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5/23/2018 SUBESTACIONES ELCTRICAS.pptx

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SUBESTACIONES ELCTRICASDefiniciones, tipos configuraciones y Patio de Llaves

UNIVERSIDAD NACIONAL TECNOLOGICA DEL CON SUR DE LIMA

Ingeniera Mecnica y Elctrica

Expositores:Canchi Santiago, Jimmy

Delgado Casablanca, Luis

Torres Escobar, Juan

Ing. Fabrizio Millan Lneas de Transmisin


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Definicin:

Conjunto de equiposutilizados para dirigir elflujo de energa en unsistema de potencia y

garantizar la seguridaddel sistema por mediode dispositivosautomticos de control yproteccin y para

redistribuir el flujo deenerga a travs de rutasalternas.


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FUNCIONES

Funciones indispensables en una Subestacin: Proteccin: Las subestaciones tienen los equipos necesarios paradetectar las fallas y aislarlas de las fuentes de energa.

Esto es indispensable para la seguridad de las personas y laintegridad de los equipos. Medida: Se miden las tensiones, corrientes, flujos de potencia

activa y reactiva, energa, etc. Esta medicin de variables estil desde el punto de vista operativo y comercial.


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ManiobraPara realizar reconfiguraciones de la red o pararetirar de servicio circuitos y equipos para mantenimiento,garantizando la seguridad de las personas y manteniendo la

continuidad del servicio. Supervisin y control: Cuenta con los elementos necesarios para que desde unaestacin remota se pueda conocer el estado de los diferentes

equipos y de las variables elctricas.Tambin, es posible realizar maniobras en forma remota


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Elementos de una Subestacin

Seccionadores:

Aislan para mantenimiento

Operan sin carga

Pararrayos:Proteccin contrasobretensiones

Sistema de medida,

proteccin y control

Sistemas auxiliares

Interruptor: Maniobra:

Control de flujo Aisla para mantenimiento o

trabajos

Proteccin: Aisla elementos con falla (capazde operar con Icc)

Transformadores deinstrumentacin: interfazentre la alta tensin y losequipos de medida, control yproteccin.

Transformadores de corriente Transformadores de tensin


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A: Lado del nivel de tensin primarioB: Lado del nivel de tensin secundario1. Lnea de transmisin de llegada

(primaria)2. Cable de guarda3. Prtico(Barra) de llegada4. Transformador de tensin (TT)5. Seccionador (Disconnect switch)

6. Circuit breaker7. Transformador de corriente (TC)8. Pararrayos

9. Transformador de potencia10. Edificio de control11. Valla de seguridad12. Lnea de transmisin de salida(secundario)


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PATIO DE LLAVES O DE CONEXIONES

Conjunto de equipos y

barrajes de una

subestacin que tienen

el mismo nivel de

tensin y que estn

elctricamente

asociados.

Generalmente ubicadosen la misma rea de lasubestacin.


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Patio de Transformadores

rea de la subestacin en donde se ubican los transformadores depotencia. Generalmente entre patios de conexin de diferente

niveles de tensin.


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LOTE DE UNA SUBESTACION

El lote de la subestacines el conformado por lasreas de los patios deconexin ytransformacin, vas decirculacin ymantenimiento,edificaciones, etc.

El lote se debe urbanizar en forma ptima para obtener elmejor aprovechamiento de las reas constitutivas sin queexistan interferencias entre los patios, accesos de lneas, vasde circulacin, as como durante el montaje, la operacin ymantenimiento de la subestacin, ampliaciones, etc.


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OTRAS DEFINICIONES

Campo (baha o mdulo) de conexin Es el conjunto de equipos necesarios para conectar un circuito (generacin,

transformacin, interconexin o distribucin, equipo de compensacin, etc) alsistema de barrajes colectores de un patio de conexiones.

Barrajes colectores Elemento fsico de un patio de conexiones que representa el nodo del sistema,

es decir, el punto de conexin en donde se unen elctricamente todos loscircuitos que hacen parte de un determinado patio de conexiones.

Disposicin fsica Es el ordenamiento fsico de los diferentes equipos constitutivos de un patio

de conexiones para una configuracin determinada.


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TIPOS DE SUBESTACION

Subestacin de generacin Asociadas a centrales generadoras. Dirigen directamente el

flujo de potencia al sistema.

Subestacin de transformacin Con transformadores elevadores o reductores (pueden ser

terminales o no).

Subestacin de maniobra Conectan varios circuitos (o lneas) para orientar o

distribuir el flujo de potencia a diferentes reas delsistema.


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SUBESTACIONES

GE

NERACIN

Interruptoresautomticos

Usuarioscomerciales

Subestacin dede generacin

Usuariosresidenciales

Subestacin dede maniobra

Subestacin dede transformacin

Subestacinindustrial


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Configuracin de una subestacin

Se denomina configuracin al arreglo de los equiposelectromecnicos constitutivos de un patio deconexiones, o pertenecientes a un mismo nivel de tensinde una subestacin, efectuado de tal forma que su

operacin permita dar a la subestacin diferentes gradosde confiabilidad, seguridad y flexibilidad de manejo,transformacin y distribucin de energa.

Cada punto (o nodo) en el sistema tiene diferentes

requerimientos de confiabilidad, seguridad y flexibilidad ycada configuracin brinda diferentes grados de estascaractersticas.


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COMPONENTES DEL SISTEMA

Barraje

Seccionador

Interruptor

Trafo decorriente

Trafo depotencialPararrayos

Controlmedida yproteccin

Barraje


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SISTEMAS DE BARRAS

Elemento conductor que recoge todas lasintensidades que llegan a la subestacin


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Configuracion del Diseo de Barras

Pueden ser rgidas o flexibles.


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Sistema de BarrasArreglo de Barras.- Simple Barra Seccionada.

Est constituido por dos (2) barras principales, con posibilidad de acoplamientoentre smediante un disyuntor y sus seccionadores asociados.Utilizacin:En el diseo normalizado de las subestaciones tipo: Nodal III con acoplador debarra.Ventajas:Mayor continuidad del servicioFcil mantenimiento de los tramos conectados a la barraRequiere poco espacio fsico para su construccin.Para fallas en barra, queda fuera de servicio el tramo de la seccin de barraafectada

Desventajas:Falla en barra puede originar racionamiento en media barra.El mantenimiento de un disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual estasociado.


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Simple barra con By passSimilar al de barra simple, y difieren en que los tramostienen adicionalmente un seccionador en derivacion (bypass)Ventajas:

Similar al esquema de barra simple, pero permite

realizar labores de mantenimiento en los tramos sininterrumpir el servicio, a traves del seccionador dederivacion (by pass).

Requiere poco espacio fisico para su contruccion.Desventajas:

Falla en barra interrumpe totalmente el suministro deenergia.

Las ampliaciones de barra exigen la salida de lasubestacion en su totalidad.


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SIMPLE BARRA SECCIONADA:

Esta constituido por dos barras principales, con posibilidad deacoplamiento entre si, mediante un disyuntor y sus seccionadoresasociados.

Ventajas: Mayor continuidad del servicio Fcil mantenimiento de los tramos conectados a la barra Requiere poco espacio fsico para su construccin Para fallas en barra, queda fuera de servicio en el tramo de la

seccin de barra afectada. Desventajas El mantenimiento del disyuntor deja fuera de servicio el tramo al

cual esta asociado.


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Barra Doble: Principal y detransferencia

Esquema mas caro mas dispositivos y con mayoresnecesidades de espacio.- Funcionamiento normalcircuitos conectados a la barra

principal

- Esquema mas flexible y seguro- Interruptor de linea abierto, manteniemiento o falla,reestablecimiento del suministro mediante la conexin a labarra de transferencia y cierre del interruptor deacoplamiento.

- Inconvenientes:- Fallo en barra, perdida ttal del suministro- Mantenimiento del interruptor de acoplamiento, una barra

fuera de servicio.


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Barra Doble

Est constituido por dos (2) barras principales, las cuales seacoplan entre s mediante undisyuntor y sus seccionadoresasociados. Ventajas:

Las labores de mantenimiento pueden ser realizadas sininterrupcin del servicio. Facilita el mantenimiento de seccionadores de barra,

afectando nicamente el tramo asociado. Desventajas:

La realizacin del mantenimiento en un disyuntor de untramo, requiere la salida del tramocorrespondiente.

Requiere de gran espacio fsico para su construccin.


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Barra en anillos

Esquema aplicado cuando las necesidades de confiabilidad sonimportantes y se necesita mayorflexibilidad. Ventajas: Mayor flexibilidad. Fcil mantenimiento de los tramos conectados a la barra. Cada circuito tiene dos puntos de alimentacin. Desventajas: Mayor costo. Falla en lnea se pierde la lnea. Falla en barra se pierde una lnea. Requiere mayor rea de construccin.


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Patio de lavesINTERRUPTORES DE POTENCIA

OBJETIVO

Abrir o cerrar un circuito energizado, tanto encondiciones Normales como de Falla,

interrumpiendo o estableciendo una circulacinde corriente

AISLAR FALLASOPERAR BAJO EL CONTROL

DE LA PROTECCION


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Patio de lavesefinicin de Interruptor de Potencia

Dispositivo Electromecanico destinado a la conexin ydesconexin de un circuito elctrico en condiciones de operacinnormal de carga, en vaci y en condiciones de falla(sobrecorrientes y cortocircuitos) tan rpido como sea posible,de tal forma que se limite al mnimo los posibles daos a losequipos.

Partes Constructivas.Activa: Constituida por la cmara de extincin de arcos, loscontactos fijos y los contactos mviles con sus respectivosmecanismos de operacin. - PartePasiva: Constituida por la estructura que soporta la parteactiva.Accesorios: formado por los bushings, vlvulas, conectores detierra, placa de medicin y otros accesorios..


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Clasificacin.Sistema de Tensiones: monopolar y tripolar. -

Mecanismo de Accionamiento: Hidrulicos,neumticos, energa almacenada en resortesymixto.Medio en el que se encuentran los contactos:

Inmersos en aceite, hexafloruro de azufre, aireyvaco.Mtodo de Extincin del Arco: Gran volumen deaceite, pequeo volumen de aceite,airecomprimido, hexafloruro de azufre, vaco ysoplado magntico.Tipo de Operacin: Interruptor y reconectador

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Interruptores en Aceite.

Los dispositivos de interrupcin son inmersos en aceite aislante. La

extincin del arco se da a travs de la generacin de gases,principalmente hidrgeno por ladescomposicin de las molculas delaceite por las altas temperaturas dadas en la regin quese presenta elarco elctrico. Existen dos tipos de cmaras de extincin de arco:

-Existen dos categoras de interruptores en aceite: los de gran volumende aceite y los interruptores de pequeo volumen de aceite.

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Interruptores de Aire Comprimido.

Utilizan el aire comprimido como medio de extincin del

arco. Existen dos tipos de cmaras de extincin del arco:

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INTERRUPTORES SF6:


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INTERRUPTORES SF6:

SF6 (Exafloruro de Azufre) es un gas inodoro, incoloro y nocombustible, en condicionesnormales es qumicamente estable einerte y que las razones principales de su uso en altatensinson: -Constituye un excelente medio aislante. -Poseecaractersticas favorables para la interrupcin de la corrienteelctrica.Los interruptores en SF6 pueden ser considerados dedos formas:

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TRANSFORMADOR DE CORRIENTESon aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las

condiciones normales de operacin, es prcticamenteproporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente

desfasada. Desarrollan dos tipos de funcin: transformar lacorriente y aislar los instrumentos de proteccin y medicin

conectados a los circuitos de alta tensin.Para Alta tension en un Patio de Llaves llevan aislamientos a basede papel y aceite dentro de un recipiente metlico, conaisladores pasatapas de porcelana. Actualmente se utilizan

resinas dentro de un aislador de porcelana, o gas SF6 y cubiertade porcelana.

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Los transformadores de corriente pueden ser de medicin, de proteccin, mixtos ocombinados.Transformador de medicin. Los transformadores cuya funcin es medir, requieren

reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Su precisin debegarantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal del orden del 10%, hasta unexceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal.Transformadores de proteccin. Los transformadores cuya funcin es proteger un circuito,requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la magnitud de la corrientenominal, cuando se trata de grandes redes con altas corrientes puede ser necesario

requerir treinta veces la corriente nominal.En el caso de los rels de sobrecorriente, slo importa la relacin de transformacin, peroen otro tipo de rels, como pueden ser los de impedancia, se requiere adems de larelacin de transformacin, mantener el error del ngulo de fase dentro de valorespredeterminados.Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se disean para una

combinacin de los dos casos anteriores, un circuito con el ncleo de alta precisin para loscircuitos de medicin y uno o dos circuitos ms, con sus ncleos adecuados, para loscircuitos de proteccin.Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta albergan untransformador de corriente y otro de tensin.Se utilizan en estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

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Transformador de corriente de alta tensin aislado por aceite


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Transformadores de Tensin

Un transformador de tensin es un dispositivo destinado a la alimentacin de aparatosdemedicin y /o proteccin con tensiones proporcionales a las de la red en el punto enel cual estconectado. El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y elsecundario se conecta en paralelo con las bobinas de tensin de los diferentes

aparatosde medicin y de proteccin que se requiere energizar. Cada transformador de tensintendr, por lo tanto, terminales primarios que se conectarn a un par de fases o a unafase ytierra, y terminales secundarios a los cuales se conectarn aquellos aparatos.En estos aparatos la tensin secundaria, dentro de las condiciones normales de

operacin, es prcticamente proporcional a la tensin primaria, aunque ligeramentedesfasada.Desarrollan dos funciones: transformar la tensin y aislar los instrumentos deproteccin y medicin conectados a los circuitos de alta tensin.

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TRANSFORMADOR DE POTENCIAUn transformador de potencia es aquel que maneja grandes magnitudes de voltio amperios VA, los cuales se expresanen KVA [kilo voltio amperios] o en MVA [mega voltio amperios].

Usualmente se considera un transformador de potencia cuando su capacidad es de un valor a partir de: 500 KVA, 750KVA, 1000 KVA, 1250 KVA o 1.25 MVA, hasta potencias del orden de 500 MVA monofsicos y de 650 MVA trifsicos, 900MVA. Estos ltimos operan en niveles de voltaje de 500 KV, 525 KV y superiores.

Generalmente estos transformadores estn instalados en subestaciones para la distribucin de la energa elctrica.Efectuando la tarea intermediadora entre las grandes centrales de generacin y los usuarios domiciliarios o industriales;que consiste en reducir los altos niveles de voltaje [con el cual es transmitida la energa] a magnitudes de voltajeinferiores, que permiten derivar circuitos a los usuarios en medias o bajas tensiones.Tambin se da una aplicacin similar, en las grandes centrales de generacin, donde los transformadores de potencia,

elevan los niveles de voltaje de la energa generada a magnitudes de voltaje superiores, con el objeto de transportar laenerga elctrica en las lneas de transmisin.

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DIFERENCIAS ENTRETRANSFORMADORES

1) PotenciaSon los transformadores de gran tamao.Aplicacin: Transportar grandes potencias de energa elctrica (elevando yreduciendo el voltaje).

2) Tensin

Son transformadores mas pequeos, son para medicin y proteccin.Aplicacin: Se se usan para medir voltaje. Por lo general su primario es en altao media tensin mientras que el secundario es 110 voltios AC, valor que usanlos instrumentos y rels.

3) CorrientePor lo general son del tipo toroide, son para medicin y proteccin.

Aplicacin: Se se usan para medir corriente. Por lo general su primario es paraalta corriente mientras que el secundario es de 0 a 5 amperios AC, valor queusan los instrumentos y rels.

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PARARRAYOS

Pararrayos.Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo esatraer un rayo ionizando el aire para excitar, llamar

y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo queno cause daos a las personas o construcciones.Fue inventado en 1753 por Benjamn Franklin. Elprimer modelo se conoce como pararrayos

Franklin, en homenaje a su inventor.

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RAYO

El rayo es un fenmeno meteorolgico quegenera severos efectos trmicos, elctricos ymecnicos, en funcin de su energa durante la

descarga.

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SeccionadoresSon equipos mecnicos conocidos tambin con el nombre deseparadores o desconectadores. Son dispositivos que sirven paraconectar o desconectar diversas partes de una instalacin elctricapara efectuar maniobras de operacin o de mantenimiento.Funciones.Aislar tramos de circuitos en forma visible. Aislar equipos como

interruptores, capacitores, barras, transformadores, reactores,generadores, lneas para la ejecucin de mantenimientos. Maniobrade circuitos, transferencia de circuitos entre barras deuna subestacin. Para la operacin de estos equipos, los circuitos oequivos que van a ser aislados, deben estar sin carga (sin corriente oen vaco); sin embargo debe ser capaz desoportar corrientes

nominales y corrientes de falla (sobrecorrientes) durante untiempoespecificado. Por lo tanto, este aparato da la seguridad al personal demantenimiento para sus labores.

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Especificaciones.El diseo y fabricacin de estos equipos est normado de acuerdo a las normasIEC60129 y 60273 o las normas ANSI C29.8 y C29.9; as como responder a lanorma IEC60694 en que corresponde a valores nominales y de ensayos (tensinde impulso).

Clasificacin.

Por su funcin:Seccionadores de maniobra.Seccionadores de puesta a tierra. Por su forma (Fsica y de Operacin):De cuchillas giratorias.De cuchillas deslizantes.De columnas giratorias.

De pantgrafo.De simipantgrafo o de tipo rodilla. Cual sea su forma de apertura deben de permitirla observacin clara y precisade la distancia de aislamientoen aire.

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SELECCIN:Son muchos los factores que se toma en cuentapara su seleccin: Nivelde tensin, esquema demaniobra de la subestacin, limitaciones derea,distancias de seguridad, funcin a desempear oestndarutilizado por la empresa. Los seccionadores de apertura lateraltraenespeciamientos entre ejes de fases mayores quelos dems, paramantener el espaciamiento fase-fase especificado, este aspecto sepresenta crticopara tensiones grandes. Seccionadores de dobleapertura es crtico paratensiones mayores a 345 kV, las lminas sonmuylargas y tienen a sufrir deformaciones, en especialpara esquemasen los que operan en condicinnormalmente abierta. Existenseccionadores que permiten apertura encaso de tener corrientescapacitivias, inductivas oinducidas.

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Seccionadores con Cuchillas Giratorias.Empleados en media tensin, tanto en interior

comoexterior. El seccionador mostrado de cuchillasgiratorias tripolar para instalacin en interior ytensin de servicio hasta 13,2 kVconaccionamiento por motor y cuchillas de puesta atierra adosada para accionamiento manual con

palanca de maniobra, intensidad nominal 630 A.

Seccionadores con Cuchillas Deslizantes.De estructura similar a las de cuchillas

giratorias. Requiren menor espacio para

maniobras, dado que las cuchillas de desplazanlongitudinalmente y tienen una capacidad deinterrupcin inferior a un 70% respecto delascuchillas giratorias. Modelo disponible paratensiones de 13,2 kV y 33 kV y desde 400 a 630 A.

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