CONCEPTOS

FUNDAMENTALES DE

SUBESTACIONES

CAPITULO V

INTRODUCCIN

LA INDUSTRIA ELCTRICA EN EL MUNDO HA TENIDO UN DESARROLLO IMPORTANTE:

1879 THOMAS ALVA EDISON INVENTA LA LMPARA ELCTRICA

1882 THOMAS ALVA EDISON PUSO EN SERVICIO LA PRIMERA CENTRAL ELCTRICA. EN EL MISMO AO EN LONDRES SE PUSO EL PRIMER SISTEMA DE ENERGA PBLICA.

1888 EL PROBLEMA DE LA TRANSMISIN A DISTANCIA SE SOLUCIONA CON LA CORRIENTE ALTERNA. ESTO PERMITI LA FABRICACIN DE TRANSFORMADORES Y MQUINAS ROTATIVAS

SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA UN SISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA ES AQUEL QUE

PERMITE GENERAR-TRANSPORTAR Y DISTRIBUIR LA ENERGA ELCTRICA, HASTA LOS CONSUMIDORES, BAJO CIERTAS CONSIDERACIONES Y REQUERIMIENTOS

Que es una subestacin elctrica? Es una parte del SEP conformada por un conjunto de

equipos, dispositivos y circuitos, que tienen la funcin de

modificar los parmetros de potencia elctrica; permitiendo

el control del flujo de energa, dando seguridad para el SEP,

equipos y personal de operacin y mantenimiento.

Funciones de una subestacin

Cambiar el nivel de tensin de un valor a otro.

Regular la tensin para compensar los cambios de voltaje del sistema.

Permitir el control, proteccin y medicin en los circuitos de distribucin.

Permitir la interconexin elctrica con otras subestaciones.

Permitir la transferencia de carga entre subestaciones.

Control de reactivos suministrados a las redes de distribucin.

Niveles de tensin en subestaciones La red elctrica de un sistema de potencia, se opera a distintos niveles de tensin Desde la generacin hasta la utilizacin.

Transmisin Subtransmisin Distribucin Usuario

800 kV 161 kV 35.5 kV 480 V, 3f

765 kV 138 kV 25.0 kV 440 V, 3f

400 kV 115 kV 23.0 kV 240 V, 3f

365kV 69 kV 13.8 kV 220 V, 3f

230 kV 13.2 kV 120/240 V, 1f

220 kV 6.6 kV 127 V,1f

Para el caso del Ecuador, nuestro sistema tiene los siguientes niveles de tensin.

Transmisin Subtransmisin

Distribucin Usuario

230 kV 138 kV 22 kV 220 V, 3f

138 kV 69 kV 13.8 kV 120/240 V, 1f

127 V, 1f

Esquema general

Partes de una subestacin CASA DE CONTROL

PATIO DE DISTRIBUCIN

PATIO DE TRANSFORMACIN

PATIO DE ENTRADA

Equipos de una subestacin PATIO DE DISTRIBUCIN

9. Seccionador

8. Interruptor

16. Aislador

17. Pararrayos

Barras

Cables de fuerza

Castillo de distribucin

Equipos de una subestacin PATIO DE TRANSFORMACIN

4. Seccionador de

barra.

15. Aislador soporte.

2. Interruptor.

15. Aislador soporte

transformador

de corriente.

1. Transformador de

potencia.

8. Interruptor.

9. Seccionador de

barra.

Barras Cables de fuerza

PATIO DE ENTRADA

15. Aislador de soporte.

4. Seccionador de barra.

6. Transformador de corriente.

2. Interruptor.

3. Seccionador de lnea

7. Pararrayo.

Lnea de entrada Barras

Cables de fuerza

Castillo de entrada

5.1 Tipos de subestaciones

SUBESTACIONES ELEVADORAS

SUBESTACIONES REDUCTORAS

SUBESTACIONES DE ENLACE

SE USAN EN LAS CENTRALES ELCTRICAS PARA ELEVAR LA TENSIN DE GENERACIN A VALORES DE TRANSMISIN.

Dependiendo del nivel de tensin, potencia que manejan, objetivo y tipo de servicio Que prestan, las subestaciones se pueden clasificar como:

SE USAN PARA REDUCIR LA TENSIN DE UN SISTEMA DE TRANSMISIN A SUBTRANSMISIN, O DE SUBTRANSMISIN A DISTRIBUCIN O EVENTUALMENTE HACIA GRANDES CONSUMIDORES.

EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS, SE REQUIERE TENER MAYOR FLEXIBILIDAD DE OPERACIN PARA INCREMENTAR LA CONTINUIDAD DEL SERVICIO Y CONSECUENTEMENTE LA CONFIABILIDAD. NO DISPONEN DE TRANSFORMACIN.

SUBESTACIONES EN ANILLO

SUBESTACIONES RADIALES

SUBESTACIONES DE SWITCHEO DE PASO

ESTAS SUBESTACIONES SE USAN CON FRECUENCIA EN LOS SISTEMAS DE DISTRIBUCIN PARA INTERCONECTAR SUBESTACIONES QUE ESTN INTERCONECTADAS A SU VEZ CON OTRAS.

CUANDO UNA SUBESTACIN TIENE UN SOLO PUNTO DE ALIMENTACIN Y NO SE INTERCONECTA CON OTRAS. NORMALMENTE SON SUBESTACIONES LEJANAS.

EN ESTAS SUBESTACIONES NO SE TIENEN TRANSFORMADORES DE POTENCIA, YA QUE NO SE REQUIERE MODIFICAR EL NIVEL DE TENSIN DE LAS FUENTES A ALIMENTACIN Y SOLO SE HACEN OPERACIONES DE CONEXIN Y DESCONEXIN.

Tipos de subestaciones

En estas subestaciones, el aire sirve como medio aislante. Sistemas de alta y extra-alta tensin

AISLADAS EN AIRE

TIPO INTERPERIE TIPO INTERIOR

POR EL TIPO DE CONSTRUCCIN

- SE CONSTRUYEN EN TERRENOS O AREAS EXPUESTAS AL MEDIO AMBIENTE..

- SUS EQUIPOS DEBEN DISEARSE PARA ESTAS CONDICIONES.

- LOS EQUIPOS ESTN DISEADOS PARA OPERAR AL INTERIOR.

- SU TENDENCIA ES HA DESAPARECER.

4 A 25/05/2015

SUBESTACIN INTERIOR

SUBESTACIN EXTERIOR

Tipos de subestaciones

AISLADAS EN HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6) GIS

POR EL TIPO DE CONSTRUCCIN

- DISEADAS PARA TENSIONES DE MAYORES A 130 Kv, HASTA 800 Kv.

-DISEADAS CUANDO EXISTEN RESTRICCIONES DE ESPACIO Y AFECCIN AL MEDIO AMBIENTE.

-- OCUPAN EL D ESPACIO DE UNA CONVECIONAL.

-- PUEDEN OPERAR AL INTERIOR COMO AL EXTERIOR.

-- ES MAS CONFIABLE PERO MAS COSTOSA.

-- PUEDEN TENER VARIAS CONFIGURACIONES.

-- MANTENIMIENTO REDUCIDO, PERO ESPECIALIZADO.

Gas SF6

Es incoloro, inodoro, no txico e incombustible.

Es 5 veces ms pesado del aire.

Tiene excelentes caractersticas dielctricas. La capacidad dielctrica es de 2.5 a 3 veces la del aire.

Se utiliza tambin como medio aislante en transformadores de potencia y de instrumentacin, conductos de barras y condensadores.

Debido a su baja temperatura de ionizacin y su alta energa de disgregacin posee excelentes propiedades de interrupcin del arco.

El Hexafluoruro de Azufre (SF6) es un gas inerte artificial que tiene excelentes propiedades de aislamiento, as como una estabilidad trmica y qumica excepcionalmente altas. Estas caractersticas le han conferido un amplio uso en interruptores tanto de Alta como de Media Tensin, mostrando en ambos casos un rendimiento y una fiabilidad muy elevados.

Ms de 50 aos de experiencia

en subestacines elctricas

encapsuladas (GIS)

HISTORIA

1956 Research on SF6

1965 110 kV GIS

1966 170 kV GIS

1976 550 kV GIS

1987 800 kV GIS

2003 3-phase GIS for 145 kV/63 kA

2007 1000 kV GIS

1965 first 110 kV GIS

1966 first 170 kV GIS

50 Years of GIS Know-how

4000

2000

6000

Desarrollo en el tiempo

330 kV

170 kV

First Research

First 500 kV GIS Claireville (CA)

First 170 kV GIS Sempersteig (CH)

First 800 kV GIS Alpha (ZA)

500 kV GIS Three Gorges (CN)

1956 1966 1976 1996 1986 2003 2006

Largest 500 kV GIS

Itaipu (BR)

300 kV

8000

Simple barra

Sectional view

Interruptor y seccionadores de puesta a

tierra

disconnector

earthing switch

Vista general de una subestacin GIS

Subestaciones Mviles

Una Subestacin Mvil s basicamente un

conjunto de equipos que formn una baa de

transformacin, todavia ensamblados sobre un

semi-remolque

Arreglos de barras en subestaciones

LAS SUBESTACIONES ELCTRICAS SE DISEAN PARA TENER UNA MXIMA CONFIABILIDAD Y FLEXIBILIDAD DE OPERACIN SEA POR CONTINGENCIAS O MANTENIMIENTOS EN EL SISTEMA.

EXISTEN VARIOS ARREGLOS DE BARRAS EN LOS SISTEMAS ELCTRICOS LOS MISMOS QUE DEPENDEN DEL ESTUDIO PREVIO QUE DETERMINAN:

LAS DEMANDAS DEL SISTEMA. AMPLIACIONES FUTURAS. FLEXIBILIDAD Y FACILIDAD PARA EL MANTENIMIENTO.

PRESUPUESTO DISPONIBLE.

Barra simple Barra seccionada Barra simple con seccionador en derivacin. Esquema de barra doble. Barra principal y barra de transferencia. Barra en anillo. Barra doble con disyuntor y medio.

4 A 27/05/2015

Barra simple SON SUBESTACIONES QUE CONSTAN SOLAMENTE DE UNA BARRA PARA CADA TENSIN.

Ventajas:

Fcil operacin e instalacin simple. Costo reducido. Requiere poco espacio fsico para su construccin. Mnima complicacin en la conexin de los equipos y el esquema de protecciones.

Desventajas:

No existe flexibilidad en las operaciones (El mantenimiento de un disyuntor exige la salida completa del tramo involucrado). Falla en barra interrumpe el servicio totalmente. Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestacin en su totalidad.

Barra seccionada EN ESTA SUBESTACIN LA BARRA SE PARTE EN DOS

Ventajas: Mayor continuidad del servicio. Fcil mantenimiento de los tramos conectados a la barra . Requiere poco espacio fsico para su construccin. Para fallas en barra, queda fuera de servicio el tramo de la seccin de barra afectada

Desventajas:

Falla en barra puede originar racionamiento. El mantenimiento de un disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual est asociado.

Barra simple con seccionador en derivacin

Ventajas: Similar al esquema de barra simple, pero permite realizar labores de mantenimiento en los tramos sin interrumpir el servicio, a travs del seccionador en derivacin (By-Pass). Requiere poco espacio fsico para su construccin. Desventajas: Falla en barra interrumpe totalmente el suministro de energa. Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestacin en su totalidad.

Esquema de barra doble

Ventajas: Las labores de mantenimiento pueden ser realizadas sin interrupcin del servicio. Facilita el mantenimiento de seccionadores de barra, afectando nicamente el tramo asociado Desventajas: La realizacin del mantenimiento en un disyuntor de un tramo, requiere la salida del tramo correspondiente. Requiere de gran espacio fsico para su construccin

Barra principal y transferencia

Ventajas:

Permite la transferencia de carga de un tramo, durante el mantenimiento del disyuntor correspondiente . Facilita el mantenimiento de seccionadores de lnea y transferencia, afectando nicamente el tramo asociado. Requiere de poco espacio fsico para su construccin.

Desventajas:

Para la realizacin del mantenimiento de la barra y los seccionadores asociados, es necesario desenergizar totalmente la barra.

4 B 25/05/2015

Barra en anillo EN ESTE TIPO LAS SUBESTACIONES SE INTERCONECTAN FORMANDO UN UN ANILLO ELCTRICO, EN DONDE EL FLUJO DE CORRIENTE PUESE SER EN LOS DOS SENTIDOS.

El nmero de interruptores es igual al nmero de lneas que terminan en la subestacin. Orece un mayor grado de flexibilidad y confiabilidad operativa, que los otros esquemas. El mantenimiento en los equipos pueden realizarce sin salida de carga.

4A 8/06/2015

Doble barra interruptor y medio SON SUBESTACIONES QUE CONSTAN DE DOS BARRAS PRINCIPALES CON TRES INTERRUPTORES.

Ventajas: No necesita tramo de enlace de barra. El mantenimiento de un disyuntor se puede realizas sin sacar de servicio el tramo correspondiente. Desventajas: Para la realizacin del mantenimiento de los seccionadores conectados directamente al tramo, es necesario dejar fuera de servicio el tramo correspondiente. Requiere gran espacio fsico para su construccin

NORMATIVA APLICADA A SUBESTACIONES

Para poder estandarizar la construccin de equipos elctricos, sobre todo en lo que se refiere a dimensiones fsicas, caractersticas constructivas y de operacin, condiciones de seguridad, condiciones de servicio y medio ambiente, la simbologa utilizada en la representacin de equipos y sistemas, se han creado las Normas Tcnicas.

NORMATIVA APLICADA A SUBESTACIONES

En proyectos elctricos, las normas indican desde la manera como se deben hacer las representaciones graficas, hasta especificar las formas de montaje y prueba a que deben someterse los equipos. Cada pas posee sus propias normas, desarrolladas de acuerdo a las necesidades y experiencias acumuladas por los especialistas.

ENTRE LAS MS UTILIZADAS TENEMOS:

Normas IEC.- Internacional Electrotechnical Comisin (IEC): La Comisin Electrotcnica Internacional (IEC) es la organizacin lder a nivel mundial encargada de preparar y publicar Normas Internacionales para todas las tecnologas elctricas, electrnicas y afines. Empleada principalmente por los pases europeos.

Normas ANSI.- El American National Standards Institute (ANSI): ANSI , ha mantenido como meta fundamental mejorar la competitividad mundial de las empresas de Estados Unidos as como la calidad de vida, promoviendo y facilitando normas voluntarias y de consenso, y sistemas para las pruebas de conformidad, adems de promover su integridad.

Normas NEC.- National Electrical Code (NEC)

ENTRE LAS MS UTILIZADAS TENEMOS:

Normas NEMA.-National Electrical Manufacturers Association (NEMA). Promover la competitividad de sus compaas socias proporcionando servicios de calidad que impactarn positivamente en las normas, regulaciones gubernamentales, y economa de mercado

Normas IEEE.- The Institute of Electrical and Electronics Engineeres Inc. (IEEE) . Estas normas determinan especificaciones y procedimientos a fin de garantizar que los productos y los servicios sean idneos para su propsito y su rendimiento cumpla con lo previsto.

EXISTEN OTRAS NORMAS MENOS EMPLEADAS COMO: VDE - UL .

Normas para el diseo de planos elctricos

Simbologa

Simbologa y normas elctricas Los esquemas elctricos en subestaciones se

realizan bajo la norma ANSI IEC. Dependiendo del pas de origen de los equipos elctricos.

Diagrama unifilar

Nos permite identificar de una manera esquemtica , los puntos de conexin y arreglo de todos los equipos elctricos, sistemas de barras y el sistema de proteccin a emplear en una subestacin.

Uno de los aspectos fundamentales del diseo conceptual o ingeniera bsica es la preparacin del diagrama unifilar

PARTES PRINCIPALES DE UN DIAGRAMA UNIFILAR

4 B 02/06/2015

4 A 15/06/2015

1.- MEDICION Y PROTECCION

2.- CONTROL INTERRUPTOR 652-1

3.- CONTROL DE SECCIONADOR

4.- ALARMA SCADA

5.- DIAGRAMA DE ALARMAS

6.- DIAGRAMA TOPOLOGICO

7.- BORNERA TBS SCADA

8.- DIAGRAMA DE CONTACTOS (DIB. 1)

9.- DIAGRAMA DE CONTACTOS (DIB. 2)

10.- DIAGRAMA DE POTENCIAL 69KV

11.- HOJAS DE CABLEADO

PLANOS ELECTRICOS

DE UNA POSICIN DE LNEA DE 69 kV

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS EQUIPOS DE POTENCIA

LLAMADO TAMBIN ESPECIFICACIONES TCNICAS.

PERMITEN IDENTIFICAR LAS CARACTERISTICAS TANTO CONSTRUCTIVAS COMO ELCTRICAS.

Valores caractersticos. Se define como valores caractersticos de un equipo con relacin a una cualidad determinada, los valores de las magnitudes que definen al equipo con relacin a esta cualidad. Caractersticas nominales. A los valores caractersticos de cada equipo se les denomina caractersticas nominales del equipo, porque son los empleados para denominarlos y estn inscritas en la placa de caractersticas.

5.2 Partes y equipos de las subestaciones elctricas.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS

EQUIPOS DE POTENCIA

Especificaciones tcnicas generales: Para todos los equipos.

CONDICIONES AMBIENTALES

Todo el equipo a suministrar ser diseado para operar satisfactoriamente a una altitud entre 0 y 3000 metros sobre el nivel del mar, en las siguientes condiciones: Temperatura mxima: 30 C Temperatura media: 15 C Humedad relativa mxima: 93% Humedad relativa media: 75% Nivel isocerunico mximo: 25 Velocidad del viento: 90 km/h

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS

EQUIPOS DE POTENCIA

Especificaciones tcnicas particulares: Las principales caractersticas que estn inscritas por lo general en las placas son:

Tensione nominal: Corriente nominal: Potencia nominal de ruptura: Corriente mxima de interrupcin: Nivel Bsico de Aislamiento (BIL): Frecuencia nominal:

EQUIPOS DE MANIOBRA

CLASIFICACIN:

1.- EQUIPOS DE CORTE

2.- EQUIPOS DE MANIOBRA

3.- EQUIPOS DE MEDICIN

4.- EQUIPOS DE PROTECCIN

5.3 Interruptores en media y baja tensin.

INTERRUPTOR

INTERRUPTOR

INTERRUPTOR

INTERRUPTOR

INTERRUPTOR

INTERRUPTOR

INTERRUPTOR

INTERRUPTOR

COMPONENTES CAMARA DE

EXTINSIN DEL ARCO:

AISLADOR

ESTRUCTURA DE

SOPORTE:

CAJA DE MANDO:

PARTES DE UN INTERRUPTOR

POLOS: ESTRUCTURA DE SOPORTE

SISTEMA

DE

RESORTES:

CAJA DE

MANDO:

INTERRUPTOR

Construccin de una botella de

vaco

1.- Varilla 2.- Proteccin contra torsin 3.- Fuelles de metal 4.- Tapa terminal 5.- Blindaje de fuelles

6.- Aislador de cermica 7.- Blindaje principal 8.- Contactos 9.- Varilla 10.- Placa terminal

CMARA DE EXTINSIN EN VACO:

CMARA DE EXTINSIN EN SF6:

ETAPA 1

ETAPA 2

ETAPA 3

ETAPA 4

INTERRUPTOR

Cmara de extinsin del arco

Animation Puffer principle

INTERRUPTOR

Cmara de esxtinsin del arco

VIDEO

INTERRUPTOR

ESPECIFICACIONES TCNICAS DATOS DE PLACA:

INTERRUPTOR

CELDAS DE MEDIA

TENSIN

CELDAS DE MEDIA TENSIN ESPECIFICACIONES TCNICAS:

Areas o ambientes de una

subestacin CELDA CON INTERRUPTOR 1 Compartimiento de baja tensin removible 2 Tablero mcanico de maniobras 3 Zcalo de sistema de indicacin capacitiva de voltaje 4 Mecanismo del seccionador de 3 posiciones 5 Mecanismo de operacin del interruptor 6 Terminacin de cable 7 Transformador toroidal de intensidad 8 Cono externo 9 Disco de ruptura 10 Interruptor a vcio 11 Seccionador de 3 posiciones 12 Sistema de barras 13 Zcalo para transformador de potencial 14 Transformador de potencial en tecnologa plug-in Gas SF6

CELDAS

1. Compartimento de barras El compartimento de barras est situado en la parte superior de la celda. Contiene las barras principales que unen elctricamente las celdas contiguas.

2. Compartimento de interruptor-seccionador Las celdas estn equipadas con un interruptor-seccionador en SF6 de tres posiciones, con envolvente de resina de epoxy, provisto de ventanas de inspeccin e indicador de densidad de gas bajo demanda.

COMPONENTES

3. Compartimento de cables El 85 % del espacio de la celda se reserva para la conexin de cables de potencia, permitiendo la utilizacin tanto de cables unipolares como tripolares con simples terminales atornillados. El espacio es adecuado tambin para accesorios como autovlvulas, transformadores de intensidad, segundo seccionador de puesta a tierra, etc.

4. Compartimento de mando, enclavamientos y BT Detrs de la puerta BT (que sirve como panel de control) se encuentra el mecanismo de mando con indicador de posicin y la unidad de enclavamientos mecnicos. Se pueden instalar accesorios tales como:

CELDAS

Contactos auxiliares, bobina de apertura, mecanismo de disparo de emergencia, indicadores capacitivos de tensin, bloqueos a llave y la motorizacin del interruptor. El espacio ha sido concebido para albergar adems circuitos de control e instrumentos de medida, as como rels de proteccin.

CELDAS

CELDAS

CELDAS

MONTAJE Y ACOPLE DE CELDAS