subestaciones electricas (teoria)

4.3 Subestaciones elctricas

4.3.1 Introduccin Definicin Tipos de subestaciones

4.3.2 Estructura caracterstica de una subestacin

Partes principales 4.3.3 Aislamiento elctrico 4.3.4 Aparamenta de maniobra y corte

Seccionador Interruptor automtico

4.3.5 Aparamenta de proteccin y medida Transformadores de intensidad Transformadores de tensin Equipos de medida Equipos de proteccin

4.3.6 Esquemas elctricos de subestaciones

Barra partida Interruptor y medio Doble barra

Conjunto situado en un mismo lugar, de la aparamenta elctrica y de los edificios necesarios para realizar alguna de las funciones siguientes:

transformacin de la tensin,

de la frecuencia, del nmero de fases, rectificacin, compensacin del factor de potencia y conexin de dos o ms circuitos.

4.3.1 IntroduccinDefinicin

(Reglamento sobre Condiciones Tcnicas y Garantas de Seguridad en Centrales Elctricas, Subestaciones y Centros de Transformacin)

4.3.1 IntroduccinTipos de subestaciones

Segn la funcin

1. De maniobra: destinada a la interconexin de dos o ms circuitos

Todas las lneas que concurren en la subestacin a igual tensin Permite la formacin de nudos en una red mallada Aumenta la fiabilidad del sistema


2. De transformacin pura: destinada a la transformacin de tensin

desde un nivel superior a otro inferior

Necesario presencia de uno o varios transformadores Niveles de transformacin

Transporte Subtransporte

Subtransporte Reparto Reparto Distribucin


3. De transformacin/maniobra: destinada a la transformacin de

tensin desde un nivel superior a otro inferior, as como a la conexin

entre circuitos del mismo nivel

Uso frecuente


4. De transformacin/cambio del nmero de fases: destinada a la

alimentacin de redes con distinto nmero de fases

Trifsica hexafsica

Trifsica monofsica (subestacin de traccin)


5. De rectificacin: destinada a alimentar una red en corriente continua

(subestacin de traccin)


6. De central: destinada a la transformacin de tensin desde un nivel

inferior a otro superior (centrales elctricas)

C.T. San Juan de Dios (Mallorca)


Segn emplazamiento

1. De intemperie

Cuarto de control, protecciones y comunicaciones


2. De interior Elementos protegidos frente a agentes atmosfricos Distancias menores Ms caras


De interior Transformadores: suelen estar a la intemperie


3. Blindadas Aisladas en gas SF6 Mnimo espacio requerido

Empleada en ciudades, zonas de alta contaminacin

4.3.2 Estructura caracterstica de una subestacinAparamenta de maniobra y corte

Seccionadores: Su misin consiste en aislar tramos de circuito de forma visible para que se pueda trabajar sobre los mismos sin peligro.

Abren y cierran en vaco. Deben soportar la intensidad nominal de forma permanente y corrientes de

cortocircuito durante un tiempo determinado.

Interruptores: Su misin consiste en abrir y cerrar el circuito en carga. Deben soportar intensidades normales y de cortocircuitos, y ser capaces de

interrumpir estas ltimas. Disyuntores: Interruptores automticos accionados mediante rels.

Seccionador Interruptor

Poder de corte o ruptura: valor eficaz de la intensidad mxima que pueden interrumpir.Se expresa como potencia trifsica calculada en base a la tensin nominal.

(KVA)3 rnr IVP =

4.3.2 Estructura caracterstica de una subestacinPartes principales

Ejemplo de S/E 66/15 kV de intemperie. Alzado de una posicin de lnea, barras y transformador

Posicin/es lnea Posicin/es barras/celdas lado de alta Posicin/es primario transformador Posicin/es barras/celdas lado de baja Servicios auxiliares, bateras, instalaciones de mando y control


Ejemplo de S/E 66/15 kV. Esquema elctrico


Ejemplo de S/E 66/15 kV. Disposicin en planta


Posicin lnea Llegada de lnea (prtico de acometida) Aislamiento elctrico y puesta a tierra Medida Proteccin automtica En ocasiones: proteccin frente a rayos


Posicin barras Conexin/aislamiento entre posiciones de lneas

(seccionador-89) Conexin/aislamiento entre posiciones de

transformador (seccionador-89) Medida tensiones (transf. tensin)


Posicin primario transformador Proteccin automtica (interruptor automtico-

S2) Medida (transf. Intensidad-TI) Proteccin frente a rayo (pararrayos-PA)


Posicin transformador Proteccin automtica (interruptor automtico-S2) Medida (transf. Intensidad-TI) Proteccin frente a rayo (pararrayos-PA)


Posicin barras/celdas lado baja Media tensin: celdas prefabricadas Facilidad montaje Integracin equipos

4.3.3 Aislamiento elctrico

Necesario distancias mnimas Fase-fase Fase-masa Fase-tierra

Separacin f-f

Sep.f-m

Sep.f-t

4.3.3 Aislamiento elctrico

Nivel de Aislamiento: Capacidad para soportar sobretensiones de origen atmosfrico, de maniobra y a frecuencia industrial. Definido por los valores mximos que soporta en tres ensayos normalizados:

Onda de sobretensin a frecuencia industrial: 60 s.

Onda de sobretensin tipo rayo: 1.2/50 ms

Onda de sobretensin tipo maniobra: 250/2500 ms

4.3.4 Aparamenta de maniobra y corteSeccionador

Aparato mecnico de conexin que, por razones de seguridad, en posicin abierto, asegura una distancia de seccionamiento que satisface las condiciones especificadas

Permite aislar la subestacin de la red

Permite aislar interruptores, transformadores, barras

Ha de maniobrarse en vaco

Soporta corriente de cortocircuito

Seccionador de puesta a tierra: permite poner a tierra la lnea


Seccionador de cuchillas giratorias


Seccionador pantgrafo

4.3.4 Aparamenta de maniobra y corteInterruptor automtico

Interruptor: Aparato dotado de poder de corte, destinado a efectuar la apertura y el cierre de un circuito, que tiene dos posiciones en las que puede permanecer en ausencia de accin exterior y que corresponden una a la apertura y otra al cierre del circuito.

Interruptor automtico: Interruptor capaz de establecer, mantener e interrumpir la intensidad de la corriente de servicio, o de interrumpir automticamente o establecer, en condiciones predeterminadas, intensidades de corriente anormalmente elevadas, tales como las corrientes de cortocircuito.

Dificultad en el proceso de apertura del arco elctrico. Equipo costoso

Diferentes sistemas Atmsfera de hexafluoruro de azufre (SF6): el ms empleado actualmente Pequeo volumen de aceite Vaco Aire comprimido Soplado magntico (corriente continua)


Interruptor SF6 trifsico 66 kV

Polos

Armario de controly circuitos auxiliares


3 interruptores SF6 monofsicos 400 kV

4.3.5 Aparamenta de proteccin y medidaTransformadores de intensidad

Transforma la corriente por lneas, barras, transformador, etc., en 0-5 A baja tensin. Transformador de medida:

Se disea para conseguir un nivel de incertidumbre pequeo en la medida El secundario alimenta aparatos de medida

Transformador de proteccin: Se disea para conseguir un nivel de incertidumbre aceptable en la medida,

incluso para corrientes varias veces la nominal El secundario alimenta rels de proteccin

Posibilidades: Un TI para medida y otro para proteccin Un nico TI para medida y proteccin, con doble secundario

4.3.5 Aparamenta de proteccin y medidaTransformadores de intensidad

Transformadores de intensidad 66 kV Transformador de intensidad 400 kV

4.3.5 Aparamenta de proteccin y medidaTransformadores de tensin

Transforma la tensin fase-tierra en un valor de baja tensin (0-110/3 V) Un mismo transformador de tensin puede servir como medida y proteccin

Transformadores de tensin 66 kV

4.3.5 Aparamenta de proteccin y medidaEquipos de medida

Voltmetros Ampermetros Vatmetros/vatihormetros Contadores Totalizador/tarificador

Puntos de medida en S/E 66/15 kV

4.3.5 Aparamenta de proteccin y medidaEquipos de proteccin

Armarios de rels de proteccin digitales

Rel de sobreintensidad (50/51) Rel de distancia (21) Rel diferencial de transformador Rel de sincronismo (25)

Rels de proteccin en S/E 66/15 kV

Costes de instalacin

Nmero de interruptores por entrada/salida (circuito)

Nmero de seccionadores por circuito

Aparamenta de medida, control y proteccin necesaria

Operacin y maniobra

Posibilidades de interconexin entre circuitos

Fiabilidad. Anlisis de la continuidad de servicio ante:

Fallos en circuitos

Fallos en barras

Mantenimiento de interruptores

Fallo en apertura de interruptores

4.3.6 Esquemas elctricos de subestacionesCriterios de diseo

Interruptor Sencillo - Barra simple

Interruptor Sencillo - Barra simple partida

Interruptor Sencillo - Barra transferencia

Interruptor y medio

Doble interruptor

4.3.6 Esquemas elctricos de subestacionesConfiguraciones tipo

Coste Fiabilidad

Aumenta Aumenta

1 Interruptor por circuito

2 Seccionadores por circuito

Fallo en barra: se pierden todos los circuitos al despejar los interruptores la falta

Fallo de interruptor al abrir: se pierden todos los circuitos al abrir el resto de interruptores

Mantenimiento interruptor: el circuito afectado queda indisponible

Operacin con un nudo elctrico nicamente

4.3.6 Esquemas elctricos de subestacionesInterruptor sencillo Barra simple

# 1 # 2 # 3 # 4


2 Seccionadores por circuito + 1 Seccionador de barra

Fallo en barra: tras una interrupcin, slo se pierde media barra

Fallo de interruptor: tras una interrupcin, slo se pierde media barra

Mantenimiento interruptor: el circuito afectado queda indisponible

Posible operacin con 2 nudos elctricos

4.3.6 Esquemas elctricos de subestacionesInterruptor sencillo Barra partida

# 1 # 2 # 3 # 4


+ 1 de transferencia


+ 2 de transferencia

Fallo en barra: Tras un corte,

continuidad de servicio. Todos los

circuitos quedan protegidos por

interruptor de transferencia

Fallo Interruptor: Tras un corte,

continuidad de servicio

Mantenimiento interruptor:

Continuidad de servicio

Operacin con un nudo elctrico

4.3.6 Esquemas elctricos de subestacionesInterruptor simple barra de transferencia

# 1 # 2 # 3 # 4

El interruptor de transferencia puede sustituir a cualquier otro interruptor

1+ Interruptores por circuito


Fallo en barra: Continuidad de servicio

Fallo de interruptor en barra:


Fallo de interruptor central: Se pierde

un circuito

Mantenimiento de interruptor:


Posible operacin con 2 nudos

elctricos

4.3.6 Esquemas elctricos de subestacionesInterruptor y medio

# 1

# 2

# 3

# 4

2 Interruptores por circuito


Fallo en barra: continuidad de

servicio

Fallo de interruptor:


Mantenimiento de interruptor:


Flexibilidad interconexiones

4.3.6 Esquemas elctricos de subestacionesInterruptor doble barra doble

# 1 # 2 # 3 # 4

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