cap 01 generalid

7/25/2019 Cap 01 Generalid

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UNIVALLE Introduccin a las SubestacionesCap I 1

INTRODUCCION A LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS

CAPITULO I

CONCEPTOS FUNDAMENTALES

1.1 OBJETO DE UNA SUBESTACIN EN UN SISTEMA DE POTENCIA

Debido a que la tensin de generacin en una central elctrica es relativamente bajay su ubicacin bastante lejana de los centros de consumo, el transporte de energaelctrica a estos niveles resulta demasiado costoso. Para que el costo del transportesea razonable es necesario elevar la tensin a un nivel alto que depende de variosfactores como: la potencia a transmitir, la longitud de la lnea, las prdidas, etc., en

nuestro medio estos niveles pueden ser 115 kV o 220 kV. Dicha operacin seefecta en una instalacin que se denomina en general Estacin TransformadoraPrimaria o Subestacin Primaria; una vez hecha la conduccin por las lneas detransmisin, en los centros de consumo debe procederse a la distribucin de estapotencia requiriendose de Subestaciones Distribuidoras, que reducen el voltaje a13.2 kV.

Figur a 1.1 Sistema de generacin y consumo de energa elctrica

Algunas veces se enlazan sistemas por medio de Subestaciones de Interconexin.Finalmente se reduce el voltaje a un valor adecuado para los centros de consumo enunas casetas de transformacin, cuyo elemento principal es el Transformador de


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de una subestacin, dependiendo de la ubicacin de esta dentro del sistema depotencia, de acuerdo con su funcin o por su capacidad. Si la subestacin es de unacapacidad e importancia tales que su salida del sistema de potencia produzcasuspenciones y problemas de racionamiento en todo este, entonces la subestacin

requiere de un alto grado de seguridad. Si la subestacin tiene un gran nmero decircuitos y ellos pertenecen a diferentes sistemas, dicha subestacin requiere de unalto grado de flexibilidad. Si la subestacin tiene como objetivo primordial elsuministro de energa la necesidad principal de esta subestacin es la confiabilidad.

1.4 CLASIFICACIN DE LAS SUBESTACIONES

Las Subestaciones pueden clasificarse bajo unos criterios bsicos que cubran lostipos existentes dentro de nuestro medio:

Por su funcin dentro del sistema de potencia.

Por su tipo de operacin. Por su forma constructiva.

1.4.1 Clasificacin de las Subestaciones por su funcin dentro del sistema

1.4.1.1 Subestacin de Generacin: Es la estacin primaria de la energa producidapor las plantas generadoras, su objetivo esencial es transformar el voltaje a nivelesaltos para lograr economa con la reduccin de la corriente.

1.4.1.2 Subestacin de transmisin: Su funcin es interconectar las diferentes lneasde transmisin de 115 kV o 220 kV. Estas generalmente alimentan tambin barrajesde 34.5 kV y/o 13.2 kV.

1.4.1.3 Subestacin de subtransmisin: Son aquellas que alimentan o interconectanlneas de nivel intermedio de tensin, 44 kV o 34.5 kV, para transporte a distanciasmoderadas y de cargas no muy altas, con cargas distribuidas a lo largo de la lnea.

1.4.1.4 Subestacin de distribucin: Su funcin es reducir la tensin a niveles dedistribucin 13.2 kV para enviarla a los centros de consumo industrial o residencial,donde los transformadores de distribucin instalados a lo largo de los circuitos, seencargan de reducir los niveles a baja tensin (440, 220, 108 V), para alimentar a losusuarios.

1.4.2 Clasificacin de las Subestaciones por tipo de operacin

1.4.2.1 Subestacin de transformacin: Son estaciones que transforman la tensindentro del sistema de potencia, a valores adecuados para su transporte o utilizacin.

De acuerdo a la funcin de transformacin que cumplan en el sistema de potencia se


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dividen en:

a. Subestacin de transformacin: La tensin de salida es diferente de la deentrada; estas son las que permiten elevar o reducir los niveles de tensin desdelos puntos de generacin, pasando por lo niveles ms altos de transmisin, hasta

lo niveles ms bajos de subtransmisin o distribucin.

b. Subestacin de maniobra: Su funcin es unir algunas lneas de transporte conotras de distribucin, con el propsito de dar mayor confiabilidad y continuidad alservicio; el nivel de tensin es uno solo, por lo tanto no se utilizan transformadoresde potencia que eleven o reduzcan el voltaje.

1.4.3 Clasificacin de las Subestaciones por su forma constructiva :

1.4.3.1 Por su montaje

a. Subestaciones Interiores: Donde sus elementos constitutivos se instalan enel interior de edificios apropiados.

Figur a 1.2 a Subestacin tipo interior (encapsulada)

b. Subestaciones Exteriores o a la Intemperie: Sus elementos constitutivos seinstalan a las condiciones ambientales.


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Figur a 1.2 b Subestacin tipo exterior (encapsulada)

1.4.3.2 Por su tipo de equipo

a. Subestacin Convencional: Es del tipo exterior pero la instalacin de suequipo es abierta, sin que nada los proteja. Figura 1.3

b. Subestacin Encapsulada: Es una subestacin cuyas partes vivas yequipos que soportan tensin estn contenidos dentro de envolventes

metlicos. Por ejemplo las Subestaciones encapsuladas en SF6. Figura 1.4

c. Subestacin Mvil: Se caracteriza porque todo el conjunto de equipos estinstalado sobre un remolque. Su objetivo bsico es el de ser utilizado bajocircunstancias de emergencia, en cualquier punto del sistema. Figura 1.5.


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Figur a 1.3 Subestacin tipo convencional (exterior)

Figur a 1.4 Subestacin encapsulada


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Figur a 1.5 Subestacin mvil

1.5 ELEMENTOS PRINCIPALES DE LAS SUBESTACIONES

La disposicin, caracterstica y cantidad de equipo para cada subestacin, dependedirectamente de la configuracin escogida. Por lo tanto se har una descripcingeneral y esencial aplicable a cualquier configuracin.Son las Subestaciones del tipo convencional las que se tomarn como referencia,dado que es este el tipo de subestacin ms comn en Colombia. En ellas seencuentran adems de las estructuras y soportes que facilitan la llegada y salida delas lneas, un conjunto denominado "elementos principales de la subestacin". Estoselementos se clasifican en 3 categoras as:

Equipo de patio Equipo de tablero Servicios auxiliares

1.5.1 Equipo de patio: Son elementos constitutivos del sistema de potencia que seencuentran instalados en el patio de conexiones, generalmente a la intemperie,estando expuestos a las condiciones ambientales. Son estos:


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Transformador de Corriente (T.C)Transformador de Potencial (T.P)Transformador de PotenciaInterruptor (I)

Seccionador (S)Pararrayos (P)Trampa de onda (T.O)Barrajes y Estructuras.

El espacio ocupado por el conjunto de equipos pertenecientes a una misma salidade la subestacin se denomina "Campo" o "Baha", por ejemplo Campo de Lnea,Baha de Transformador, etc.

1.5.2 Equipos de tablero: Son todos los elementos de control, medicin yproteccin, indicadores luminosos y alarmas, instalados en la casa de control y

soportados por los tableros de la subestacin. Su funcin es facilitar la supervisin ymanejo de la subestacin, por parte del operador.

1.5.3 Servicios auxiliares: Son todo el conjunto de instalaciones formadas por lasfuentes de alimentacin de corriente continua y de corriente alterna, de baja tensinque se utilizan para energizar los sistemas de control, proteccin, sealizacin,alarmas y alumbrado de una subestacin, as como el sistema contra incendio. Laspartes del sistema auxiliar son las siguiente:

Servicio de DC: Interruptores, tableros, bateras, alumbrado de emergencia,cargadores.Servicio AC: Calefaccin, alumbrado, aire acondicionado, ventilacin, sistemascontra incendio, etc.

1.5.4 Otros

Caseta de control Malla de tierra Sistema de apantallamiento.

1.6 CONFIGURACION O ESQUEMA

Es el tipo de arreglo o interconexin de los equipos principales de conexin de unasubestacin, de tal forma que su operacin permita diferentes grados deconfiabilidad, seguridad o flexibilidad en la operacin de la subestacin.

Bsicamente est definida por los barrajes, seccionadores e interruptores.

1.7 DISPOSICIN FSICA DE UNA SUBESTACIN (LAY-OUT)


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Es el ordenamiento o ubicacin de los diferentes equipos constitutivos del patio deconexiones de una subestacin para cada uno de los tipos de configuracin.

1.8 DIAGRAMA UNIFILAR

Un diagrama unifilar es una representacin esquemtica de los elementosprincipales que constituyen un sistema de potencia elctrica, o una parte especficade l. Los diagramas unifilares se elaboran con el nimo de dar una idea generalpero al mismo tiempo clara acerca del funcionamiento del sistema y de sus partesintegrantes. Se realizan en dos etapas, primero como diagramas unifilares simples yen una segunda fase, como diagramas unifilares elaborados o completos.

1.8.1 Diagrama unifilar simple:

Es aquel en el que se consigna una informacin bsica acerca del sistema, su formageneral de funcionamiento, y los equipos principales que intervienen.En una subestacin, el diagrama unifilar simple es elaborado con el fin de consignarla informacin acerca de los equipos que la constituyen, y la forma en que estninterconectados (configuracin). Dicho diagrama contendr informacin generalsobre generadores, lneas, barrajes, transformadores de potencia, seccionadores einterruptores.

Figu ra 1.6 Diagrama unifilar simple de una subestacin


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Figu ra 1.7 Diagrama unifilar simple Valle del Cauca

La figura 1.6 es un ejemplo de diagrama unifilar simple de una subestacin y la 1.7

de un sistema elctrico; la informacin que suministrada es bsica ya que da unaidea global de los elementos que existen y de la forma en que se interconectan,proporcionando as una visin del funcionamiento de todo el conjunto.

1.8.2 Diagrama unifilar elaborado

En un diagrama unifilar elaborado, adems de la informacin que proporciona eldiagrama simple, se adiciona informacin sobre los equipos de proteccin, control ymedida. Un diagrama unifilar elaborado, contendr entonces informacin acerca delos transformadores de potencial y de corriente, utilizados en las funciones demedida y de proteccin; contendr igualmente informacin acerca de los

instrumentos de medida y proteccin etc. Un ejemplo de diagrama unifilar elaboradose muestra en la figura 1.8

G~

SISTEMA DEL VALLE DEL CAUCA

22O kV/115kV

ST/B.ANCHICA..

ST/TAB2

ST/TABOR

ST/MALAGA

ST/S.ANTONIO ST/CHIPICHAPE

ST/MELENDEZ

ST/AGUABLANCA

ST/JUANCHITO

ST/JUANHITO

ST/SALVA2

ST/JUANCHITO

ST/SAN BERNARDINO

ST/JAMONDINO

ST/BETANIA

ST/CANDELARIA

ST/GUACHAL

ST/GUACHAL

ST/CALIMA

ST/S.MARCOS ST/BUGA ST/TULUA

ST/CARTAGO

ST/ESMERALDA2

ST/ZARZAL

ST/GUACHAL2

ST/SUCROMILES

ST/S.BARBARA

ST/A.ANCHICA..

ST/CODAZZI

ST/YUMBO

ST/S.MARCOS

ST/ESMERALDA

ST/PANCE

ST/CALI2

ST/A.ANCH2

ST/B.ANCH2

ST/BETA2ST/JAMON2

Station7/B1

~ G

~

G G~

G~

ST/SALVAJ

INA

~

G~

G~

G~

1 2 3

4 5 6

7 8 9

10 11

12 13 14

1516171819

20 21 22

23 24 25

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34

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38

39

40

41

42

43

44

45 46 47

48 49

50 51 52 53

54 55 56 57 58 59

60 61 62

63

64

65 66 67

68

6970

71

7 2 7 3 7 4

75 76 77

78 79 80 81

ST/PAEZ

80 81


11/12


3P

3P

200/5

400/5

MEDIDA

PROTECCION

400/5

PROTECCION

MEDIDA

MVAR

PROTECCION

600/5

A TP'S

0-300

3

A KWHKVAH MW

TRANSFORMADOR DE

POTENCIA

40 MVA 3 230KV/115KV

Y5

A MEDIDAS

3

V

94

3

A LINEA

115 KV

400/5

252

MEDIDA

5150

5

5051

N

Y

49

26

8663 87

3

86

3

5051

18

152

N

5051

94

4

BARRAJE PRINCIPAL 230 kV

BARRAJE DE RESERVA 230 kV

Figur a 1.8 Diagrama unifilar elaborado

1.9 CONVENCIONES

Los diagramas unifilares contienen una serie de smbolos que representan losdiversos equipos y dispositivos. En la tabla 1.1 se indican los smbolos elctricosque se usarn en los captulos posteriores.


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Tabla 1.1 Convenciones

21

26

5

63

67

Rel de

distancia

Rel trmicopara losdevanados

Rel desobrecorriente5

01

Rel Buchholz

Rel desobrecorrientedireccional

87 Rel diferencial

79

Rel auxiliar dedisparo con bloqueo

Rel derecierre

86

SV

SA

52

OLTC

Seccionador

Seccionador

Interruptor

Cambiador deTAPS bajo carga

Switchevoltimtrico

Interruptor

Pararrayos

Switche

amperimtrico

(1)

(1)

V Voltmetro

kWh

kVARh

VAR

W

Medidor de energareactiva

Medidor de energaactiva

Vatmetro

Varmetro

94

A Ampermetro

Rel auxiliar

Regulador devoltaje

Transformador depotencia

Transformador depotencial

Capacitor deacople

Transformadorde corriente

Fusible

Trampa de onda

(1) Se usa en los diagramas unifilares simples

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