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“AÑO CONTRA LA LUCHA DE LA CORRUPCION Y LA IMPUNIDAD”

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

“SUBESTACIONES ELECTRICAS” INTEGRANTE: ZALDIVAR CASTAÑEDA RENZO SAUL INGENIERO: VARA SANCHEZ JESUS GRUPO HORARIO: 01T AÑO:

2019

1713120214

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DEDICATORIA EN PRIMER LUGAR A DIOS POR HABERME PERMITIDO LLEGAR HASTA ESTE PUNTO Y HABERME DADO SALUD, SER EL MANANTIAL DE VIDA Y DARME LO NECESARIO PARA SEGUIR ADELANTE DÍA A DÍA  PARA LOGRAR MIS OBJETIVOS.

SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

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INDICE 1. GENERALIDADES DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS 2. SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA 3. OPERACIÓN DE UNA SUBESTACIÓN INDUSTRIAL 4. CONLUSIONES 5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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INTRODUCCIÓN: Las subestaciones como integrantes en sistemas eléctricos en el pasado como en la actualidad así en la transmisión, distribución y entrega a usuarios o en el servicio a áreas de carga eléctrica. Son las principales responsables e importantes como puntos de conmutación o interligación entre otros sistemas eléctricos, proporcionando alta confiabilidad, alternatividad, continuidad a costos de inversión así satisfaciendo características de aplicación y servicios eléctricos por la demanda de los que utilizan usuarios. Como se verá el conocimiento de las subestaciones que tiene una franca aplicación desde la generación, hasta los consumidores, de energía eléctrica, se torna importante en esta área de la electricidad. Por lo que desde este punto de vista el presente contenido iniciando generalidades de subestaciones, con conceptos, definiciones que introducen al conocimiento de estos.

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1. GENERALIDADES DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS 1.1.

SUBESTACIÓN ELECTRICA:

Una subestación eléctrica es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la de modificar los parámetros de potencia eléctrica (corriente y voltaje) y de proveer un medio de interconexión y despacho entre las diferentes líneas de un sistema, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. En toda instalación industrial o comercial es indispensable el uso de la energía, la continuidad de servicio y calidad de la energía consumida por los diferentes equipos, así como la requerida para la iluminación, es por esto que las subestaciones eléctricas son necesarias para lograr una mayor productividad. En las grandes ciudades densamente pobladas, cada día es más notoria la necesidad de abastecer demandas de energía eléctrica que por sus características es imperioso satisfacerlas utilizando sistemas de alta tensión (132 kV en adelante), lo que hace imprescindible la instalación de Subestaciones esas tensiones. El uso de subestaciones eléctricas en sistemas de generación de energía juega un papel relevante y de suma importancia ya que en una instalación normal, los generadores de la central eléctrica suministran voltajes de 26.000 voltios; voltajes superiores no son adecuados por las dificultades que presenta su aislamiento y por el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias. Este voltaje se eleva mediante transformadores a tensiones entre 138.000 y 765.000 voltios para la línea de transporte primaria (cuanto más alta es la tensión en la línea, menor es la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente). “Arnulfo,F. & Marlon,M. & Gerardo,C.(2012). Operación y mantenimiento de equipo primario en subestaciones

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eléctricas convencionales tipo industriales (Tesis de pregrado).Instituto politécnico nacional, México D.F”

1.2.

FUNCIONES DE UNA SUBESTACIÓN:

Las subestaciones eléctricas son parte integral de un sistema de potencia y forma eslabones importantes entre las centrales de generación, los sistemas de transmisión, los sistemas de distribución y las cargas o usuarios, sus funciones principales son las siguientes:  Alimentar o proporcionar la potencia eléctrica requerida por los consumidores en forma continua e ininterrumpida.  Cubrir geográficamente lo máximo que requiere el suministro de la red.  Dar la máxima seguridad del suministro. Acortar lo más posible la duración de las fallas.  Contribuir a la máxima eficiencia de las plantas y de la red.  Alimentar la potencia eléctrica dentro de los límites especificados de voltaje

1.3.

TIPOS DE SUBESTACIONES:

Los tipos de Subestaciones eléctricas se clasifican dependiendo del nivel de voltaje, la potencia que manejan, los objetivos y el tipo de servicio que pueden prestar.

1.3.1. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ELEVADORAS: Permiten elevar la tensión que entregan los generadores de electricidad, para facilitar la transmisión y la interconexion que se hace con el sistema nacional.

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1.3.2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS REDUCTORAS: Estas subestaciones son las que reciben la tensión de la transmisión, que ha sido elevada por la anterior y la reducen a un nivel, que permite entregar el servicio al sistema de distribución, industrial o residencial según el caso, se manejan diferentes niveles de tensión.

1.3.3. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE ENLACE: El mismo sistema de interconexion las hace necesarias para tener flexibilidad y confiabilidad en el servicio, permite ejecutar maniobras de conexión y de apertura de circuitos según las necesidades que requiera el servicio.

1.3.4. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS EN ANILLO: Se utilizan para interconectar otras subestaciones, generalmente en los sistemas de distribución.

1.3.5. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE SUICHEO : Somo su nombre lo refiere se utiliza par realizar apertura y cierre de circuitos, por lo general en las redes de distribución.

La clasificación por medio de la tecnología está dada por:  Aisladas en aire, exteriores e interiores  exteriores tipo intemperie.  interiores protegidas en espacios internos.

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 Cerradas, con un blindaje especial.

1.3.6. ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA 

Transformador, elevador o reductor según el caso



Reja de protección:



Cuchilla o seccionador desconectador



Dispersor de apartarrayos



Dispersor o red de tierras



Transformador de corriente



Transformador de potencial



Tablero de instrumentos



Ducto de ventilación



Descarga de aceite



Capacitores de acoplamiento



Filtros de línea



Barras y lineas de conexión

2. SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA En una definición amplia es un sistema que se ocupa de los negocios de Generación, Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica, hasta llevarla al consumidor final: el usuario. Este usuario puede ser, un gran centro de consumo o un consumidor residencial. También es, sin duda, el sistema más grande y complejo realizado por el hombre, ya que

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existen estados, países y hasta continentes interconectados entre sí. El Sistema de Potencia provee de un servicio vital a la sociedad. La energía eléctrica es de alguna manera como el aire que respiramos: Pensamos en él sólo cuando no está presente. “Luis,B (2014).Apuntes de Sistemas Eléctricos de Potencia” Un sistema eléctrico está compuesto, en términos generales, por los siguientes subsistemas: 1º. GENERACIÓN DE ENERGÍA 2º. TRANSMISIÓN 3º. SUBESTACIONES 4º. DISTRIBUCIÓN 5º. CONSUMO

2.2.

GENERACIÓN:

La energía eléctrica se genera en las Centrales Eléctricas. Una central eléctrica es una instalación que utiliza una fuente de energía primaria para hacer girar una turbina que, a su vez, hace girar un alternadorque produce energía en corriente alterna sinusoidal a voltajes intermedios, entre 6.000 y 23.000 Voltios. “Luis,B (2014).Apuntes de Sistemas Eléctricos de Potencia”  Centrales hidroeléctricas  Centrales termoeléctricas  Centrales de gas  Centrales eólicas

2.3.

TRANSMISIÓN:

La energía se transporta, frecuentemente a gran distancia de su centro de producción, a través de la Red de Transporte , encargada de enlazar las centrales con los puntos de utilización de energía eléctrica. Para un uso racional de la electricidad es necesario que las SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

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líneas de transporte estén interconectadas entre sí con estructura de forma mallada, de manera que puedan transportar electricidad entre puntos muy alejados, en cualquier sentido. Estas líneas están generalmente construidas sobre grandes torres metálicas y a tensiones superiores a 66.000 Voltios.

2.4.

SUBESTACIONES:

Las Sub-Estaciones son locales de transformación en los cuales la energía eléctrica llega con tensiones de 66.000 Voltios y es reducida a través de los transformadores de potencia a 23.000 Voltios para su distribución primaria. Entre los equipos más utilizados en los Centros de Distribución podemos citar: 

Seccionadores: del tipo cuchilla operados en forma local y a distancia, sirve para un seccionamiento visible del circuito.



Interruptores: según su montaje pueden ser de tipo interior o para intemperie y se tienen interruptores con cámara de extinción de pequeño volumen  de aceite, tipo extraíble, con cámara de extinción en vacío y algunos interruptores con exafloruro de azufre conocido como SF6.



Equipos de medición: con sus respectivos transformadores de potencial y de corriente.



Transformadores de potencia: Los transformadores utilizados son de mediana potencia entre los 20 y 30 MVA. En las Sub-Estaciones del Sistema Metropolitano y de 3 a 30 MVA en Sub-Estaciones del interior del país, existiendo transformadores con bobinado terciario en algunos locales de transformación.

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Barras de Alta y Media Tensión: Las líneas de transmisión y Subtransmisión llegan a los locales de transformación a las barras respectivas y la energía eléctrica tras pasar por los transformadores de potencia reducen la tensión a 23.000 Voltios para su posterior distribución a través del conductor denominado alimentador primario.

2.5.

DISTRIBUCION:

Las redes de distribución forman una parte muy importante de los sistemas de potencia porque toda la potencia que se genera se tiene que distribuir entre los usuarios y éstos se encuentran dispersos en grandes territorios. Así pues, la generación se realiza en grandes bloques concentrados en plantas de gran capacidad y la distribución en grandes territorios con cargas de diversas magnitudes. Por esta razón el sistema de distribución resulta todavía má s complejo que el sistema de potencia. El sistema eléctrico de potencia (SEP) es el conjunto de centrales generadoras, líneas de transmisión y sistemas de distribución que operan como un todo. En operación normal todas las máquinas del sistema operan en paralelo y la frecuencia en todo el SEP es constante. La suma de inversiones en la generación y la distribución supera el 80 % de las inversiones totales en el SEP. Es fácil suponer que la mayor repercusión económica se encuentra en el sistema de distribución, ya que la potencia generada en las plantas del sistema se pulveriza entre un gran número de usuarios a costos más elevados. Esto obliga a realizar las inversiones mediante la aplicación de una cuidadosa ingeniería en planificación, diseño, construcción y operación de alta calidad. La definición clásica de un sistema de distribución, desde el punto de vista de la ingeniería, incluye lo siguiente; a) Subestación principal de potencia, b) Sistema de subtransmisión, c) Subestación de distribución. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

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d) Alimentadores primarios, e) Transformadores de distribución, f) Secundarios y servicios. Estos elementos son válidos para cualquier tipo de cargas, tanto en redes aéreas como en las subterráneas. La figura I.l muestra los componentes principales del sistema de potencia y del sistema de distribución. Las funciones de los elementos de un sistema de distribución son:  Subestación principal de potencia. Ésta recibe la potencia del sistema de transmisión y la transforma al voltaje de subtransmisión. Los voltajes de transmisión pueden ser de 230 KV, 400 KV y mayores, pero actualmente existen subestaciones de distribución de 230 KV. La potencia de la subestación principal es normalmente de cientos de MW.  Sistema de subtransmisión. Son las líneas que salen de la subestación (SE) principal para alimentar a las SE de distribución. Las tensiones de subtransmisión son de 115 KV y menos, aunque ya 230 KV puede considerarse también como subtransmisión. El sistema de subtransmisión tiene normalmente potencias de cientos de megawatts.  Subestación de distribución. Se encarga de recibir la potencia de los circuitos de subtransmisión y de transformarla al voltaje de los alimentadore s primarios. Su voltaje va desde 66 KV hasta 230 KV. Maneja potencias de decenas de MW, por ejemplo, bancos de transformadores de 60 o 75 MVA.  Alimentador primario. Son los circuitos que salen de las SE de distribución у llevan el flujo de potencia hasta los transformadores de distribución. La potencia de los alimentadores depend e del voltaj e de distribución (2.4 a 34.5 KV), pero puede ser entre 2 y 8 MW.

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 Transformador de distribución. Reduce el voltaje del alimentador primario al voltaje de utilización del usuario. Los voltajes de utilización comunes son de 440 V y de 220 V entre fases. Los transformadores de distribución para poste tienen potencias normalizadas de hasta 3 00 KV A y los de rede s de subterránea s de hasta 750 KVA ; en edificios grande s existen transformadore s del orden de 2 ООО KVA .

 Secundarios y servicios. Distribuyen la energía del secundario del transformador de distribución a los usuarios o servicios. Las potencias van desde 5 hasta 300 KVA en redes aéreas y hasta 750 KVA y más en redes subterráneas. En las redes subterráneas se utilizan redes automáticas de baja tensión que se abastecen de energía a través de unos 4 o más alimentadores y múltiples transformadores de distribución, por lo que su potencia es muy grande. Existe en el mundo una amplia gama de combinaciones de voltajes de transmisión, subtransmisión y distribución; sin embargo, en nuestro país se tiende a establecer 13.2 y 23 KV como voltajes de distribución (alimentadores primarios). ”José,J.(1995). Sistema de distribución de energía eléctrica. México.”

2.6.

CONSUMO:

En los centros de consumo de la energía eléctrica, este se puede realizar en baja o alta

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3. OPERACIÓN DE UNA SUBESTACION INDUSTRIAL 3.2.

PUESTA EN SERVICIO DE SUBESTACIONES.

La puesta en servicio u operación de una subestación eléctrica es la actividad que sigue al montaje e incluye las verificaciones finales, pruebas de subsistemas, pruebas de sistemas y prueba de cargas, la organización de puesta en servicio incluye:  La puesta en servicio.  La ingeniería de cuarto de control.  Los ingenieros de prueba para el área externa de la subestación (para subestaciones grande).  Ingenieros de prueba para los auxiliares, etc.  Supervisores, mecánicos-electricistas, para reparaciones rápidas.  Ingeniero de campo para documentación de calidad

3.3.

PRUEBA DE PUESTA EN SERVICIO

Estas pruebas se dividen en las siguientes categorías: 1. Verificación y pruebas de 2. Verificación y pruebas de subsistemas. 3. Pruebas al sistema de bajo voltaje, con voltaje aplicado 4. Pruebas de puesta en servicio antes y después de la energizaciòn del sistema de alta tensión. 5. Pruebas de comportamiento

3.4.

PRUEBAS A EQUIPO

Las pruebas al equipo por individual se llevan acabo de acuerdo con el plan de pruebas SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

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en sitio que esta con todo el equipo asociado, auxiliares, subsistemas, etc. Las pruebas en sitio son menos severas pero más elaboradas que las pruebas de fabrica. El propósito de las pruebas en sitio son para confirmar el ensamble apropiado en sitio, que no exista daños durante el transporte, así como el funcionamiento apropiado ; que todas las conexiones del equipo principal y los auxiliares se hayan realizado correctamente y el sistema opere en forma confiable. “Luis,B (2014).Apuntes de Sistemas Eléctricos de Potencia”

3.5.

CARACTERISTICAS

DE

LA

OPERACIÓN

DE

LAS

SUBESTACIONES: Las características de operación de las subestaciones eléctricas, son las siguientes: Flexibilidad: La

flexibilidad es la propiedad de la instalación para adaptarse a las diferentes

condiciones que se puedan presentar, bien sea por mantenimiento, por cambios en el sistema o por fallas (contingencias en el sistema).

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Confiabilidad: La confiabilidad se define como la propiedad de que una subestación pueda mantener el suministro de energía, bajo la condición que al menos un componente de la subestación pueda repararse durante la operación.

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Seguridad: La seguridad es la

propiedad de una instalación de opera adecuadamente bajo

condiciones normales y anormales de

manera que

se evite el daño en los

equipos o riesgos para las personas.

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Modularidad: Es

la facilidad que

sus necesidades o el en

tiene una subestación para cambiar de configuración cuando sistema lo

requieran. Estas características pueden conjugarse

el momento de decidir la configuración de una subestación, dependiendo de la

ubicación de esta dentro del sistema de potencia, de acuerdo con su función o propósito capacidad. Si la subestación es de una capacidad e importancia tales que su salida del sistema de potencia produzca suspensiones y problemas de racionamiento en todo este, entonces la subestación requiere de un alto grado de seguridad. Si la subestación tiene un gran número circuitos y ellos pertenecen a diferentes sistemas, dicha subestación requiere de un alto grado de flexibilidad. Si la subestación tiene como objetivo primordial

el

suministro de la necesidad principal de esta subestación es la confiabilidad.

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3.6.

COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS SUBESTACIONES

En la mayoría de las Subestaciones del Tipo Convencional tipo industrial se encuentran además de las estructuras y soportes que facilitan la llegada y salida de las líneas, un conjunto denominado "elementos principales de la subestación".“Arnulfo,F. & Marlon,M. & Gerardo,C.(2012). Operación y mantenimiento de equipo primario en subestaciones” Estos elementos se clasifican en 3 Categorías: A) Equipo de campo B) Equipo de tablero C) Servicios auxiliares A. Equipo de Campo: Son elementos constitutivos del sistema de potencia que se encuentran instalados en el patio de conexiones, generalmente a la intemperie,estando expuestos a las condiciones ambientales. Son estos:

- Transformador de Corriente (TC) - Transformador de Potencial (TP) - Transformador de Potencia - Interruptor (52) - Seccionador (93)

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- Pararrayos (AP) - Trampa de onda (T.O.) - Herrajes y Estructuras. El espacio ocupado por el conjunto de equipos pertenecientes a una misma salida de la subestación se denomina

"Campo" o "Bahía", por ejemplo Campo de Línea, Bahía

de Transformador. B. Equipos de tablero: Son todos los elementos de control, medición y protección, indicadores luminosos y alarmas, instalados en el cuarto de control y soportados

por los tableros

de

la

subestación. Su función es facilitar la supervisión y manejo de la subestación, por parte del operador, actualmente este tipo de enfoques se está cambiando por la automatización de Subestación, donde en un 100% la misma puede ser monitoreada y controlada a distancia desde los Centros de Operación y Control. C. Servicios auxiliares: Es el conjunto de instalaciones formadas por las fuentes de alimentación de corriente continua y de corriente alterna, de baja tensión que se utilizan para energizar los sistemas de control, protección, señalización, alarmas y alumbrado de una subestación, así como el sistema contra incendio. Las partes del sistema auxiliar son las siguientes: - Servicio de DC: Interruptores, tableros, baterías, alumbrado de emergencia, cargadores. - Servicio AC: Calefacción, alumbrado, aire acondicionado, ventilación, sistemas contra incendio, etc. - Otros:  Caseta de control  Malla de tierra  Sistema de apantallamiento

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4. CONCLUSIONES:  Se concluye que para el uso , diseño e cuidado de una subestación eléctrica se deben tener claros muchos conceptos , tales como el de la generación , distribución y transmisión.  Asimismo podemos concluir que para operar una subestación esta debe estar adecuadamente señalizada , y apta para cualquier cambio inesperado que se pueda dar.  Finalmente una subestación eléctrica consta de un sistema que debe ser respetado y puesto en marcha de manera correcta para evitar accidentes y daños en los equipos.

5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:  “Arnulfo,F. & Marlon,M. & Gerardo,C.(2012). Operación y mantenimiento de equipo primario en subestaciones eléctricas convencionales tipo industriales (Tesis de pregrado).Instituto politécnico nacional, México D.F”

 “Luis,B (2014).Apuntes de Sistemas Eléctricos de Potencia”  ”José,J.(1995). Sistema de distribución de energía eléctrica. México.”  http://www.osinergmin.gob.pe/seccion/centro_documental/Institucional/Estudios_Econo micos/Libros/Libro_Fundamentos_Tecnicos_Economicos_Sector_Electrico_Peruano.pdf

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