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• Luis Castañeda

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SUBESTACIONES Y SUS COMPONENTES

Definición de subestación eléctrica Una subestación eléctrica es un conjunto de elementos dispositivos de los sistemas eléctricos de potencia donde modifican los parámetros de tensión y corriente, que sirve como punto interconexión del sistema de generación de energía eléctrica con el transmisión y distribución, para llevarla a los centros de consumo. diseñar una subestación eléctrica se deben considerar cuatro puntos: 1. 2. 3. 4.

Tensiones máximas a las que trabajará Nivel de aislamiento admisible del equipo por instalar Corriente máxima de servicio continuo. Corriente máxima de falla (corto circuito)

o se de de Al

El objetivo de todo sistema eléctrico de potencia es suministrar la energía necesaria para satisfacer de manera eficaz, confiable y segura la demanda de energía eléctrica para el desarrollo de un sector o país. Para lograr esto es necesario generar, transmitir y distribuir la energía eléctrica desde las plantas de generación hasta los centros de carga Es la parte más importante ya que de estos depende la calidad y el servicio de la energía eléctrica que será entregada al cliente. Cada uno de ellos elabora un papel muy importante en el sistema eléctrico nacional, desde los transformadores, capaces de transformar diferentes valores de voltaje-corriente, hasta los interruptores, que son muy utilizados para proteger y realizar maniobras para mantener los demás equipos en buen estado.

Concepto de subestación Una subestación es un conjunto de equipos, instalaciones y dispositivos eléctricos, cuya operación en conjunto permite la modificación de los parámetros de un sistema eléctrico. Sus funciones principales son: transformar, distribuir, controlar y medir la energía eléctrica de un sistema. En una subestación eléctrica se puede transformar la energía eléctrica a niveles adecuados de tensión para su transmisión, distribución y consumo bajo determinados requerimientos de calidad, confiabilidad y eficiencia

Niveles de tensión en sistemas eléctricos La clasificación de los niveles de tensión empleados en sistemas eléctricos de potencia se realiza dependiendo de las tensiones que se manejan en sus principales etapas, como son: transmisión, subtransmisión, distribución y utilización. En la Tabla 1 se muestran los principales intervalos de tensión empleados en los sistemas eléctricos.

CLASE

TIPO DE SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

POR SU SERVICIO

❖Elevadora ❖Reductora ❖De Maniobra

POR SU CONSTRUCCION

➢ Intemperie ➢ Interior ➢ Blindada ➢ Híbrida (Encapsuladas para trabajar a la intemperie).

POR SU ARREGLO DE BARRA

❑Barra principal y barra de transferencia con interruptor de transferencia y/o amarre. ❑Interruptor y medio en “I”. ❑Interruptor y medio en “U” ❑Doble barra principal y barra de transferencia ❑Doble barra y doble interruptor ❑Barra principal y barra auxiliar con interruptor de transferencia o amarre

Clasificación de las subestaciones Las subestaciones eléctricas se clasifican de diferentes maneras, incluyendo: por la función que desempeñan, por su nivel de tensión, por su forma de instalación y por su tipo de aislamiento

Clasificación de las subestaciones de acuerdo con su nivel de tensión Respecto a su nivel de tensión, las subestaciones se clasifican de la siguiente manera: Subestaciones de distribución. Las subestaciones de distribución son las encargadas de reducir una tensión de transmisión o subtransmisión a uno de media tensión. Generalmente, las subestaciones de distribución manejan una tensión primaria de 115 kV y una tensión secundaria que varía entre 13.8 y 34.5 kV. Subestaciones de transmisión. Este tipo de subestaciones son las encargadas de reducir una tensión de transmisión a uno de subtransmisión. En general, las subestaciones de transmisión manejan tensiones primarias de 400 ó 230 kV, mientras que la tensión secundaria es de 115 kV.

Clasificación de las subestaciones de acuerdo con su función Respecto a la función que desempeñan, las subestaciones se clasifican en: Subestaciones elevadoras. Este tipo de subestaciones normalmente son utilizadas en centrales de generación. Su función principal es elevar las tensiones de salida de las unidades generadoras, de un nivel de media tensión, a un nivel de alta o extra alta tensión para transmitir la carga que es generada. Subestaciones reductoras. Al contrario de las subestaciones elevadoras, las subestaciones reductoras reducen las tensiones de transmisión a una menor tensión para su distribución Subestaciones de maniobra (switcheo). Las subestaciones tipo maniobra o de switcheo, son utilizadas sólo para realizar operaciones de conexión y desconexión, es decir, distribuyen el flujo de energía hacia otros nodos de la red mediante maniobras, según los requerimientos y condiciones del sistema

componentes principales:

Transformador de potencia

Cortacircuitos

Interruptores con cámara de arqueo

Interruptores de desconexión

Interruptores de conexión a tierra

Relevadores y dispositivos de protección Relevadores de protección contra sobre voltajes

Relé de protección de control para subestación eléctrica para la protección de transformadores, barras, interruptores y bancos de capacitores shunt.

Reactores limitadores de corriente. Se usan principalmente para limitar las corrientes de cortocircuito. Un reactor en serie está formado por bobinas trifásicas, normalmente colocadas unas sobre otras con aisladores de soporte entre ellas Los reactores de potencia son el medio más compacto y de mejor relación coste-eficacia para compensar la generación capacitiva en líneas de alta tensión de transmisión larga o en sistemas de cables de gran longitud. Usados en servicio permanente para estabilizar la transmisión de potencia, o conectados solamente en condiciones de carga ligera para control de tensión, los reactores de potencia combinan alta eficacia con bajos costes de ciclo de vida para reducir los costes de transmisión y aumentar los beneficios.

Transformadores de Instrumento Transformadores de Potencial y de Corriente

Apartarrayos

El apartarrayos es un dispositivo que nos sirve para eliminar sobrevoltajes transitorios de las lineas de distribución eléctrica

Simbología. Es la representación de un objeto o equipo por medio de dibujos y/o gráficas. Para la simbología de los equipos y dispositivos se emplea las disposiciones indicadas en la Norma Mexicana de Abreviaturas y Símbolos para diagrama, planos y equipo eléctrico (NMX-J-136-ANCE-2007), las cuales son básicamente las siguientes:

Segundo dígito: Tipo de equipo

Transformadores de potencia.

Transformador: Es una máquina eléctrica estática que transfiere la energía de un circuito eléctrico a otro, aprovechando el efecto de la inducción en sus bobinas

Clasificación de transformadores. Por su construcción ❖ Tipo núcleo o columna ❖ Tipo acorazado Por su aplicación ❖ Reductores ❖ Elevadores ❖ Reguladores ❖ De instrumentos ❖ Para Puesta a tierra ❖ Arranque Por número de fases ❖ Monofásicos ❖ Trifásicos Por su capacidad ❖ Pequeña potencia, con capacidades de 500 a 7500kVA ❖ Mediana potencia, con capacidades de 7.5MVA a 10MVA ❖ Gran potencia, con capacidades de 10MVA y mayores

Por su ambiente de operación ❖ Interior ❖ Intemperie o exterior Por la preservación del aceite Con tanque conservador Sin tanque conservador Por su conexión ❖ Delta/estrella ❖ Estrella/delta ❖ Estrella/estrella ❖ Delta/delta

Tipos de Enfriamiento en Transformadores El método de enfriamiento de un transformador es muy importante, ya que la disipación del calor, influye mucho en su tiempo de vida y capacidad de carga, así como en el área de su instalación y su costo. De acuerdo a las normas americanas se han definido algunos métodos de enfriamiento, mismos que se usan en México y son los siguientes: 1. Tipo AA Transformadores tipo seco con enfriamiento propio, estos transformadores no contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio aislante que rodea el núcleo y las bobinas, por lo general se fabrican con capacidades inferiores a 2,000 kVA y voltajes menores de 15 kV.

2. Tipo AFA Transformadores tipo seco con enfriamiento por aire forzado, se emplea para aumentar la potencia disponible de los tipo AA y su capacidad se basa en la posibilidad de disipación de calor por medio de ventiladores o sopladores.

3. Tipo AA/FA Transformadores tipo seco con enfriamiento natural y con enfriamiento por aire forzado, es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad de disipación de calor.

4. Tipo OA Transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural, en estos transformadores el aceite aislante circula por convección natural dentro de una tanque que tiene paredes lisas o corugadas o bien provistos con tubos radiadores. Esta solución se adopta para transformadores de más de 50 kVA con voltajes superiores a 15 kV. 5. Tipo OA/FA Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio y con enfriamiento por aire forzado, es básicamente un transformador OA con la adición de ventiladores para aumentar la capacidad de disipación de calor en las superficies de enfriamiento.

6. Tipo OA/FOA/FOA Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento propio/con aceite forzado – aire forzado/con aceite forzado/aire forzado. Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar el régimen de carga de transformador tipo OA por medio del empleo combinado de bombas y ventiladores. El aumento de la capacidad se hace en dos pasos: Se usan la mitad de los radiadores y la mitad de las bombas con lo que se logra aumentar en 1.33 veces la capacidad del tipo OA, Se hace trabajar la totalidad de los radiadores y bombas con lo que se logra un aumento de 1.667 veces la capacidad del OA. Se fabrican en capacidades de 10,000 kVA monofásicos y 15,000 kVA trifásicos.

7. Tipo FOA Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por aceite forzado y de aire forzado. Estos transformadores pueden absorber cualquier carga de pico a plena capacidad ya que se usa con los ventiladores y las bombas de aceite trabajando al mismo tiempo. 8. Tipo OW Sumergido en líquido aislante con enfriamiento por agua, en estos transformadores el agua de enfriamiento es conducida por serpentines, los cuales están en contacto con el aceite aislante del transformador y se drena por gravedad o por medio de una bomba independiente, el aceite circula alrededor de los serpentines por convección natural. 9. Tipo FOW Transformador sumergido en líquido aislante con enfriamiento de aceite forzado y con enfriadores de agua forzada. Este tipo de transformadores es prácticamente igual que el FO, sólo que el cambiador de calor es del tipo agua – aceite y se hace el enfriamiento por agua sin tener ventiladores.