Subestaciones de alta y media tensión punto 2.1 y 2.2

INSTALACIONES ELÉCTRICAS INDUSTRIALES Grupo:6EB

unidad 2: Subestaciones de Potencia de Alta y Media Tensión

Docente: ING. Alfredo Cruz Valdiviezo

Uriel Diego Luna HernándezOaxaca, Oaxaca a 03 de abril de 2022

2.1 Clasificación general. Alta y media tensión, abiertas, compactas, pedestal, bóveda yencapsuladas

Subestación electrica

Las subestaciones eléctricas son instalaciones encargadas de realizar transformaciones de tensión, frecuencia, número de fases o conexiones de dos o más circuitos. Se ubican cerca de las centrales generadoras, en la periferia de las zonas de consumo o en el exterior e interior de los edificios. Por lo general, las subestaciones de las ciudades están dentro de los edificios para así ahorrar espacio y reducir la contaminación. En cambio, las instalaciones al aire libre se sitúan a las afueras de los núcleos urbanos.

función

Dentro de un sistema eléctrico de potencia permite realizar las siguientes funciones: Cambiar nivel de tensión. Regulación de tensión. Conexión y desconexión desde el sistema eléctrico de potencia de los diferentes circuitos. Medición de varias magnitudes eléctricas, en los diferentes circuitos. Limitación de sobretensiones producidas en el sistema eléctrico de potencia. Conexión de las centrales de generación a los centros de consumo. Interconexiones entre diferentes sistemas eléctricos de potencia. Suministro – Reducción de potencia reactiva en los diferentes circuitos.

CLASIFICACIÓN

Clasificación las subestaciones se pueden clasificar de las siguientes maneras:Por los niveles de tensión y potencia:

• De Transmisión: Son aquellas que operan con valores de tensión y potencias más altos del SEP, por lo que su grado de confiabilidad es alto; incluyen a las S/E de generación.
• De Subtransmisión: Son aquellas que operan con valores de tensión y potencias intermedios del SEP, con un grado de confiabilidad intermedio. están localizadas adyacentes a las grandes concentraciones de carga, en aéreas urbanas
• de Distribución: Son aquellas que operan con valores de tensión y potencias más bajos del SEP, con un grado de confiabilidad bajo. están localizadas dentro de las importantes concentraciones de carga, en aéreas urbanas o rurales.

Por su operación:

• Corriente continua.
• Corriente alterna.

Por su servicio:

• Centrales generadoras (a).

• Primarias: elevadoras (a), receptoras (reductoras) (b1), distribuidoras (b2), maniobra o seccionamiento (b3), convertidoras y/o rectificadoras (b4).

subestaciones en alta tensión

subestaciones elevadoras

Estas subestaciones se encuentran adyacentes a las centrales generadoras y permiten modificar los parámetros de la potencia subministrada por los generadores, para permitir la transmisión de la energía eléctrica a través de la líneas de transmisión a tensiones mas elevadas que la generación, en la república mexicana se genera entre 6 y 20 kv y se transmite a 69 kv, 115 kv, 138 kv, 230 kv y 400 kv

Subestaciones receptoras (reductoras) primarias

Estas subestaciones se alimentan directamente de las líneas de transmisión y reducen la tensión a valores menores según sea el nivel de la transmisión ya sea para ser usadas en subtransmisión o en distribución según sea el caso, los niveles comunes de tensión de salida de estas subestaciones son de 34.5 kv, 69 kv, 85 kv, y 115 kv

subestaciones en media tensión

Subestaciones de subtransmisión

Son aquellas que alimentan o interconectan líneas de nivel intermedio de tensión, 44 kV o 34.5 kV, para transporte a distancias moderadas y de cargas no muy altas, con cargas distribuidas a lo largo de la línea

Subestaciones receptoras (reductoras) secundarias

Estas subestaciones se encuentran alimentadas normalmente por los niveles de tensión intermedios (69 kv, 115 kv y en algunos caso 85 kv) para alimentar a las llamadas redes de distribución de 6.6 kv, 13.8 kv, 23 kv y 34.5 kv

subestaciones abiertas

definición

Se define la subestación abierta ya que la mayoría de sus elementos se encuentran a la intemperie por lo que está sujeto a condiciones atmosféricas adversas. La configuración de los elementos de este tipo de subestación va acorde al espacio requerido y posteriores maniobras de mantenimiento preventivo y/o correctivo.

Características

Terreno.- Es necesario un estudio previo de la topografía del lugar para asegurar que el lugar es viable para la construcción de la subestación, así como evitar algún desastre por alguna catástrofe naturalEstructura.- Los materiales pueden ser de acero, aluminio, concreto o madera y/o una asociación de los anteriores para la elaboración de la estructura o cimiento Alimentadores.- Los alimentadores en un exterior, son colocados en proporción a su tensión con respecto a la altura al nivel del terreno, es decir, que entre mayor sea la tensión, mayor es la altura Material de los alimentadores.- Cuando uno se refiere a un alimentador, es la línea o guía de conducción de la energía eléctrica, se utilizan de dos tipos: alimentador rígido o alimentador tenso.

alimentador rigido

El material generalmente se usa aluminio y cobre, su forma puede ser tubular debido a que existe una mejor distribución de la corriente, sin embargo, al ser poca la superficie no disipa el calor generado; se prefiere utilizar el aluminio por sus propiedades

Alimentador tenso

Es un conductor (cables de varios hilos) instalado bajo tensión. Consisten en conductores ACSR (cable de aluminio con acero reforzado) o cobre.

Acceso a la subestación

Estas instalaciones deben cerrarse para impedir el acceso a personas ajenas, pueden emplearse una pared de cerca o mediante rejas dependiendo de la importancia y capacidades de la subestación, el cierre debe estar provisto de puertas del tamaño necesario para la entrada de vehículos destinados al transporte de los materiales en caso de ser necesario y otra para el acceso de personal

ventajas

- Las estructuras metálicas de una subestación abierta no alcanza a ser ni siquiera un cuarto del costo del edificio que requiere una instalación interior. - El material y aparatos son más caros cuando están dispuestos para trabajar a la intemperie pero el aumento de precio es solo de un 10 o 20% mayor al de los aparatos para trabajar en interiores. - La subestación tiene mayor claridad por lo que las maniobras se pueden realizar con mayor facilidad y se reduce en un alto grado la posibilidad de que se produzcan incendios generales, además de que en caso de este, el personal no sería afectado por el calor y el humo. - La ampliación en este tipo de instalaciones se pueden hacer con mayor facilidad.

subestaciones compactas

Definición

Este tipo de subestaciones, también denominadas unitarias es una buena alternativa para resolver las necesidades de energía eléctrica en la industria, ya que integra en un gabinete las funciones de desconexión y protección en media tensión de la instalación. Se ofrecen para servicio tanto interior como exterior.La subestación unitaria está compuesta básicamente de tres unidades 1. Unidad de alta tensión. 2. Unidad del transformador. 3. Unidad de baja tensión.

Gabinetes

Dependiendo del servicio o la instalación, se anexa módulos o unidades adicionales de acuerdo a las necesidades específicas. Los gabinetes o módulos pueden estar en algún interior o exterior. Como su nombre lo dice, un exterior debe soportar las condiciones del ambiente mientras que el interior tiene que esta resguardado en algún recinto

aplicación

Este tipo de subestaciones gracias a su diseño, pueden ser instaladas en cualquier proyecto que requiera el uso directo de energía eléctrica de las redes de distribución de media tensión de las compañías suministradoras, por lo que son ideales para: - Plantas Industriales - Redes de distribución urbanas y rurales - Grandes complejos como hospitales o centros comerciales - Industrias pesadas como refinerías - Bancos - Generadores Eólicos.

elementos de resguardo

• Una cuchilla de paso de operación sin carga, debe ser de un tiro, operada desde el frente por medio de un mecanismo de palanca
• Un seccionador tripolar de operación con carga de accionamiento rápido, se utiliza para la conexión y desconexión con carga. Su finalidad es la de proteger en caso de corto circuito por medio de fusibles de alta tensión
• Tres apartarrayos. Sí la celda del seccionador se instala como principal, se debe incluir tres apartarrayos los cuales se montan en la base superior
• Un acoplamiento a transformador. Todo elemento mecánico, está sujeto a las condiciones físicas y más cuando su condición es dinámica y puesta al límite de sus condiciones físicas

instalación

• Se deben tomar en cuenta diversos factores para la instalación y puesta en servicio de este tipo de subestaciones que garanticen un trabajo satisfactorio, libre de interrupciones y una vida útil prolongada, entre los cuales están:

- Localización - Montaje, que incluye cimentación y sistema de tierras. - Inspección Física - Pruebas de puesta en servicio - Conexión de la subestación.

tipo de arreglo

Los arreglos típicos de subestaciones unitarias parten del elemento de la distribución del equipo eléctrico y valores de carga que se requieran dentro de la instalación, por ejemplo, en el siguiente diagrama unifilar se muestra una subestación compacta utilizada para dar carga a motores que operan a grandes tensiones mayores de 600V.

Ventajas.

- Requiere poco espacio para su instalación y funcionamiento - Recomendable para instalaciones tanto industriales como comerciales - Se pueden instalar en recintos que son de acceso general, con algunas restricciones mínimas. - Están protegidos contra efectos o agentes externos. - Los módulos se diseñan para su conexión en distintos arreglos y se pueden equipar con distintos tipos de equipos: de protección, medición o equipos mayores como interruptores, fusibles, desconectadores, apartarrayos, etcétera. - No requiere de mantenimiento especial

Mantenimiento

1) Fallas en los fusibles. Se pueden presentar fallas de corto circuito en instalaciones, lo que provoca la operación de los fusibles 2) Falla en los apartarrayos. Se pueden presentar fallas de sobretensiones provocadas por descargas atmosféricas, lo que propicia falla de los mismos. 3) Falla en los devanados del transformador. Para resolver este tipo de fallas es muy importante que sean atendidas por personal capacitado y que sepa interpretar el funcionamiento del equipo. 4) Conexiones flojas 5) Corto circuito externo 6) Sobretensiones 7) Sobrecarga

Subestaciones tipo Pedestal.

definición

Se le llama subestación tipo pedestal, aunque en realidad es un tipo de transformador. Tienen su aplicación en sistemas de distribución subterráneos, como son: centros comerciales, fraccionamientos, residenciales y lugares en donde la continuidad de servicio es un factor determinante

Funcionamiento de la subestación tipo pedestal

La característica principal de la subestación tipo pedestal, se encuentra en que en el recinto se incorporan todos los componentes eléctricos, desde los aparatos de media tensión, elementos de control y hasta los cuadros de baja tensión, incluyendo el transformador, dispositivo de control e interconexiones. Su diseño de frente muerto lo hace seguro además de que tiene una apariencia muy estética.

utilización

Generalmente son utilizados en fraccionamientos residenciales, desarrollos turísticos y habitacionales, centros comerciales, edificios de oficinas, hoteles, hospitales y en aquellos lugares en donde la continuidad de servicio, la seguridad y la estética son un factor determinante, debido a este último punto, los fabricantes en competencia han reducido el volumen de los transformadores con el propósito de hacerlo más atractivo a la vista.

parte

Subestaciones tipo bobeda.

definición

Recinto subterráneo de amplias dimensiones, accesible desde el exterior, donde se colocan cables, sus accesorios y equipo, generalmente de transformación, y donde se ejecutan maniobras de instalación, operación y mantenimiento por personal que pueda estar en su interior.

temperatura

El sobrecalentamiento en un transformador acelerará el proceso de envejecimiento del papel de celulosa y de otros materiales de aislamiento. De acuerdo con las Normas del IEEE C57.91, aproximadamente cada aumento de 6-8 grados en la temperatura duplicará la tasa de decaimiento en el transformador limitando su vida útil.

Subestaciones tipo encapsulado.

definición

Una subestación encapsulada en SF6 (GIS, Gas Insulated Switchgear) es el conjunto de dispositivos y aparatos eléctricos inmersos en el gas dieléctrico Hexafluoruro de Azufre (SF6), blindados en envolventes de aleación de aluminio. En su interior, los compartimientos se unen y colindan por medio de dispositivos barrera

El Interruptor de Potencia

Considerado como el elemento más importante dentro de la red eléctrica, el Interruptor de Potencia está dotado de un moderno sistema de auto-soplado, con doble movimiento de contactos principales. Una operación apertura/cierre del accionamiento acelera los contactos de aproximadamente 80 kg. de masa, a velocidades que van de los 3 a los 14 m/s, logrando un frenado en un corto lapso hasta el reposo. Los mecanismos de accionamiento son fabricados bajo la norma IEC 60694,60056 y 60517, con un ensayo operativo de más de 30 ciclos para la orden Cierre-Apertura (C-O).

Mecanismo de accionamiento a resorte

Es el mando electromecánico acoplado al interruptor, que proporciona la energía suficiente para efectuar la operación de cierre-apertura.

2.2 Transformadores de potencia. Especificaciones y capacidades. Criterios de selección

definición

Es el elemento más importante de la subestación, ya que es el encargado de elevar o disminuir los niveles de tensión. En la siguiente figura se muestra un transformador de potencia.

función

- Modificar los valores de tensión y corriente con el fin de que éstos tomen los niveles más adecuados para el transporte y distribución de la energía eléctrica. - Permite transmitir energía a grandes distancias y distribuirla en forma segura. - Permiten reducir los niveles de tensión a valores de utilización por ejemplo en el hogar o en la industria. - Pueden proporcionar aislamiento de circuitos entre sí. - Puede modificar (al aumentar o disminuir) valores de capacitores, inductores o resistencias en los circuitos eléctricos.

tipo seco

Se utiliza en interiores, donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendios imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento clase F utilizándose resinas epoxi como medio de protección de los arrollamientos siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación

accesorios

 4 ruedas planas bi-orientables  Cáncamos de elevación  Agujeros de arrastre en el chasis  Agujeros de arrastre  2 tomas de puesta a tierra  1 placa de características  1 placa de advertencia “peligro eléctrico”  1 manual de recomendaciones para la instalación, puesta en servicio y mantenimiento  Protocolo y ensayos individuales

Transformadores en aceite

Se caracterizan principalmente por que el núcleo ferromagnético se encuentra totalmente sumergido en aceite, consta de un tanque con tapa, intercambiadores de calor, bombas y cubículo para el aceite

partes

• Núcleo El circuito magnético es del tipo ensamblado compuesto por columnas y yugos constituidos de láminas de acero arsilicio de grano orientado laminado en frió Arrollamientos Los devanados están formados por bobinas concéntricas de cobre electrolítico de alta conductividad y el aislamiento es papel impregnado en aceite (clase A)• Tanque El tanque es del tipo corrugado con tapa empernada en el cual las paredes están conformadas por aletas onduladas soldadas a la estructura y constituyen el sistema de refrigeración del transformador

accesorios

 Conmutador de tomas en vació con mando exterior sobre la tapa. Indicador de nivel de aceite.  Placa de características.  Válvula de Filtrado.  Perno de puesta a tierra del tanque.  Ganchos de suspensión.  Pozo termométrico.

CAPACIDAD Y SELECCIÓN DE LOS TP’S.

“Transformadores de potencia y extra alta tensión tipo columnas (large core) “Capacidades: De 10 hasta 120 MVA Voltaje de AT: de 15 hasta 400 kv. Voltaje de BT: de 2,4 hasta 115 kv “Transformadores tipo acorazado para horno de arco eléctrico.” Capacidades: De 5 hasta 200 MVA Voltaje de A.T: de 13,8 hasta 69 kV Voltaje de B.T: de 60 hasta 2 000 V “Reactores limitadores de corriente “ Capacidades: Hasta 5 000 kVA. Tipo de enfriamiento: AA No. de fases: 1 ó 3 Frecuencia: 60 Hz Voltaje: hasta 34,5 kV Corriente nominal: hasta 2 000 A Elevación de temperatura: 80°C sobre un ambiente máximo de 40°C y promedio de 30°C en un período de 24 horas. Altura de operación: 1 000 m.s.n.m

 “Transformadores de mediana potencia tipo subestación.”Capacidades: Monofásicos de 5 hasta 20 MVA, Trifásicos de 5 hasta 60 MVA Tipo de enfriamiento: OA, OA/FA, OA/FA/FA, OA/FA/FOA, FOA No. de fases:1 ó 3 Frecuencia.: 60 Hz Voltaje de AT: de 13,8 hasta 161 kV Conexión AT: Delta o Estrella Voltaje de BT: de 2,4 hasta 34,5 kV Conexión BT: Delta o Estrella Elevación de temperatura: 55°, 65° ó 55°/65° C sobre un ambiente máximo de 40°C y Promedio de 30°C en un período de 24 horas

“Transformadores de pequeña potencia tipo subestación.”Capacidades: De 112,5 hasta 10 000 kVA Tipo de enfriamiento: OA u OA/FA No. de fases: 3 Frecuencia: 60 Hz Voltaje de AT: de 2,4 hasta 69 kV Conexión AT: Delta o Estrella Voltaje de BT: 220 a 34 500 V Conexión BT: Delta o Estrella Altura de operación: 1 000 m.s.n.m. Elevación de temperatura: 55°, 65° ó 55°/65°C sobre un ambiente máximo de 40°C y Promedio de 30°C en un período de 24 horas. Líquido refrigerante: Aceite mineral, RTEMP, o silicona líquido

“Transformadores de pequeña potencia tipo subestación de distribución.” Capacidades: 112,5; 150; 225; 300; 500; 750; 1 000; 1 500; 2 000 kVA Tipo de enfriamiento: OA No. de fases: 3 Frecuencia: 60 Hz Voltaje de AT: 4 160; 13 200; 23 000; 34 500 V Conexión AT: Delta Voltaje de BT: 220Y / 127, 440Y / 254 V Conexión BT: Estrella Altura de operación: 2 300 m.s.n.m. líquido refrigerante : Aceite mineral Elevación de temperatura: 65°C sobre un ambiente máximo de 40°C y promedio de 30°C en un período de 24 horas.

conclusión

las subestaciones electricas de media y de alta tensión son instalaciones encargadas de realizar transformaciones de tensión, frecuencia, número de fases o conexiones de dos o más circuitos. Se ubican cerca de las centrales generadoras, en la periferia de las zonas de consumo o en el exterior e interior de los edificios. Por lo general, las subestaciones de las ciudades están dentro de los edificios para así ahorrar espacio y reducir la contaminación. En cambio, las instalaciones al aire libre se sitúan a las afueras de los núcleos urbanos. Existen dos tipos de subestaciones: Subestaciones de transformación. Transforman la tensión de la energía eléctrica mediante uno o más transformadores. Puede ser elevadoras o reductoras de tensión. Subestaciones de maniobra. Conectan dos o más circuitos y realizan sus maniobras. En este tipo de subestaciones la tensión no se transforma.

referencias

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