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• Eduardo Gutierrez

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Centro Universitario de Ciudad Juárez Alumno:

Eduardo Gutiérrez Ontiveros Matrícula:

5417 Titular:

Ing. José Domínguez Arroyo Materia:

Procesos Eléctricos industriales Trabajo:

Tema 4 Subestaciones eléctricas y plantas de emergencia Fecha:

Saturday, 28 de March de 2020

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Tabla de contenido Subestaciones eléctricas.................................................................................................................... 3 Definición........................................................................................................................................ 3 Descripción..................................................................................................................................... 3 Clasificación................................................................................................................................... 5 Determinación de carga................................................................................................................. 6 Plantas de emergencia....................................................................................................................... 7 Definición........................................................................................................................................ 7 Descripción..................................................................................................................................... 7 Clasificación................................................................................................................................... 8 Determinación de carga................................................................................................................. 8 Bibliografía....................................................................................................................................... 11

Tabla de imágenes 1 Sub estación eléctrica Tecnológico. Ciudad Juárez........................................................................3 2 Componentes de una subestación eléctrica....................................................................................5 3 Planta de emergencia..................................................................................................................... 7 4 Tabla para determinación de selección de planta eléctrica de emergencia..................................10

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Subestaciones eléctricas Definición Las subestaciones eléctricas son las instalaciones encargadas de realizar transformaciones de la tensión, de la frecuencia, del número de fases o la conexión de dos o más circuitos. Pueden encontrarse junto a las centrales generadoras y en la periferia de las zonas de consumo, en el exterior o interior de los edificios. Actualmente en las ciudades las subestaciones están en el interior de los edificios para ahorrar espacio y contaminación. En cambio, las instalaciones al aire libre están situadas en las afueras de la ciudad.

1 Sub estación eléctrica Tecnológico. Ciudad Juárez

Descripción Para que la energía eléctrica llegue a los distintos centros de consumo, recorre un largo camino que inicia en las centrales generadoras. Las subestaciones son uno de los subsistemas que conforman el sistema eléctrico, su función es modificar los parámetros de la energía para hacer posible

su

transmisión

y

distribución.

Las subestaciones eléctricas intervienen en la generación, transformación, transmisión y distribución de la energía eléctrica. Una subestación eléctrica está compuesta por dispositivos capaces de modificar los parámetros de la potencia eléctrica (tensión, corriente, frecuencia, etc.) y son un medio de interconexión y despacho entre las diferentes líneas de un sistema eléctrico. Los elementos principales de una subestación son:

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4 Transformador: Es una máquina eléctrica estática que transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia constante, opera bajo el principio de inducción electromagnética y tiene circuitos eléctricos que están enlazados magnéticamente y aislados eléctricamente. Interruptor de potencia: Interrumpe y restablece la continuidad de un circuito eléctrico. La interrupción se debe efectuar con carga o corriente de corto circuito. Restaurador: Es un interruptor de aceite con sus tres contactos dentro de un mismo tanque y que opera en capacidades interruptivas bajas. Los restauradores están construidos para funcionar con tres operaciones de recierre y cuatro aperturas con un intervalo entre una y otra; en la última apertura el cierre debe ser manual, ya que indica que la falla es permanente. Cuchillas fusibles: Son elementos de conexión y desconexión de circuitos eléctricos. Tienen dos funciones: una como cuchilla desconectadora, para lo cual se conecta y desconecta, y otra como elemento de protección. El elemento de protección lo constituye el dispositivo fusible que se encuentra dentro del cartucho de conexión y desconexión. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba: Sirven para desconectar físicamente un circuito eléctrico. Por lo general se operan sin carga, pero con algunos aditamentos se puede operar con carga hasta ciertos límites. Apartarrayos: Se encuentra conectado permanentemente en el sistema, descarga la corriente a tierra cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud. Su operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre dos explosores cuando se alcanza el valor para el cual está calibrado o dimensionado. Transformadores de instrumento: Existen dos tipos: transformadores de corriente (TC), cuya función principal es cambiar el valor de la corriente en su primario a otro en el secundario; y transformadores de potencial (TP), cuya función principal es transformar los valores de voltaje sin tomar en cuenta la corriente. Estos valores sirven como lecturas en tiempo real para instrumentos de medición, control o protección que requieran señales de corriente o voltaje. Barras, buses o cajas derivadoras: Son las terminales de conexión por fase.

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5 Los sistemas de una subestación son: Sistema de protección contra sobrevoltaje y sobrecorriente Sistema de medición y control Sistema de barras colectoras o buses Sistemas auxiliares: sistema de enfriamiento, filtrado de aceite, presión etc. El sistema eléctrico está compuesto por las centrales generadoras, líneas de transporte, subestaciones, líneas de distribución y centros de consumo.

2 Componentes de una subestación eléctrica

Clasificación

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6 Por su función, las subestaciones eléctricas se clasifican en: Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas: Modifican los parámetros de la energía suministrada por los generadores para poder transmitirla en alta tensión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV. La transmisión depende del volumen, la energía y la distancia. Subestaciones receptoras primarias: Reciben alimentación directa de las líneas de transmisión y reducen la tensión para alimentar los sistemas de subtransmisión o las redes de distribución. Pueden tener en su secundario tensiones de 115, 69, 34.5, 6.9 ó 4.16 kV. Subestaciones receptoras secundarias: Reciben alimentación de las redes de subtransmisión y suministran la energía a las redes de distribución a tensiones comprendidas entre 34.5 y 6.9 kV. Por el tipo de instalación, se clasifican en: Subestaciones tipo intemperie: Son instalaciones de sistemas de alta y muy alta tensión generalmente, y están habilitadas para resistir las diversas condiciones atmosféricas. Subestaciones tipo blindado: Son una variante del tipo interior, se instalan en edificios que disponen de espacios reducidos para alojarlas. Sus componentes deben estar bien protegidos. Los parámetros eléctricos a considerar para definir el tipo de construcción y los equipos y aparatos de las subestaciones son: la tensión que requiere la instalación, el nivel de aislamiento aceptable en los aparatos, la corriente máxima y la corriente de corto circuito.

Determinación de carga Las tensiones del sistema eléctrico nacional, según lo reportado por CFE son: Para transmisión: 161, 230 y 400 kV. Para subtransmisión: 69, 85, 115 y 138 kV.

La red de distribución está integrada por las líneas de subtransmisión con los niveles mencionados anteriormente de 69, 85, 115 y 138 kV; así como las de distribución en niveles de 34.5, 23, 13.8, 6.6, 4.16 y 2.4 kV y baja tensión. Para distribución en plantas industriales: 34.5 kV, 23 kV, 13.8kV, 4.16 kV, 440 V, 220/127V

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Plantas de emergencia Definición Las plantas de emergencia, también llamados grupos electrógenos son grandes maquinas o equipos que se encargan de proporcionar energía eléctrica por largos periodos de tiempo, cuando el suministro de electricidad (CFE) falla debido a algún corte, falla, irregularidad o descarga. Normalmente las plantas de emergencia son requeridas por grandes empresas, instituciones que no pueden poner en riego sus operaciones, equipos, productividad, operación y necesitan en todo momento contar con electricidad ya que de lo contrario, no contarían con un respaldo de energía que pudiera asistir en las líneas de producción, perdidas de equipos y por lo tanto, términos monetarios. Estas grandes maquinas tienen usos y aplicaciones industriales, corporativos, comercial y residencial, entre otros tales como aeropuertos, transportes, hoteles, cines, centros comerciales y recintos deportivos. Aplicaciones tales como computadoras, equipos electrónicos, centros de datos, bancos de memoria. etc.

Descripción

3 Planta de emergencia

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Clasificación Planta eléctrica solar. Estas plantas de electricidad funcionan en base a la energía que absorben del sol, siendo que cuentan con amplios paneles solares. Está formada por varios dispositivos, todos ellos interconectados entre sí. Estos son capaces de absorber la energía del sol y por medio de un sistema fotovoltaico transformarla en energía eléctrica. Este tipo de plantas se vuelve de mucha utilidad para zonas lejanas y de difícil acceso, donde el servicio eléctrico todavía no llega a cubrir. Planta eléctrica portátil. Estas plantas eléctricas pueden transportarse con facilidad de un sitio a otro, por lo que son de mucha utilidad. Llegan a generar una energía eléctrica de 12 voltios y funcionan a base de gasolina. La electricidad que producen no es muy potente por eso solo pueden alimentar pocos aparatos y por un lapso de tiempo reducido. Plantas eléctricas industriales. Funcionan con la quema de combustibles, generalmente Diesel, de la misma forma que lo hace un motor de cualquier vehículo que utilice este tipo de combustible. Pueden ser utilizadas en trabajo continuo o emergencia (“Stand By”). Las plantas industriales tienen capacidades desde 10 KW hasta 3,000 KW en diferentes voltajes y frecuencias. Incluyen un contador de horas de uso. Es posible adaptarles remolques para su transportación y casetas o contenedores acústicos para la disminución del ruido que por su naturaleza producen.

Determinación de carga Con los últimos avances en el campo de la ingeniería eléctrica, los generadores están ahora disponibles en una amplia gama de tamaños. Los generadores con capacidades de suministrar energía de 5kW a 50kW estos están disponibles en los mercados de uso personal y doméstico, mientras que los generadores industriales tienen entre 50 kW y más de 3 megavatios. Los grupos electrógenos portátiles y prácticos están disponibles para hogares, vehículos recreativos y pequeñas oficinas, pero las empresas más grandes, centros de datos, edificios, plantas y aplicaciones industriales necesitan utilizar generadores industriales de tamaño mucho mayor para satisfacer sus requisitos de potencia más altos. Desafortunadamente, el generador de bajo el tamaño es uno de los errores más comunes cometidos por los compradores. No solo implica los riesgos de dañar su nuevo activo (el generador), sino que también puede dañar otros activos conectados a él, crear situaciones

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9 peligrosas e incluso limitar la productividad general de la unidad y / o la empresa que depende de ella. La clave es recordar que más es siempre mejor que menos. Siempre es mejor profundizar en sus requisitos de generación de energía antes de tomar una decisión. Puedes hacer esto de las siguientes maneras: 

Haga una lista de los artículos que necesitan ser alimentados por el generador.



Tome nota de la potencia de arranque y funcionamiento de los equipos a conectar.



Calcule los requisitos de potencia total en KVA o KW.

Esto depende de la necesidad, las expectativas, el presupuesto y la exigencia  eléctrica de los equipos, electrodomésticos o maquinaria a respaldar. 1. ¿Se requiere para  trabajo pesado (6 a 12 horas diarias  o más de uso diario) o  sólo para emergencias? Así se calcula la Potencia Stand By. si su equipo va a estar destinado a funcionar en forma in-interrumpida se calcula  la  Potencia Prime,  sin límite de horas anuales de operación (es decir en lugar de la Red Comercial).   2. ¿En qué temperatura ambiente y altitud va a instalarse? La planta eléctrica  pierde un 2% de eficiencia por cada 5° que superan los 20°C de la temperatura ambiente. La planta eléctrica pierde un % de su potencia  por arriba de los 1500 metros sobre el nivel mar y ese porcentaje de eficiencia depende de las condiciones mecánicas del equipo en su construcción y si el mismo es un equipo turbocargado o no.   3. ¿Cuántos  Watts (W) requieren los electrodomésticos, equipos o maquinaria a respaldar? Se recomienda considerar un 20% más de la suma de los consumos requeridos como margen para otras utilidades y para el requerimiento inicial de los equipos, maquinaria o electrodomésticos al encender.   4. ¿Cuántos  Watts (W) requieren en  la planta eléctrica si algunos  de los equipos a respaldar con la planta eléctrica son motores, bombas o compresores? Los motores, bombas o compresores son equipos que al momento de su arranque eléctrico demandan mucha más potencia que la potencia que se requiere cuando ellos ya se encuentran en funcionamiento. La siguiente tabla es una guía de cómo se debe tener en cuenta lo anteriormente descrito. A modo de ejemplo, si un motor, bomba o compresor es de 30KW o 40HP, se debe contemplar una La planta eléctrica de 60KW o 75KVA para que

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10 la misma sea capaz de arrancar el motor, bomba o compresor.   5. ¿Qué pasa si la planta eléctrica tiene una capacidad inferior a la potencia requerida por los equipos a respaldar? Algunos  equipos  al momento del arranque, consumen tres veces más del valor de consumo normal que se indica (pico de arranque) por breves segundos, y que luego se estabiliza. Esto se debe tener en cuenta al instalar la planta, y  así respaldar los equipos con unos KVA extras, si no  la planta eléctrica no va a poder con la carga y se apagara en el momento del arranque.

4 Tabla para determinación de selección de planta eléctrica de emergencia

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Bibliografía ¿QUE ES UNA PLANTA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA | PLANTA DE LUZ? (5 de Marzo de 2018). Obtenido de Kosov: https://kosov.com.mx/noticias/que-es-es-una-planta-electricaemergencia-planta-luz.html ¿Qué es una sub estación eléctrica? (22 de Noviembre de 2016). Obtenido de Rincon educativo energía y medio ambiente: http://www.rinconeducativo.org/es/recursos-educativos/quees-una-subestacion-electrica Aspectos importantes para determinar el tamaño de una planta electrica. (28 de Marzo de 2018). Obtenido de Eléctrica aplicada: https://www.electricaplicada.com/aspectos-determinartamano-planta-electrica/ Subestaciones eléctricas. (28 de Noviembre de 2016). Obtenido de Redes eléctricas subterráneas y aéreas mexicanas: https://www.relsamex.com/subestaciones-electricas/ Tipos de plantas de emergencia. (3 de Febrero de 2015). Obtenido de Plantas de Luz y Desarrollo de Proyectos: http://www.plantasyproyectos.com/tipos-de-plantas-de-emergencia/

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