzado; éste transformador es
básicamente un OA, con adición de ventiladores y bombas para la
circulación de aceite
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3.1.2. Interruptor de Potencia.- Los interruptores de potencia son dispositivos
automáticos de conmutación de gran importancia para los sistemas de
potencia. Por medio de los interruptores se realiza cualquier cambio de
los esquemas de las redes de corriente para todos los posibles
regímenes de operación a un punto dado del sistema. Genéricamente,
un interruptor es un dispositivo cuya función es interrumpir y restablecer
la continuidad en un circuito eléctrico. Los interruptores de potencia,
como ya se mencionó, interrumpen y restablecen la continuidad de un
circuito eléctrico. La interrupción la deben efectuar con carga o corriente
de corto circuito. Se construyen en dos tipos generales: a) Interruptores
de aceite; y, b) Interruptores neumáticos.
3.1.3. Restauradores.- Es un interruptor de aceite con sus tres contactos
dentro de un mismo tanque y que opera en capacidades interruptivas
relativamente bajas y tensiones no muy elevada. Los restauradores
normalmente esta construidos para funcionar con tres operaciones de
cierres y cuatro de aperturas con un intervalo entre una y otra calibrada
de mano en la última apertura el cierre debe ser manual ya que indica
que la falla es permanente.
3.1.4. Cuchillas fusibles.- Es un elemento de conexión y desconexión de
circuitos eléctricos. Tiene dos funciones: como cuchilla desconectadora,
para lo cual se conecta y desconecta, y como elemento de protección. El
elemento de protección lo constituye el dispositivo fusible, que se
encuentra dentro del cartucho de conexión y desconexión.
El dispositivo fusible se selecciona de acuerdo con el valor de corriente
nominal que va a circular por él, pero los fabricantes tienen el
correspondiente valor de corriente de ruptura para cualquier valor de
corriente nominal. Los elementos fusibles se construyen
fundamentalmente de plata (en casos especiales), cobre electrolítico con
aleación de plata, o cobre aleado con estaño.
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3.1.5. Cuchillas desconectadoras (Seccionadores) y Cuchillas de Prueba.-
Las cuchillas desconectadoras se aplican para dar aislamiento físico a
los elementos en desconexión, operan sin carga y se aplican desde baja
tensión hasta alta tensión. Se clasifican por la forma en que se instala, la
cuchilla recibe el nombre de:
a) Con dos aisladores (accionados con pértiga), operación vertical.
También conocida como Vertical LCO u Horizontal Standard.
b) Con dos aisladores, uno fijo y otro giratorio en el plano horizontal.
c) Pantógrafo o separador de tijera.
d) Cuchilla tipo “AV”.
e) Cuchilla de tres aisladores, el de centro movible por cremallera
f) Cuchillas desconectadoras con cuernos de arqueo
g) Cuchilla tripolar de doble aislador giratorio
Las cuchillas de prueba están destinadas a operar con carga, y estas
van perpendiculares a las cuchillas seccionadoras.
3.1.6. Pararrayos.- Es un dispositivo que nos permite proteger las
instalaciones contra sobretensiones de tipo atmosférico. Las ondas que
se presentan durante una descarga atmosférica viajan a la velocidad de
la luz y dañan al equipo, si no se lo tiene protegido correctamente; para
la protección del mismo se deben tomar en cuenta los siguientes
aspectos:
Descargas directas sobre la instalación
Descargas indirectas
De los dos casos anteriores, el más interesante por presentarse con
mayor frecuencia, es el de las descargas indirectas. El pararrayos, es un
dispositivo que se encuentra conectado permanentemente en el sistema
y opera cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud,
descargando la corriente a tierra.
Su principio general de operación se basa en la formación de un arco
eléctrico entre dos explosores cuya operación está determinada de
antemano de acuerdo a la tensión a la que va a operar.
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3.1.7. Tableros de Control, Protección y Medición (CPM).- Es el cual puede
estar blindado de dos frentes, sin pasillo al centro y se instala a
intemperie, o en algunos casos lo instalan en el interior bajo techo,
directamente al concreto y con acceso por alguno de los lados.
3.1.8. Transformadores de instrumento.- Se denominan como
transformadores de instrumento los que se emplean para la alimentación
de equipos de medición, control o protección. Se dividen en dos clases:
transformador de corriente (TC’s) y transformador de potencial (TP’s).
Transformador de Corriente (TC’s) .- Se conoce como transformador
de corriente (TC’s) como aquel cuya función principal es cambiar el
valor de la corriente de uno más o menos elevado a otro valor con lo
cual se puede alimentar el instrumento ya sea de medición, control o
protección. Como amperímetros, watímetros, varmetros, instrumentos
registradores, relevadores de sobre corriente etc.
Transformador de Potencial (T’Ps) .- Se denomina transformador de
potencial a aquel cuya función principal es transformar los valores de
tensión sin tomar en cuenta la corriente. Estos transformadores sirven
para alimentar instrumento de medición, control o protección en que
se requiera señal de tensión.
3.2. ELEMENTOS SECUNDARIOS
3.2.1. Cables de potencia.
3.2.2. Cables de control.
3.2.3. Alumbrado.
3.2.4. Estructura.
3.2.5. Herrajes.
3.2.6. Equipo contra incendio.
3.2.7. Equipo de filtrado de aceite.
3.2.8. Sistema de tierras.
3.2.9. Intercomunicación.
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3.2.10. Trincheras, conducto, drenajes.
4. CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS:
Las subestaciones eléctricas por su tipo de servicio se clasifican en: Elevadoras,
Reductoras, Compensadoras, de Maniobra o Switcheo, Principal del Sistemas de
Distribución, de Distribución, Rectificadoras e Inversoras.
4.1. SUBESTACIONES ELEVADORAS:
También conocida como subestación transformadora primaria, permite el
aumento de la tensión generada, con el fin de reducir la corriente y por lo tanto
el grosor de los conductores y las pérdidas. Este proceso se usa comúnmente
para facilitar el transporte de la energía, la reducción de las pérdidas del
sistema y mejoras en el proceso de aislamiento de los conductores.
Se ubica en lugares adyacentes a las centrales generadoras y están
conformadas esencialmente por transformadores, los cuales operan con
equipos y dispositivos, que complementan y facilitan la operación de los
mismos. Las subestaciones se construyen en las plantas eléctricas con la
finalidad de elevar el voltaje de generación hasta los niveles de transmisión.
La tensión nominal de un generador puede variar en función de su potencia, de
esta forma podemos tener generadores de baja tensión como: 220, 440 y 660V;
y generadores de media tensión como: 2.2, 4.6 y 13.8 KV. La ventaja de utilizar
tensiones superiores es para disminuir la corriente y así, poder usar
conductores de menor diámetro, economizando espacio y disminuyendo el
tamaño de los generadores.
El valor máximo de la tensión de la generación está limitado a un valor de
13.8KV, mientras que para tensiones superiores a esta, el espesor del
aislamiento es muy grande, contrarrestando el ahorro de la reducción del
diámetro de los conductores.
Cuando la potencia generada es pequeña y la carga se encuentra cerca del
generador, se puede generar en baja tensión y alimentar las cargas
directamente a partir del generador. Cuando la potencia generada es mayor, y
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la distancia entre las cargas es grande, es necesario reducir al máximo la
corriente, de modo que podamos utilizar conductores más delgados.
Generalmente, las líneas utilizadas son aéreas, en las cuales no existen
mayores problemas de aislamiento, y la reducción del diámetro y del peso de
los conductores implica un gran ahorro en las estructuras de apoyo.
Por otra parte, las pérdidas en las líneas de transmisión son proporcionales al
cuadrado de la corriente y por lo tanto, cuanto menor sea la corriente menores
serán las pérdidas.
4.2. SUBESTACIONES REDUCTORAS:
En estas subestaciones, los niveles de voltaje de transmisión se reducen al
siguiente (subtransmisión), o de subtransmisión a distribución, o eventualmente
a utilización.
Estas son subestaciones que se encuentran en las redes de transmisión,
subtransmisión o distribución y constituyen el mayor número de subestaciones
en un sistema eléctrico.
La tensión primaria de los transformadores depende de la tensión de la línea de
transporte (66, 110, 220 o 380 kV). Mientras que la tensión secundaria de los
transformadores está condicionada por la tensión de las líneas de distribución.
5. RESUMEN DE LA VISITA:
La subestación que visitamos fue la S. E. Reductora “Las Palmas”, ésta se conecta
con la empresa CNEL de Santas Vainas de la cual llegan 69KV, los cuales se
reducen a 13,8KV que servirán para distribuir a 5 alimentadoras 4 de ellas
funcionando (Las Palmas, C.C. Multiplaza, Malecón y Puerto Pesquero) y una sin
funcionar. Para esto cuenta con un transformador de potencia de 10 a 12,5MVA el
cual está trabajando a la mitad de su capacidad, según pudimos observar en el
Medidor Principal, así:
Potencia Activa -5,76 MW
Potencia Reactiva -2,977MVAR
Potencia Aparente 6,519MVA
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Encontramos varias protecciones entre ellas vimos los disyuntores 89, 52 y SF6
(hexafloruro de azufre); seccionadores, fusibles, sistema de puesta a tierra, banco
de baterías, pararrayos, sistema de enfriamiento OA/FOA/FOA.
Nos indicó el operador de la subestación que la temperatura máxima del aceite en el
transformador puede ser 60 ºC, pero que por lo general en horas pico había llegado
hasta 50 ºC. Esta temperatura del aceite es sensada por los relés térmicos en el
tablero de protecciones.
6. BIBLIOGRAFÍA:
Gilberto Enríquez Harpe, “Elementos de diseño de subestaciones eléctricas”,
2002.
Gilberto Enríquez Harper, “Fundamentos de instalaciones eléctricas de mediana
y alta TENSION”, 2006.
www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r6861.DOC
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7. ANEXOS:
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