subestaciones electricas

CURSO CURSO NORMAS Y PROCEDIMIENTOS NORMAS Y PROCEDIMIENTOS

PARAPARA MANTENIMIENTO MANTENIMIENTO ELECTRICO DE SUBESTACIONESELECTRICO DE SUBESTACIONES

Módulo 1 CONCEPTOS BÁSICOS DE

SUBESTACIONES

1.1 INTRODUCCIÓN A LAS 1.1 INTRODUCCIÓN A LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICASSUBESTACIONES ELÉCTRICAS

El PeriodicoTema Relacionado: Servicios PúblicosFecha: 10/11/2009

Negativa a estación de energíaREDACCIÓ[email protected]

En febrero del año pasado, los habitantes de varios conjuntos residenciales deEngativá se enteraron de que la empresa de energía Codensa planeaba instalar unasubestación eléctrica en medio de la zona residencial de la localidad.

Desde entonces han encaminado todos sus esfuerzos para impedirlo, pero poco hanlogrado hacer y por el contrario, la empresa sigue adelante con el proyecto, que, comovan las cosas, terminaría afectando a más de ocho mil habitantes del sector de Álamosy La Florida, en el noroccidente de la ciudad.

“No es posible que nos quieran meter una de esas cosas en medio de las viviendas detantas personas sabiendo que es muy perjudicial, sobre todo para la salud de losniños”, reprochó Pedro Moreno, uno de los habitantes del sector que participó de unamarcha el pasado fin de semana para protestar por la instalación, luego de que seconociera que una subestación similar a la que se pretende construir en esa zona,provocó una explosión el pasado 4 de noviembre en el sector de La Calera.

mailto:[email protected]

Los habitantes del lugar alegan que la instalación de dicha subestación, queestaría ubicada un lote de cuatro mil metros cuadrados en la esquina de la calle65 B con carrera 91, traería serias repercusiones no solo en la salud, sino ademása nivel ambiental y de devaluación de predios.

También se corre riesgo por la posibilidad de atentados terroristas que afectaríanla seguridad de la zona.

De hecho, tal y como lo indicó el edil de esa localidad Jairo Jaramillo “segúnestudios científicos internacionales: la exposición a las ondas electromagnéticasque emiten estas subestaciones eléctricas y las líneas de alta tensión producenefectos nocivos para la salud como: fatiga, cefalea, insomnio, ansiedad,depresión, dificultad para respirar, malformaciones congénitas, abortoespontáneo, leucemia infantil, cáncer, infarto y hasta la muerte súbita”.

Pese a esto y a que Codensa no ha cumplido con todos los requerimientos parainiciar el trámite de la construcción, como un estudio de impacto social yambiental que exige el Distrito y que debe ser adecuadamente socializado con lacomunidad del sector, el trámite no se ha visto interrumpido y de hecho,Planeación Distrital ya dio concepto de viabilidad de la obra.

Aún así, gracias a la insistencia de los administradores de los conjuntosdirectamente afectados (Torre Molinos etapas 1, 2, 3, 4 y 6 y Pinares de Álamosetapas 1 y 2) Codensa aceptó crear mesas de trabajo con la comunidad y con lasautoridades ambientales para tratar los temas de controversia frente a la obra.

Sin embargo, uno de los compromisos para mantener las mesas de trabajo, queiniciaron en marzo de este año, era que el trámite para la iniciar la construcciónfuera suspendido, pero luego de cuatro meses de negociación, la comunidad seenteró de que Codensa no lo había hecho y decidió levantarse de la mesa parainiciar acciones legales en contra del proceso.

No hará daño

En esas mismas mesas de trabajo, representantes de Codensa, comunicaron a lacomunidad que desde 1995 estaba aprobado, en un plan de desarrolloenergético que en ese lugar se levantaría la subestación eléctrica, que tienecomo objetivo atender el desarrollo del nuevo Aeropuerto Internacional ElDorado y el crecimiento de demanda de energía eléctrica de las localidades deFontibón y Engativá.

Explicaron que el proyecto de construcción de la subestación eléctrica ya cuentacon el permiso ambiental ya que será una obra con tecnología de punta, querespetará el medio ambiente y con un moderno desarrollo urbanístico.

Sin embargo, no se tiene certeza científica de que las ondas electromagnéticasque emiten estas subestaciones no dañan al ser humano y tal como lo recalcó eledil Jaramillo, la ley ambiental de 1999 dice que ante la duda es mejor nocontinuar con esa clase de obras, teniendo en cuenta además, que laconstrucción, que se planea esté lista a inicios de 2011, quedaría a tan solo seismetros de distancia de la vivienda más cercana.

Por eso, en estos momentos la comunidad alista una acción popular parainstaurarla ante las autoridades e impedir que la obra se lleve a cabo y está a laespera de un pronunciamiento de la Administración Distrital que en días pasadosse comprometió con la comunidad a revisar el proceso.

• Una subestación es la implementación de un nodo deun sistema eléctrico.

• Es el conjunto de equipos utilizados para redistribuir elflujo de potencia (energía) en el sistema y que a su vezgarantiza la seguridad del sistema eléctrico por mediode dispositivos automáticos de control y protección.

DEFINICIÓN

SUBESTACIONES

Instalación con tres objetivos:

• Transformación de tensiones (generación, transporte, subtransmisión, distribución)

• Redistribución de energía eléctrica (confluencia de líneas)

• Alojar infraestructura eléctrica de potencia

SISTEMA INTERCONECTADO NACIONAL

Localización de las subestaciones

• Depende de su función

– Cercana a centros de consumo:

• Primarias ⇒ Tensión de salida: 66, 110, 132 kV

• Secundarias ⇒ Tensión de salida: 6.6, 13.2, 20, 33, 34.5, 44 kV

– Cercana a centros de generación

– Dependiendo del nivel de tensión ⇒ Disponibilidad del terreno(urbano, rural)

Clasificación según su función

• Interconexión: – Confluencia de varias líneas sin transformación

– Seguridad del suministro y reducción de costos de generación

– Utilización frecuente

• Transformación pura: – Típicamente 2 líneas de entrada y 1 transformación a un nivel inferior

de tensión

– Suministro de energía a niveles de subtransmisión y distribución

– Suministro a grandes consumidores conectados directamente a la red de transporte

– Utilización reducida

Clasificación según su función

• Interconexión con transformación a uno o varios niveles inferiores de tensión

– Utilización frecuente

• De central

– Inyección en la red de la energía generada por las centrales

Clasificación según su localización

• Intemperie

• Interior

• Blindadas

• Rurales

Subestaciones de intemperie

• Soportan condiciones atmosféricas adversas, aunque no todo está en el exterior: – V > VDISTRIBUCIÓN (20 kV) ⇒ Intemperie

– VDISTRIBUCIÓN ⇒ Edificio • ↓↓ V ⇒ Distancias menores • ↑↑ protección y facilidad de reparación

• Edificio de mando y control: cuadro de mando y protecciones

Subestaciones de interior

– Mayor parte de la instalación dentro de edificio

– Transformadores a la intemperie

– Uso poco extendido (poco espacio, tensiones bajas, interior de industrias o comercios)

• Ventajas: – ↑↑ protección (contaminación, humedad, ambiente salino)

– Distancias menores

• Inconvenientes: – ↑↑ caras (compromiso con el precio del suelo en zona urbana)

– Problemas con incendios (saltan las protecciones por ionización del aire)

Subestaciones blindadas

• Nuevo dieléctrico: Hexafluoruro de azufre (SF6) ⇒ Gas de alta capacidad dieléctrica, muy estable, no inflamable

• Permite distancias mucho menores ⇒ Uso en poblaciones o áreas de alta contaminación

• Limitación de tamaño ⇒ Transformadores (proporcional a potencia)

• Mantenimiento reducido (menos problemas que con el aceite de los transformadores)

Comparación de tamaño

• Nivel de 220 kV:

– Intemperie: Separación de 4 m

– Interior: Separación de 2 m

– Blindada: Separación de 15 cm

Subestaciones rurales

• Instalaciones pequeñas (300 m2 vs. 110 m2)

• Más simples

• Menor calidad de servicio

• No permiten demasiadas maniobras

• Suelen ser de tensión de subgtransmisión/distribución (66/20 kV)

Elementos de una subestación (I)

• Líneas

• Barras o barrajes

• Transformador(es) de potencia

• Equipos de maniobra y corte

• Equipos de transformación (de voltaje, de corriente)

• Equipos de protección (parrarayos)

• Relés de protección (de línea, de transformador, de batería, de condensadores)

Elementos de una subestación (II)

• Elementos de medida

• Celdas

• Servicios auxiliares

• Instalaciones de mando y control

• Baterías (alimentación de protecciones)

• Obra civil

Elementos de una subestación Esquema

CAMPO (BAHÍA O MÓDULO) DE CONEXIÓNCAMPO (BAHÍA O MÓDULO) DE CONEXIÓN

Es el conjunto de equipos necesarios para conectar un circuito(generación, transformación, interconexión o distribución,equipo de compensación, etc.) al sistema de barrajes colectoresde un patio de conexiones.

Barra o barraje

Elemento conductor que recoge todas las corrientes que llegan a la subestación por

las líneas de transmisión o subtransmisión.

Elemento físico de un patio de conexiones que representa el nodo del sistema, es

decir, el punto de conexión en donde se unen eléctricamente todos los circuitos que

hacen parte de un determinado patio de conexiones.

EQUIPOS QUE CONFORMAN UNA SUBESTACIÓNEQUIPOS QUE CONFORMAN UNA SUBESTACIÓN

Esquema unifilar:


Barrajes colectores

Barra o barraje


Transformador de potencia:

Su función es la de convertir la tensión de suministro (primaria) en niveles mas altos o mas bajos (tensión secundaria), para su transmisión o para su uso final.


Interruptor:

Dispositivo de maniobra capaz de interrumpir,establecer y conducir corrientes eléctricas.Cumple las funciones de:

– Control: Aislar (interrumpircorrientes nominales)

– Protección: Aislar (interrumpircorrientes de corto circuito)


Seccionador:

Dispositivo de maniobra usado paraaislar interruptores, porciones desubestación o circuitos. Según laconfiguración de la subestación seutilizan para conectar otros equiposa los barrajes. Funciones:

–

• Para mantenimiento: Generalmente operan sin carga

–

• Seguridad: Indica visualmente que el elemento está aislado

Transformadores de instrumentación

• Interfaz entre la alta tensión y los equipos de protección y medida.

• Reducen las magnitudes de V e I para medición y para señales de entrada a los relés de protección ⇒ Economía y seguridad

– Transformadores de corriente (intensidad)– Transformadores de tensión (potencial)


Transformadores de corriente

• Se instalan en serie en el circuito el que se pretende medir la corriente.

• Mide la corriente de la línea (ILÍNEA )


Transformadores de tensión(potencial)

• Se instalan en paralelo

• Mide el voltaje o la tensión línea –línea, o línea – neutro (VLÍNEA)


Pararrayos (Descargadores desobretensiones)

Dispositivo para la protección delsistema de potencia y suscomponentes contrasobretensiones atmosféricas o demaniobra.


Sistema de medida, protección y control

Relés de protección: Captan señales y dan órdenes de apertura/cierre ainterruptores automáticos (en alta tensión ⇒ separados de losinterruptores)

– Magnitudes eléctricas ⇒ Tensión, corriente, frecuencia, potencia,impedancia

– Magnitudes no eléctricas ⇒ Temperatura (relé térmico, reléBuchholz)


Celdas o gabinetes eléctricos

Compartimento que puede contener:

– Seccionador de puesta a tierra

– Seccionador de aislamiento de la línea y puesta a tierra del interruptor

– Terminales de las líneas

– Interruptor automático

– Transformadores de tensión y corriente

– Seccionador de barras y puesta a tierra del interruptor

– Barrajes

– Equipo de accionamiento, operación y maniobra

– Equipos de protección, medida y telemando


Celdas o gabinetes eléctricos

• Celda de línea (66 kV)


Obra civil

• Estructuras metálicas– Construidas en acero galvanizado

– Amarre de líneas y conexiones tendidas

– Soporte de equipo eléctrico y embarrado

– Estructuras y herrajes auxiliares

• Calles y pórticos


Obra civil

• Calles y pórticos


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 rieles, muros cortafuegos

– Drenaje

– Edificio de mando y control y caseta de relés


Esquema unifilar

Simbología


Esquema unifilar


Patio de Conexiones

500 kV

230 kV

Patio de transformadores

ConjuntoConjunto dede equiposequipos yy barrasbarras dede unaunasubestaciónsubestación queque tienentienen elel mismomismo nivelniveldede tensióntensión yy queque estánestán eléctricamenteeléctricamenteasociadosasociados

Área de la subestación en donde se ubican los transformadores (óautotransformadores) de potencia.

Generalmente entre patios de conexión de diferentes niveles de tensión.

Patio de transformadores Patio de transformadores

El lote de la subestación esaquel conformado por lospatios de conexión ytransformación, vías decirculación, edificaciones, etc.

ElEl lotelote sese debedebe “urbanizar”“urbanizar” enen formaforma óptimaóptima parapara obtenerobtener elel mejormejoraprovechamientoaprovechamiento dede laslas áreasáreas constitutivasconstitutivas sinsin queque existanexistaninterferenciasinterferencias entreentre loslos patios,patios, accesosaccesos dede líneas,líneas, víasvías dede circulación,circulación,lala etapaetapa dede montaje,montaje, lala operación,operación, elel mantenimientomantenimiento yy laslas futurasfuturasampliacionesampliaciones..

Lote Lote de la Subestaciónde la Subestación

Campo (bahía o módulo) de conexión

Conjunto de equipos necesarios para conectar un circuito (generación,transformación, interconexión o distribución, equipo de compensación) alos barrajes colectores de una subestación.

Barra o barraje colector

Elemento físico de un patio de conexiones que representa el nodo delsistema, es decir, el punto de conexión en donde se unen eléctricamentetodos los circuitos que hacen parte de un patio de conexiones.

OTRAS DEFINICIONESOTRAS DEFINICIONES

Disposición física (Arreglo)

Es el ordenamiento físico de los diferentes equipos constitutivos de un patio(según la configuración).

Configuración

Arreglo de los equipos electromecánicos del patio de conexiones el cualpermite obtener diferentes grados de seguridad, flexibilidad y confiabilidad.

Arreglo de los equipos electromecánicos de un mismo nivel de tensión de una

subestación, efectuado de tal forma que su operación permita dar a la

subestación diferentes grados de confiabilidad, seguridad y flexibilidad en el

manejo, transformación y distribución de la energía.


Flexibilidad

Capacidad que tiene una subestación para acomodarse a las diferentescondiciones que se presenten (por cambios operativos del sistema,contingencias y/o mantenimiento de la misma).

Confiabilidad

Probabilidad de que una subestación pueda suministrar energía durante unperíodo de tiempo, bajo la condición de que al menos un componente de lasubestación no este operativo.

Seguridad

Es la propiedad de una instalación para dar continuidad de servicio sininterrupción alguna durante fallas en los equipos de potencia,especialmente interruptores y barras


•IEC 60038 Tensiones asignadas •IEC 60044 Transformadores de medida•IEC 60071 Coordinación de aislamiento•IEC 60076 Transformadores de potencia•IEC 60099 Pararrayos•IEC 60114 Barrajes de aluminio•IEC 60120 Aisladores de suspensión (también IEC 60305, 60372, 60383, 60672)•IEC 60137 Bujes de alta tensión•IEC 60143 Condensadores en serie•IEC 60168 Aisladores de poste (también IEC 60273)•IEC 60186 Transformadores de tensión•IEC 60227 Cables de control (igualmente la IEC 60228)•IEC 60255 Relés de protección•IEC 60289 Reactores•IEC 60296 Aceite mineral•IEC 60297 Dimensiones de tableros y bastidores (19")•IEC 60353 Trampas de ondas•IEC 60358 Transformadores de tensión de acople capacitivo•IEC 60376 Especificación y aceptación del hexafluoruro de azufre•IEC 60481 Equipos de comunicaciones PLP•IEC 60502 Cables de potencia XLPE (también IEC 60840)•IEC 60517 Equipo encapsulado para tensiones superiores a 72,5 kV •IEC 60694 Cláusulas comunes para el equipo de alta tensión•IEC 60815 Selección de aisladores con respecto a condiciones contaminadas•IEC 60865 Cálculo de corrientes de cortocircuito•IEC 60870 Equipos y sistemas de telecontrol•IEC 60871 Condensadores en derivación•IEC 60896 Baterías de Plomo-ácido•IEC 60947 Equipo de maniobra de baja tensión•IEC 61000 Compatibilidad electromagnética•IEC 61089 Conductores•IEC 61109 Aisladores compuestos•IEC 62271-100Interruptores•IEC 62271-102Seccionadores (también IEC 61128, 61129)

NORMASNORMAS

DISEÑO DE DETALLEDISEÑO DE DETALLE

ETAPAS DEL DISEÑOETAPAS DEL DISEÑO

PREDISEÑOPREDISEÑO

1. Diagrama unifilar general

2. Definición del tipo de subestación: generación, transformación omaniobra, y sus requerimientos: flexibilidad, confiabilidad y seguridad.

3. Definición de la configuración

4. Disposición física preliminar

5. Estudio de coordinación de aislamiento

6. Urbanización del lote

Orientación de la subestación con los accesos de las líneas

Disposición física

Ubicación de accesos, vías externas y vías internas

Ubicación de edificaciones

DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓNDISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN

1. Datos de entrada

a. Características del sitio

• Altura sobre el nivel del mar (m)• Temperatura ambiente (oC)• Humedad relativa (%)• Velocidad del viento (m/s)• Grado de contaminación ambiental (baja, media, alta, pesada).• Nivel ceráunico• Espectro de respuesta sísmica• Topografía

• Plano del lote con vías de acceso

• Estudios de suelos

• Resistividad del terreno

• Normas aplicables


b. Resultados de estudios eléctricos del sistema:

• Flujo de cargas: se seleccionan las corrientes nominales y de falla de los equipos

• Sobretensiones: se determinan las sobretensiones representativas y se realizacoordinación de aislamiento

• Datos de la línea de transmisión

• Compensación: determina los reactores o condensadores

• Recierre monofásico: determina los reactores de neutro


2. Diseño eléctrico (Definir norma)

a. Disposición física detallada

b. Selección equipos baja/media/alta ó extra alta tensión

c. Selección de conductores, barras y aisladores

d. Apantallamiento

e. Diseño de estructuras

f. Sistema de control y protecciones

g. Sistema de comunicaciones

h. Transformadores y reactores

i. Servicios auxiliares de Vcc y Vca

j. Instalaciones eléctricas de patio y edificaciones

k. Cableado

l. Red de tierra


3. Diseño obras civiles

a. Adecuación del lote: Cortes y llenos, terrazas, pendiente

b. Fundaciones

c. Cárcamos y ductos

d. Vías

e. Edificaciones: planos arquitectónicos, planos estructurales,fundaciones, cárcamos, disposición de gabinetes, suministro de agua yenergía.

f. Fosos de transformadores y/o reactores

g. Cerco perimetral

h. Acabado de patio

i. Drenajes y desagües

j. Obras complementarias


4. Presupuesto

a. Suministros: Bienes y repuestos

b. Costo del terreno

c. Construcción de las obras civiles

d. Montaje y puesta en servicio

e. Ingeniería y administración

f. Seguros

g. Financiación

EQUIPOS DE PATIOEQUIPOS DE PATIO

PARÁMETROS GENERALESPARÁMETROS GENERALES

En general para cada uno de los equipos se verán los siguientes aspectos:

• Funciones

• Tipos

• Criterios de selección

• Guías de especificación

• Pruebas


Selección de los equipos

− Resultado de estudios

• Flujo de cargas: corriente asignada

• Análisis de cortocircuito: Corriente de falla

• Sobretensiones y coordinación de aislamiento: Tensión asignada y

niveles de aislamiento


Selección de equipos

− Normas técnicas

IEC: International Electrotechnical Commission

ANSI: American National Standard Institute

− Experiencias internacionales y nacionales

− Normalización


Características comunes en los equipos de maniobra en alta tensión, definidasen la Publicación IEC 60694 “Common specification for high voltage switchyearand controlgear standards”

Condiciones de servicio

• Temperatura

• Humedad

• Vibraciones

• Altura sobre el nivel del mar

• Contaminación

• Velocidad del viento


Características eléctricas

− Tensión asignada, niveles de aislamiento, corriente asignada en servicio

continuo, corrientes de corta duración, duración del cortocircuito.

− Para los equipos auxiliares define la tensión y la frecuencia.

− Define presiones de operación y de aislamiento para los equipos que

sea aplicable.



−Tensión asignada (Ur)

» Límite superior de la tensión del sistema:

Rango I: tensión menor o igual a 245 kV

Rango II: tensión mayor de 245 kV



−Niveles de aislamiento

• Rango I: El nivel de aislamiento está definido por:

AC: Tensión soportada de corta duración a lafrecuencia industrial (Ud)

LIWL: Tensión soportada asignada al impulso tiporayo (Up)



−Niveles de aislamiento

• Gama II: El nivel de aislamiento está definido por:

SIWL: Tensión soportada asignada al impulso tipomaniobra (Us)

LIWL: Tensión soportada asignada al impulso tipo rayo(Up)

AC: Tensión soportada asignada de corta duración a lafrecuencia industrial (Ud)



−Frecuencia asignada (fr)

• Tendencia europea 50 Hz

• Tendencia americana 60 Hz

−Corriente asignada en servicio continuo (Ir)

• Valor eficaz de corriente que un equipo debe soportarcontinuamente:

• 1 - 1,25 - 1,6 - 2- 2,5 - 3,15 – 4 – 5 - 6,3 - 8 y susmúltiplos por 10n

−Corriente de corta duración admisible asignada (Ik)

• Valor eficaz de corriente que un equipo debe soportar untiempo especificado y es igual a la característica decortocircuito asignada



– Valor pico de la corriente admisible asignada (Ip)

• Valor pico de corriente en el primer ciclo de la corrientede corta duración admisible asignada

• 2,5 x Ik para 50 Hz• 2,6 x Ik para 60 Hz

–Duración asignada del cortocircuito (tk)

• Intervalo de tiempo que un equipo debe soportar lacorriente de corta duración admisible asignada, el valornormal es 1 s, pero para algunos sistemas puede serde 3 s


Tensión de los dispositivos auxiliares:

– Corriente continua:

• 24 V, 48 V, 60 V, 110 V ó 125 V

– Corriente alterna:

• 3 4 h: 120/208 V, 220/380 V, 240/415 V, 277/480 V

• 1 3 h: 120/240 V

• 1 2 h: 120 V, 220 V, 240 V, 277 V

• Los equipos deben operar con cualquier valor de tensión entre 90% y 110% del valor asignado


Presión de gas comprimido para aislamiento y/o para operación:

0,5 Mpa

1 Mpa

1,6 Mpa

2 Mpa

3 MPa


Pruebas

–Rutina

Se deben realizar en todos los equipos para verificar calidad yuniformidad en la fabricación:

• Pruebas dieléctricas en el circuito principal

• Pruebas dieléctricas en los dispositivos

• Medida de la resistencia del circuito principal

• Pruebas de estanqueidad

• Control visual


Pruebas–TipoSe realizan en un solo equipo de una serie.

Sirven para verificar su conformidad con las característicasespecificadas.

• Pruebas dieléctricas y pruebas de radio interferencia

• Medida de la resistencia y pruebas de calentamiento

• Pruebas de corriente

• Pruebas de grado de protección


1.1 INTRODUCCIÓN A LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS1.1 INTRODUCCIÓN A LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

subestaciones electricas

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