distribucion y subestacion cap02 - ing victro lazo
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Distribución - S/E Cap. 2 Sub Estación Eléctrica Ing. Victor Lazo
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SUB ESTACIONES ELECTRICAS
Una subestación eléctrica es usada para la transformación de la tensión de la energía eléctrica.
El componente principal (y más caro) de una subestación eléctrica es el transformador de
Poder.
Las subestaciones eléctricas elevadoras se ubican en las inmediaciones de las centrales
eléctricas para aumentar la tensión de salida de sus generadores.
¿Por qué se debe transmitir a alta tensión?
La razón técnica para realizar esta operación es la conveniencia de transportar la energía
eléctrica a larga distancia a tensiones elevadas para reducir las pérdidas resistivas por efecto
Joule (P= I^2\cdot R), que dependen de la intensidad de corriente.
Configuración de una sub estación eléctrica.
Como caso base a analizar utilizaremos información de la Sub estación PLAYAS actualizada
hasta el 2008
La alimentación para la subestación está dada por una línea de Subtransmisión, que parte
desde la subestación de Transelectric S.A. (138 Kv / 69Kv) ubicada en El Morro y es parte del
Sistema Nacional Interconectado, Posición Posorja, la reducción de tensión de 69kV a 13.8kV
se realiza mediante un transformador de poder de marca Mitsubishi
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Nota: Información adicional sobre los elementos mostrados en el diagrama unifilar se
encuentra al final del documento.
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La figura anterior Inferior muestra el diagrama unifilar de la subestación Playas, la línea de
llegada a la subestación en el lado de alta tensión es de 69 Kv y alimenta la barra primaria, la
barra primaria está conectada al transformador por medio del fusible de potencia S1 y el
disyuntor 52-1 del tipo Oil Circuit Breaker, en la salida del transformador tenemos un
interruptor de vacío 52-2, Vacuum Circuit Breaker y luego directamente conectado a la barra
de 13.8 Kv.
Para las salidas de las alimentadoras, luego de la barra de 13.8 Kv. tenemos 4 interruptores de
vacío 52-3, 52-4, 52-5, 52-6, VCB. También tenemos un OCB 52-7 marca Mitsubishi y un S2
para la salida de una línea a nivel de 69Kv. hacia la S/E Cerecita.
Simbología Eléctrica Utilizada
TIPOS DE SUB ESTACIÓN ELÉCTRICA
Las subestaciones de distribución se pueden clasificar según su ubicación en:
• Subestación aérea
• Subestación de piso
• Subestación subterránea
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SUBESTACIÓN AÉREA.
La subestación aérea o tipo poste es empleada en zonas rurales, y urbanas, para prestar el
servicio a usuarios industriales o residenciales de estratos 1,2 y 3. La subestación aérea esta
conformada por un transformador de distribución, acompañado de su respectiva protección
contra sobretensión (Descargadores de sobretensión DST) y protección contra sobrecorriente
(cortacircuitos), como también de algunos accesorios indispensables para su montaje como
apoyos, aisladores y herrajes.
Los transformadores utilizados en este tipo de subestación pueden ser monofásicos o trifásicos
y los fabricantes ofrecen transformadores de distribución con potencias nominales
normalizadas que no exceden los 150 kVA, cuando la potencia nominal excede los 112.5KVA o
el peso del transformador sobrepasa los 650kg, se requiere utilizar para su instalación una
estructura tipo H. La estructura tipo H se compone de dos apoyos (postes).
La alimentación de los transformadores que conforman una subestación aérea puede hacerse
por red aérea o subterránea.
SUBESTACIÓN DE PISO
La subestación de piso se utiliza en zonas urbanas, para prestar el servicio a usuarios
industriales, comerciales, alumbrado público y residencial.
Las subestaciones de piso presentan variantes que determinan su clasificación en: subestación
tipo patio, subestación tipo pedestal o pad mounted y subestación capsulada.
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SUBESTACIÓN DE PISO - SUBESTACIONES TIPO PATIO
Las subestaciones tipo patio son empleadas a la intemperie en algunas industrias,
habitualmente son alimentadas por redes subterráneas a 34,5 kV y en el lado de baja tensión
se pueden manejar niveles de tensión según la necesidad del usuario.
Son las S.E. diseñadas para operar expuestas a las condiciones atmosféricas (lluvia, nieve,
viento, contaminación ambiental, etc.) y ocupan grandes extensiones de terreno.
Estas instalaciones manejan alta tensión y extra alta tensión.
Los transformadores con potencia nominal entre 1000 kVA y 2500 kVA, deben tener tanque de
expansión o cámara con colchón de aire que permita la apropiada refrigeración del
transformador.
La subestación debe estar provista de una puesta a tierra a la cual se conectaran las partes
metálicas no conductoras del equipo empleado en la subestación, así como las crucetas
metálicas, los cables de guarda, la carcaza del transformador, los DST y el neutro del
transformador.
SUBESTACIÓN DE PISO - SUBESTACIÓN PEDESTAL O PAD MOUNTED (TIPO JARDÍN)
La subestación pedestal o pad mounted (tipo jardín) puede ser utilizada a la intemperie o al
interior de edificios, ofrecen seguridad para ser instalada en lugares en que existe paso de
personas como en parques o avenidas.
La subestación de pedestal está conformada por dos gabinetes, uno en el que se encuentra
alojado el transformador el cual lleva sus protecciones internas y otro para la caja de
maniobras, estos gabinetes cuentan con cerradura que impiden el ingreso de personal no
autorizado.
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La subestación de pedestal debe contar con una puesta tierra a la que se conectan las partes
metálicas de la subestación, al neutro del transformador y la tierra de los descargadores de
sobretensión.
La subestación de pedestal posee seccionadores de maniobras que pueden ubicarse en la
celda de maniobra o a la intemperie.
Los seccionadores deben poseer aislamiento en aceite o en SF6 y la cámara de interrupción del
arco debe ser en aceite, vacío ó SF6; son seccionadores tripolares de operación manual bajo
carga.
El área de la subestación se encuentra encerrada por una malla instalada como mínimo a un
metro del perímetro de los equipos y de 2.5 metros de altura, con avisos de peligro y alta
tensión, también su puede instalar en un local en el que la puerta dé al exterior del inmueble.
SUBESTACIÓN DE PISO - S.E. ENCAPSULADAS
En estas S.E. el equipo se encuentra totalmente protegido del medio ambiente el espacio que
ocupan es la tercera parte de una S.E. convencional, todas las partes vivas y equipos que
soportan la tensión están contenidos dentro de envolventes metálicos que forman módulos
fácilmente conectados entre si, estos módulos se encuentran dentro de una atmósfera de gas
seco y a presión que en la mayoría de los casos es hexafloruro de azufre (SF6) que tiene la
característica de reducir las distancias de aislamiento, comparativamente con las del aire.
Las subestaciones o centros de transformación capsuladas, son aquellas en las que existe un
recinto cerrado en el cual se encuentran alojadas varias celdas, una de ellas destinada para el
transformador de distribución, una celda para el equipo de protección y maniobra, es decir el
seccionador tripolar de trabajo bajo carga con nivel de aislamiento de 15 kV; otra celda alberga
el grupo de medida compuesto por los transformadores de potencial y de corriente.
En las subestaciones capsuladas se utilizan transformadores en aceite o transformadores tipo
seco, se protegen con fusibles limitadores de corriente, el cual se selecciona dependiendo de
la potencia nominal del transformador.
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Los transformadores en aceite se alojan en un local reforzado (bóveda) independiente al local
de las celdas de entrada, salida, protección y en algunos casos la celda de medida. El
transformador tipo seco se instala en el mismo local de las celdas.
S.E. construida en el interior de edificios, no son aptas para operar bajo condiciones
atmosféricas, actualmente son utilizadas por la industria incluyendo la variante de las tipo
blindado
S. E. tipo blindadas
En estas S.E. el equipo está totalmente protegido del medio
ambiente, el espacio que ocupan es muy reducido, por lo
general son ocupadas en hospitales, interior de fabricas,
auditorios, centros comerciales, lugares densamente
poblados, lugares con alto índice de contaminación, en
lugares donde no se cuenta con una extensión grande de
terreno para poder instalar una de tipo convencional
(intemperie).
SUBESTACIÓN SUBTERRÁNEA
La subestación subterránea se instala bajo el nivel del piso en andenes, zonas verdes, o en un
predio particular, están conformadas por dos bóvedas una para el transformador y otra para el
seccionador de maniobras, estas se encuentran unidas por un banco de ductos.
El seccionador debe ser de tipo inundable de operación bajo carga de 200 A, debe contar con
codos pre-moldeados sin partes vivas expuestas, para la conexión de los terminales de media
tensión.
El transformador puede ser sumergible u ocasionalmente sumergible de capacidad hasta 200
kVA, con la propiedad de permanecer hasta tres horas en agua, si el transformador no cuenta
con el conjunto de protección y seccionamiento interno, se deben instalar seccionadores
independientes en aceite o en SF6 sumergibles; los bornes de conexión de baja tensión deben
ser aislados y los de alta deben ser codos pre-moldeados resistentes a la humedad; entre el
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tanque del transformador y el piso de la
bóveda debe existir una distancia superior
a 4 centímetros.
La bóveda del transformador debe
disponer de una cubierta removible en la
parte superior que permita el acceso a los
fusibles internos y los bujes de media y alta
tensión del transformador sin tener que
ingresar a la bóveda.
CARACTERISTICAS DE CADA UNO DE LOS COMPONENTES DE SUS COMPONENTES
Barra o embarrado
Elemento conductor que recoge todas las intensidades que llegan a la subestación por las
líneas
Intemperie ⇒ Cable de cobre (flexible),
tubo de cobre o aluminio (rígido)
Interior ⇒ Tubo de cobre, pletina de cobre
(8 × 80 mm, 10 × 80 mm, 2 de 10 × 80 mm)
Transformador de potencia
Transformación de tensión a distintos niveles:
Núcleo trifásico
Banco de transformadores monofásicos (transporte más fácil, mayor fiabilidad)
Autotransformador (más económico, más
pequeño, relación de transformación
próxima a 1 ⇒ 220/132 kV)
Transformador con tomas
Control de tensión dentro de límites
legales
Control de flujos de P y Q en la red
Ajuste de tensión frente a Δ Carga
Aparamenta de maniobra y corte
Seccionador
Interruptor automático o disyuntor
Interruptor o interruptor en carga
Interruptor-seccionador
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Aparamenta de maniobra y corte - Seccionador
Une o separa de forma visible dos partes de un circuito ⇒ Seguridad en trabajos de
inspección, mantenimiento o sustitución
Usos:
o Seccionador de interruptor
o Seccionador de puesta a tierra (sólo en líneas)
o Seccionador de by-pass
Apertura y cierre sin carga normalmente
Apertura y cierre con cargas pequeñas ⇒ Sólo en media tensión (1 kV – 36 kV)
No pueden interrumpir corrientes de cortocircuito ⇒ Interruptor automático
Mecanismo de enclavamiento ⇒ Evita operaciones incorrectas
Aparamenta de maniobra y corte - Seccionador - Tipos
De cuchillas giratorias
De cuchillas deslizantes
De columnas giratorias
De pantógrafo
Aparamenta de maniobra y corte - Interruptor automático
Corte y establecimiento de corrientes en condiciones normales
y anormales
Permite el paso de corrientes anormales durante un tiempo
limitado
Permite el cambio de configuración de un sistema de energía
eléctrica (conexión o desconexión prestablecida, condiciones
anormales de servicio, averías repentinas)
Proceso de corte:
o Separación de contactos ⇒ Arco eléctrico
o Extinción del arco eléctrico
o Reforzamiento dieléctrico del espacio entre contactos ⇒ Tensión de
restablecimiento
Aparamenta de maniobra y corte - Interruptor automático - Tipos según el medio de
extinción del arco
Aceite
Aire comprimido
Soplado magnético
Hexafluoruro de azufre (usado
actualmente en media tensión y alta
tensión)
Vacío (usado actualmente en media
tensión)
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Aparamenta de maniobra y corte - Interruptor o interruptor en carga
Establece, conduce e interrumpe corrientes en condiciones normales
Establece y conduce corrientes en condiciones anormales durante un tiempo limitado
No puede cortar corrientes de cortocircuito
Aparamenta de maniobra y corte - Interruptor-seccionador
Funciones idénticas a un interruptor en carga
o Corrientes normales ⇒ Establece, conduce e interrumpe
o Corrientes anormales ⇒ Establece y conduce durante tiempo limitado, pero no
las interrumpe
Aparamenta de transformación
Reducen las magnitudes de V e I para medición y para señales de entrada a los relés de
protección ⇒ Economía y seguridad
o Transformador de tensión
o Transformador de corriente
Transformador de tensión
En paralelo Mide V Línea
Transformador de corriente
En serie Mide I Línea
Relés de protección
Relés de protección: Captan señales y dan órdenes de apertura/cierre a interruptores
automáticos (en alta tensión ⇒ separados de los interruptores)
o Magnitudes eléctricas ⇒ Tensión, corriente, frecuencia, potencia, impedancia
o Magnitudes no eléctricas ⇒ Temperatura (relé térmico, relé Buchholz)
Baterías de condensadores
Compensación del factor de potencia
Pararrayos autoválvulas
Limita sobretensiones transitorias debidas a:
o Descargas atmosféricas
o Maniobras
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Celdas
Compartimento que puede contener:
o Seccionador de puesta a tierra
o Seccionador de aislamiento de la línea y puesta a tierra del interruptor
o Terminales de las líneas
o Interruptor automático
o Transformadores de tensión y corriente
o Seccionador de barras y puesta a tierra del interruptor
o Embarrado
o Equipo de accionamiento, operación y maniobra
o Equipos de protección, medida y telemando
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Obra civil
Estructuras metálicas
Calles y pórticos
Parque intemperie
Obra civil -Estructuras metálicas
Construidas en acero galvanizado
Amarre de líneas y conexiones tendidas
Soporte de equipo eléctrico y embarrado
Estructuras y herrajes auxiliares
Obra civil - Parque intemperie
Cimentaciones de hormigón
Canales de cables de control ⇒ De hormigón y cubiertos con tapas
Transformadores y reactancias ⇒ Bancadas de hormigón, camino de rodadura con
raíles, muros cortafuegos
Drenaje
Edificio de mando y control y caseta de relés
COMPONENTES ESTRUCTURALES PARA EL SOPORTE DE LOS EQUIPOS ELECTRICOS
Las cimentaciones son la parte estructural de la subestación encargada de transmitir
las cargas de la estructura al terreno. Dependen de las cargas soportadas y del tipo de
terreno donde se asientan.
Existen dos tipos básicos de cimentaciones: superficial y profunda.
Asimismo, hay algunas variaciones de cada tipo.
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Las cimentaciones superficiales constan de zapatas (llamadas zarpas en algunos
países), aisladas, corridas y ligadas.
Las cimentaciones profundas constan de cajones perforados y muchas variedades de
pilotes de concreto hincables o colados en su sitio.
Las zapatas pueden ser, a su vez:
Cuadradas: ancho y largo de la cimentación tienen la misma longitud. La
profundidad es variable. Es la zapata más utilizada en construcciones de
subestaciones intemperie.
Rectangulares: utilizadas en el caso de que no sea posible implementar una
zapata cuadrada o en diseños específicos que demuestren su eficacia en un
caso particular.
Piramidales: son zapatas cuadradas o rectangulares cuya parte superior se
estrecha, en forma de pirámide. Por su geometría evita que se acumulen
balsas de agua en su superficie.
Zapatas aisladas: es aquella sobre la que descansa o recae un solo pilar,
encargada de transmitir a través de su superficie de cimentación las cargas al
terreno.
Zapatas corridas: pueden ser bajo muros, pilares, etc. Son cimentaciones de
gran longitud en comparación con su sección transversal.
Zapatas ligadas: varias zapatas unidas entre sí.
Por tanto, puesto que la finalidad del proyecto es la estandarización de las
cimentaciones de una subestación, solamente se van a considerar aquellas que
precisen de una estructura para soportar su aparamenta y de sus respectivas
cimentaciones.
En lo referente a los tipos cimentaciones de las estructuras sobre las que se apoyan la
aparamenta de una subestación, suelen ser zapatas cuadradas o rectangulares aisladas, de
hormigón armado, cuyas características dependerán de la norma de construcción que se
aplique.
Para el transformador de potencia de la subestación, en el caso de una subestación
transformadora, la cimentación usada es la bancada, debido a las dimensiones y peso de dicho
aparato.
Las cargas que deberán soportar estas cimentaciones, serán solamente aquellas que aparezcan
en una subestación, debidas generalmente a las condiciones climatológicas del lugar y
características eléctricas de la subestación.
DESCRIPCION GENERAL DE UNA SUBESTACIO
¿Qué es un sistema de potencia eléctrica?
Es el conjunto de elementos electrónicos (plantas, líneas de transmisión, subestaciones, etc)
que se interconecta para desarrollar el proceso de generación, transmisión y distribución de la
energía eléctrica.
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¿Qué es una subestación eléctrica?
Es un conjunto de equipos cuta función principal es transformar o distribuir energía a voltajes
propio de utilización en cada sistema.
¿Qué es un diagrama unifilar?
Es la representación en un hilo del equipo e instalaciones comprendidas dentro de un sistema
o una subestación.
¿Qué es un diagrama trifilar?
Es la representación en tres hilos del equipo e instalaciones comprendidas dentro de un
sistema o una subestación.
¿Qué es la nomenclatura del equipo?
Es la representación numeración de cada equipo con el fin de facilitar su identificación y ésta
es de acuerdo a su función.
Descripción para los equipos de protección de la Subestación Playas.
Transformador Alimentadoras
No. de
Aparato Nombre
No. de
Aparato Nombre
50/51
Relé de sobrecorriente con
unidad de tiempo y unidad
instantánea para protección de
fases
50/51
Relé de sobrecorriente con
unidad de tiempo y unidad
instantánea para protección de
fases
50/51N
Relé de sobrecorriente con
unidad de tiempo y unidad
instantánea para protección de
tierra
50/51N
Relé de sobrecorriente con
unidad de tiempo y unidad
instantánea para protección de
tierra
87 Relé de protección diferencial 79 Relé de recierre AC
49 Detector de temperatura
63 Switch de presión
81 Relé de baja frecuencia
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