• Author / Uploaded
• sazuto

Citation preview

ENSAYO SOBRE SUBESTACIONES ELECTRICAS (VISITA A SUBESTACION POTENCIA, TAPACHULA; 400 KV-115 KV)

Documento: ensayo Presentado al Catedrático: Ing. Gonzales Martínez Adrián. Del Instituto Tecnológico de Tapachula

En Cumplimiento Parcial De los Requerimientos de la Materia Subestaciones Eléctricas

presenta Edihno Marcel Ruíz Romero Alumno Perteneciente al 8° Semestre Grupo “M"

Tapachula, Chiapas a 24 de mayo del 2019

Introducción.

En cumplimiento de las actividades para formación y conocimiento en tema de subestaciones eléctricas, se realizó un visita, con el grupo M del octavo semestre de la carrera de ingeniería Electromecánica, del instituto tecnológico de Tapachula a la subestación que se encuentra en Rio florido, Tapachula, Chiapas, esta subestación tiene 2 bahías, una a 400 kv y otra a 115 kv, es alimentada desde el municipio de Tuxtla Gutiérrez, de esta subestación depende, el municipio de Tapachula, Mazatán y también Guatemala, ya que el gobierno mexicano a través de la subestación potencia de Tapachula, tiene un contrato de venta de electricidad a Guatemala, C.A. En el transcurso de la visita se hablo acerca de cómo está constituida una subestación, cuáles son las generalidades que debe de tener, como se monitorea y se controlan las bahías de esta subestación, el sistema de comunicación al cual se somete todo el funcionamiento de las dos subestación, también se abordó el tema de reactores que se encuentran, los fenómenos que pueden surgir de manera imprevista y cuales son y como se desarrollan las actividades de planes de contingencia. Otro aspecto clave del cual se habló, es del equipo de seguridad que se debe de usar para poderse introducir en las bahías, también se menciona el banco de baterías como una fuente de energía auxiliar. El tipo de configuración de la misma subestación. Se logro observar a distancia considerablemente cercana, los transformadores reductores de la subestación con relación de transformación de 400 Kv- 115Kv. Incluso como aspectos de mantenimiento se observó las rutinas de mantenimiento a las que se debe de someter la

subestación, ahora bien, en todo este proceso también se vio involucrado el equipo para realizar pruebas de rutinas a los equipos, debido a que para cualquier situación que se presente, es necesario e indispensable tener equipos a la mano para poder solucionar los detalles en un determinado momento.

El recorrido duró aproximadamente 4 horas. Tiempo suficiente para apreciar estructuras, componentes, fenómenos, como el de efecto corroa, tp´s y tc´s, trampas de onda, buses, cuchillas e interruptores. En la parte automatizada(controles), encontramos los dispositivos de medición y otros que son más de función comparativa, que ayudan a llevar un recuento y un valor real de que está pasando en tiempo presente, con ayuda de estos controles podemos monitoreas que carga se está enviando a cada destino y cuanto se está recibiendo. También en cuestiones de diseño pudimos observar el diagrama unifilar de la subestación, que resultó tener una configuración muy peculiar en Delta.

Para la bahía de 115 KV, se tienen 3 transformadores reductores en operación, y uno para uso auxiliar, estos esta divididos por paredes que aíslan uno de otro, evitando una cadena de accidentes entre los transformadores. La vida útil de un transformador es de aproximadamente d25 años, esto dependiendo a las actividades de mantenimiento que se vean sometidos, y de las pruebas de rutinas que se les implemente. Actualmente la subestación cuenta con equipos que se han dañado por algunas anomalías del ámbito natural como lo son los sismos, los elementos que se vieron afectados fueron algunos aisladores tipo base y cuchillas.

Desarrollo. Para fines prácticos y de comprensión es pertinente definir los aspectos que se vieron en la visita a la subestación de potencia, se considera necesario e importante poder comprender algunos conceptos generales concernientes a la materia de subestaciones eléctricas.

En términos generales podemos definir una subestación eléctrica como una instalación, o conjunto de dispositivos eléctricos, que forma parte de un sistema eléctrico de potencia. Su principal función es la producción, conversión, transformación, regulación, repartición y distribución de la energía eléctrica. La subestación debe modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para que la energía eléctrica pueda ser transportada y distribuida. El transformador es el equipo principal de una subestación. Partes importantes que forman una subestación: Sala de control Es el lugar en el que se encuentran alojados los tableros de control y medida, el tablero de protecciones, el de servicios auxiliares, el tablero de comunicaciones, el tablero de los medidores de energía, los cargadores y las baterías e inversores. El patio de transformadores y conexiones(bahía) Esta es la zona de la subestación en la que se encuentran los transformadores de potencia y sus accesorios. También aquí se encuentran agrupados los interruptores, seccionadores, transformadores de corriente y potencial, los descargadores de sobretensión y las trampas de onda, entre otros.

Se ingreso con el grupo de octavo semestre a la subestación de potencia Tapachula, al entrar a las instalaciones por protocolos de seguridad se tuvo que usar el equipo apropiado para poder hacer el recorrido, el equipo consta de: 

Casco



Botas dieléctricas



Lentes de protección

 Ropa de algodón Luego de contar con el quipo apropiado, entramos a las instalaciones, donde en primera instancia visitamos la sala de control, es aquí donde se concentra toda la información de la subestación, pudimos observar los monitores que se encargan de hacer mediciones en tiempo real las 24 horas del día, estas medicines se basan en la lectura de la potencia recibida y la potencia suministrada a la ciudad de Tapachula y Mazatan, también Guatemala. Esta parte es importante ya que de esta depende en gran parte el funcionamiento de dispositivos que encontramos dentro de la subestación eléctrica, debido que de forma automatizada se puede controlar la subestación de potencia, además de esto, la sala de control cuenta con un sistema de comunicación: de fibra óptica y de trampa de onda, la fibra óptica viene en forma de hilo de guarda y llegas hasta la sala de control, la trampa de onda es un método muy antiguo pero eficaz, porque al momento de enviar una cuadrilla al campo, se puede comunicar de manera inmediata a través de este método. Esta se hace dentro de la misma línea de transmisión.

Después de haber visitado la sala de control, se hizo la visita a la bahía de 400Kv, la primera característica que se notaba, era el efecto corona que estaba en toda la bahía, este se podía apreciar desde 50 metros de distancia. Luego de seguir con el recorrido, llegamos a un lugar intermedio, entre la torre de remate y el marco de remate de la subestación, es aquí donde entran los conductores, y se encuentran con el primer dispositivo de protección, el pararrayos, se encontraban 3 uno designado para cada fase, luego de esto estaban conectados nuestros transformadores de corriente (TC´S), estos son equipos de medición directamente conectados a la sala de control, también encontramos transformadores de potencial (TP´S), que de igual manera se encontraban directamente conectados a sa sala de control. Ya que de estos depende la potencia suministrada a la caseta. En cuestiones de apertura o cierre, se apreciaron los interruptores de potencia, y las cuchillas, estos elementos pueden ser operados tanto de manera remota o bien de forma manual. En este punto de la visita, comprendimos lo visto en clase, que menciona, los interruptores de potencia son los únicos aparatos de apertura o cierre que se pueden conectar o desconectar estando energizados, por ende una relación de operación entre interruptores y cuchillas quedara de la siguiente manera: se desconectara primero un interruptor de potencia y luego las cuchillas, posteriormente se procede a realizar una acción de mantenimiento o alguna situación que requiera de esta acción, una vez realizado el trabajo, se procederá a conectar las cuchillas y posteriormente el interruptor principal, como dato, si una cuchilla es abierta estando esta energizada, se generara un arco eléctrico tan potente que podría dañar la integridad humana del operador. Es por eso que al momento de operar estos elementos se debe de tener en consideración las instrucciones antes mencionadas, esto por cuestiones de seguridad y evitar el daño de los equipos en cuestión.

Otros de los elementos dentro de la subestación que definitivamente eran notables, son los reactores, los reactores tienen un efecto capacitivo, estos están situados a la entrada de nuestra bahía, estos están ahí para compensar los reactivos que se generan debido a la gran distancia que tiene nuestro S.E.P. En la bahía también apreciamos otro elemento del que tanto se hablo en clase, los buses, son estas las conexiones principales de donde se alimentas nuestros circuitos derivados de la subestación. Cada bus tiene una cadena de aisladores y su propio equipo para ser soportado, en este caso hablamos de aisladores tipo soporte, y con respecto a la cadena de aisladores como se sabe que una cadena de aisladores para una tensión de 400 KV debe de ser de 24 aisladores. Durante la visita, pudimos ver una de las anomalías que se pueden presentar, como lo son los nidos y las aves, estas crean sus nidos en los equipos de la subestación, creando así, un ambiente susceptible a un accidente, es por ende que se debe de hacer un mantenimiento de limpieza en determinado tiempo, este tipo de actividad no es de gran complejidad, pero si requiere del equipo de seguridad apropiado, y haciendo uso de la pértiga se procedió a limpiar los nidos. De hecho, se mencionó que, en la bahía de 115 KV, se generó un arco eléctrico, un ave rompió la distancia de seguridad y esta recibió la descarga del arco eléctrico, esto trajo como consecuencia el daño definitivo de una TC, que se flameo por la misma descarga.

Después de ver a detalles la bahía de 400KV, pasamos a la bahía de 115KV, realmente todo lo visto anteriormente se puede observar en esta bahía, la diferencia que se podría mencionar, es la magnitud y estructura a la que esta esta requerida, en cuestiones de dimensiones, disminuye en un 40% debido a que esta es de manera más integrada, pero porta los mismo elementos antes visto, los elementos adicionales que podemos observar son los transformadores de reducción de potencial, estos tienen una relación de transformación de 400KV a 115KV, por cada fase se tiene conectado un transformador, y en un plan de emergencia se tiene un trasformador adicional, este puede ser usado para acciones de mantenimiento en unos de los transformadores que está en servicio, para ello se debería de hacer las conexiones pertinentes debido a que este se encuentra desconectado por obvias razones, los transformadores están montados en una superficie cubierta de concreto, misma que su ves tiene espacios empedrados por si existiera la posibilidad de derrame de algún líquido. Lo transformadores se encuentran situados de manera lineal, es por eso que se necesitó la construcción de muros que puedan aislar de manera parcial uno de otro, además de servir como aislante estos podrían evitar una cadena de accidentes que se pudiera suscitar si unos de los tres transformadores tuviera una explosión, los transformadores tienen un sistema de enfriamiento, se comentó que los ventiladores para enfriamiento se operan de manera manual ya que los transformadores no llegan al punto de requiere de manera estricta un sistema de enfriamiento, es por ello que se hace la operación de los ventiladores de manera manual, además esto sirve para que los mismos no presenten defectos por ausencia de uso.

En tema de soluciones para una emergencia dentro de las instalaciones de la subestación de potencia, se tiene un banco de baterías, que consta de 120 baterías, este banco esta programado para que cuando falle la red eléctrica este entre en operación brindando la potencia deseada para uso de quipos de computo y oficinas en general, regularmente este es solo un sistema de emergencia, ya que las instalaciones cuentan con una conexión de la misma subestación, anteriormente se tenia la subestación de las oficinas conectadas a la red eléctrica de Tapachula, pero en esta línea de 13.8 KV, se presentaban muchos falles de suministro, entonces el personal de mantenimiento de la subestación opto por desconectar su carga de esta línea y meterla en la subestación de 115KV; para esto fue necesario conectarse en el tercer devanado de los transformadores haciendo uso de un transformador de 34.5 a 13.8 y posteriormente conectar la subestación de las oficinas, con este arreglo se solucionó el problema de suministro que se presentaba.

Ahora bien, la Comisión Federal de Electricidad, cuenta en sus instalaciones una serie de instrumentos y almacenes donde guarda equipos para controlar situaciones de emergencia y proporcionar mantenimiento a los equipos que se encuentran en esta misma. En el almacén pudimos apreciar equipos nuevos, como TC´S y TP´S, aisladores, conductores, y otros elementos que han sido sustituidos como un interruptor de potencia que se conforma de tres partes. En los equipos de medición, encontramos que cuentan con TTR, para pruebas de resistencia de terreno, resistencia de aislamiento. No fue posible verlos en físico a excepción de unos

cuantos debido a que este equipo es muy delicado y ara su uso se envió a

calibrar, esto para poder usarlos de manera correcta y mantenerlos en óptimas condiciones

Subestación de 400 KV

En esta imagen podemos apreciar la estructura de la torre de remate, que llega hasta la subestación, sonde posteriormente pasara a un transformador de instrumento del tipo potencial y de tipo corriente. De primera instancia tenemos a los pararrayos, que son con los primeros elementos que se topan las líneas de 400KV, también se puede apreciar la estructura de la subestación del tipo patio, construida de celosía, en toda la estructura se puede apreciar el efecto corona, auditivamente claro. Y cuánto de carga estatista al momento de entrar a la subestación. En los hilos de guarda, se tiene un tendido de fibra óptica para fines de comunicación. En esta bahía es donde se tiene la configuración de Delta, en donde se encuentra conectada la entrada de alta tensión, la bahía de 115 KV y las líneas de salidas hacia Guatemala C. A

Subestación reductora 400KV-115KV

Se aprecia en la siguiente fotografía se aprecia la subestación reductora, la cual esta equipada con sistemas de lectura las 24 horas del día, se identifican los tres transformadores reductores y la bahía, esta subestación tiene a su responsabilidad la carga del municipio de Mazatán, aproximadamente a 20KM y Tapachula, aproximadamente a 8 KM. Esta subestación tiene 4 buses principales de los cuales uno se encuentra fuera de servicio, esto quiere decir que aun puede albergar un circuito mas y así poder suministrar una carga definida.

Banco de baterías.

Este banco de baterías es que entra en función cuando se presenta una anomalía en el suministro eléctrico de las oficinas o centro de control de las instalaciones, este provee la energía necesaria para poder continuar laborando en condiciones normales, además de mantener en pleno funcionamiento las oficinas, estas proveen la potencia necesaria para seguir monitoreando la subestación. Este banco se utilizaba de manera muy constante debido a las fallas que presenta la línea de 13800 v que viene del municipio de Tapachula. Ahora la subestación de las oficinas y de la demás estructura, es alimentada por la subestación de 115 kv, con este arreglo se solucionó el problema de energía interrumpida. Es por esta razón que el equipo está en óptimas condiciones, pero con muy pocas probabilidades de uso.

Centro de control.

Es aquí donde se monitorea de manera completa y constante las dos bahías de las instalaciones, se obtienen datos de los trasformadores de instrumentos que se encuentran en ambas subestaciones y la capacidad a la que se encuentra cada una de ellas, también la carga suministrada en cada circuito y la relación de transformación en las fases. Es en esta área donde se llevan acabo ejecuciones de automatización de las subestaciones, se desarrollan actividades como, apertura o cierre de interruptores y de cuchillas. Y es donde se concentra la comunicación de trampa de onda o bien de fibra óptica y de frecuencia. Aquí también se puede observar las condiciones del sistema en delta y también se puede ejecutar una apertura para desenergizar una línea de alta tensión.

Conclusión. Puedo concluir este ensayo mencionando que el hecho de haber podido realizar una visita a una subestación de potencia, me ha hecho comprender de mejor manera la constitución y funcionamiento de una subestación eléctrica, tanto eso como los componentes que esta misa involucra, esto ha reforzado mi conocimiento desde el punto de generación, pasando por la distribución y estructuras, hasta llegar al punto de una subestación eléctrica de potencia, he podido ver de manera detallada los transformadores y equipos de protección como lo son el pararrayo, transformadores de instrumentos y también la automatización de la subestación eléctrica que se encuentra controlada por una área de control, comunicación y medición, puedo decir que el objetico de la vista se llevo a cabo de manera exitosa, dado que ahora puedo ver los elementos que involucra estas instalaciones y saber de que se trata y como funciona, la importancia que tuvo esta visita me ayudó a entender términos que solamente había visto en clase, y en definitiva me hace pensar en la importancia que tiene saber de este tema para con mi formación como futuro ingeniero electromecánico.

En la visita pude ver elementos que en algún momento solo fueron teoría, sin embargo al momento de la visita se enlazo la teoría y la práctica de como y porque funcionan las cosas, mencionare los elementos que vi en clase de manera teórica y luego puedo observarlos en pleno funcionamiento y la manera en que están conectados; los elementos visto son: pararrayos, cuchillas de potencial, tp´s, tc´s, trampa de ondas, cadena de aisladores, transformadores reductores, aisladores tipo torre, buses principales, reactores, válvula

buchholz, hilo de guarda, estructuras mayores y menores de una subestación, torre de remate, banco de baterías, marco de remate de una estructura, caseta de medición y control, sistema de automatización, efecto corona, lectura y seguimiento de diagrama unifilar, entre otros.

En el aspecto de seguridad aprendí que el banco de baterías cuenta con una tubería especial para cuando se presente un accidente en esta área, si hubiera derramamiento de líquidos tóxicos, puedan ser drenados a través de la tubería y almacenados en un recipiente de contenidos peligrosos, las bases o área en donde se encuentran sentados los transformadores también deben de tener un sistema para derramamiento, que consta de una área donde no se hizo piso firme, se rellenó de piedras para cuando caiga fluido este se drene a terreno evitando encharcamientos y situaciones peligrosas, debido a que las dimensiones de los transformadores son altas, se debe de hacer este tipo de acondicionamiento.

En cuestiones de estructuras, indague que estas van a depender del potencial de la subestación, y que las dimensiones y especificaciones serán determinadas por normas que propician la seguridad de su elaboración, permitiendo de este modo colocar los equipos con bases de estrictos reglamentos. Ya que no es lo mismo hablar de 400KV que de 115. Para conocimientos técnicos conocí la nomenclatura para identificar las potencias de una subestación, para 34.5KV= 5, 115KV=7, 230KV=9, 400KV=4.