CURSO NORMAS Y PROCEDIMIENTOS PARA MANTENIMIENTO ELECTRICO DE SUBESTACIONES
Módulo 1 CONCEPTOS BÁSICOS DE SUBESTACIONES 1.2 CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONES
TIPOS DE SUBESTACIONES
TIPOS DE SUBESTACIONES Subestación de generación Asociadas a centrales generadoras. Subestación de transformación Con transformadores elevadores o reductores Subestación de maniobra Conectan varios circuitos (o líneas) para orientar o distribuir el flujo de potencia a diferentes áreas del sistema.
TIPOS DE SUBESTACIONES
TIPOS DE SUBESTACIONES Las subestaciones también pueden ser: – Convencionales o aisladas al aire - AIS
– Encapsuladas o aisladas en SF6 – GIS. Y a su vez éstas pueden ser de ejecución interior o exterior – También celdas para subestaciones de media y baja tensión
CONVENCIONALES O AISLADAS AL AIRE - AIS
ENCAPSULADAS O AISLADAS EN SF6 - GIS
EXTERIOR
TIPOS DE SUBESTACIÓN
INTERIOR CELDAS PARA SUBESTACIONES DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN
CONFIGURACIÓN 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. Cada punto (o nodo) en el sistema tiene diferentes requerimientos de confiabilidad, seguridad y flexibilidad y cada configuración brinda diferentes grados de estas características.
TIPOS DE CONFIGURACIÓN TENDENCIA EUROPEA Conexión de barras Son aquellas en las cuales cada circuito tiene un interruptor, con la posibilidad de conectarse a una o más barras por medio de seccionadores:
a. b. c. d. e. f.
Barra sencilla Barra principal y de transferencia Doble barra Doble barra más seccionador de “by pass” o paso directo Doble barra más seccionador de transferencia Doble barra más barra de transferencia
REPASO: DEFINICIONES Confiabilidad Es la probabilidad de que una subestación pueda suministrar energía durante un período de tiempo dado, bajo la condición de que al menos un componente de la subestación no pueda recuperarse durante la operación. Flexibilidad Es la propiedad de la instalación para acomodarse a las diferentes condiciones que se puedan presentar por cambios operativos en el sistema, y además por contingencias y/o mantenimiento del mismo. Seguridad Es la propiedad de una instalación para dar continuidad de servicio sin interrupción alguna durante fallas en los equipos de potencia, especialmente interruptores y barras.
BARRA SENCILLA
Pocos dispositivos y poco espacio ⇒ Configuración más sencilla y económica Falta o mantenimiento en barra ⇒ Pérdida total del suministro (confiabilidad baja) Interruptor en mantenimiento ⇒ Pérdida del suministro asociado No se puede alimentar independientemente una o varias líneas Ampliación ⇒ Pérdida total del suministro Uso en redes radiales de “poca importancia” (redes rurales)
BARRA SENCILLA CON BYBY-PASS
Seccionador de by-pass ⇒ Aísla al interruptor para su mantenimiento sin interrumpir el suministro Enclavamiento entre seccionador de by-pass e interruptor Falta en línea con seccionador de by-pass cerrado ⇒ Pérdida total del suministro Interruptor de reserva Resto de características ⇒ Barra sencilla
BARRA SENCILLA Opcional
No es confiable en barras ni en interruptores No es flexible No es segura El seccionamiento de barra brinda confiabilidad en barras. Esta configuración se usa sólo para subestaciones pequeñas o de menor importancia en el sistema
BARRA PARTIDA
También permite seccionador de by-pass ↑ Seguridad y flexibilidad de operación y mantenimiento: Reparto de líneas entre las secciones de la barra Falta o mantenimiento en barra ⇒ Pérdida del suministro sólo en la sección afectada Posibilidad de dos fuentes de alimentación Sistema de protección más complejo
BARRA PRINCIPAL Y DE TRANSFERENCIA de de
Falla en interruptor: El campo con el interruptor fallado se conecta a la barra de transferencia mediante el campo de transferencia (confiabilidad en interruptores)
Opcional BP
Barra principal
Transferencia
Condiciones normales operación: El campo transferencia abierto.
BT
Barra de transferencia
La barra de transferencia puede ser de menor capacidad que la principal, ya que sólo puede haber un campo en transferencia
BARRA PRINCIPAL Y DE TRANSFERENCIA
Esquema más caro (más dispositivos) y con mayores necesidades de espacio Funcionamiento normal ⇒ Circuitos conectados a barra principal Esquema más flexible y seguro: Interruptor de línea abierto (mantenimiento o falla) ⇒ Restablecimiento del suministro mediante conexión a barra de transferencia y cierre de interruptor de acoplamiento Inconvenientes de operación: Fallo en barra ⇒ Pérdida total del suministro Mantenimiento del interruptor de acoplamiento ⇒ Una barra fuera de servicio
DOBLE BARRA Condiciones normales de operación: Campo de acople cerrado y los campos conectados a Barra 1 o Barra 2 o repartidos entre ellas. Falla en Barra 1: se conectan todos los campos a la Barra 2 (confiabilidad en barras). No es confiable en interruptores No es segura La Barra 2 debe ser de igual capacidad que la Barra 1. Se pueden tener dos barras independientes, cerrando campo de acople mientras se pasa de una barra a la otra sin suspender el servicio, luego se abre nuevamente (flexibilidad). Cuando se opera bajo estas condiciones se pierde la confiabilidad en barras.
DOBLE BARRA
Mismo número de dispositivos que esquema de barra principal y barra de transferencia Las líneas se pueden conectar indistintamente a cualquier barra protegidas por su propio interruptor Fallo o mantenimiento en una barra: Disparo del interruptor de acoplamiento Conexión a la otra barra (apagón momentáneo) Interruptor de línea en mantenimiento ⇒ Pérdida del suministro asociado
DOBLE BARRA MÁS SECCIONADOR DE “BY“BY-PASS” O PASO DIRECTO Condiciones normales de operación: Campo de acople / transferencia cerrado y los campos conectados a Barra 1 o Barra 2 o repartidos entre ellas , seccionador by-pass abierto. Puede operar como: Barra principal y de transferencia: Confiabilidad en interruptores pero no en barras, sin flexibilidad, sin seguridad. Doble barra: confiabilidad en barras pero no en interruptores, tiene flexibilidad, no tiene seguridad. No es segura La Barra 2 debe ser de igual capacidad que la Barra 1. Sistema de control complicado (enclavamientos).
B1 B2
Acople
DOBLE BARRA MÁS SECCIONADOR DE “BY“BY-PASS” O PASO DIRECTO
El interruptor de acoplamiento protege la línea con interruptor en mantenimiento
DOBLE BARRA MÁS SECCIONADOR DE TRANSFERENCIA Condiciones normales de operación: Campo de acople cerrado y todos los campos conectados a Barra 1 o Barra 2 o repartidos entre ellas. Puede operar como: Barra principal y de transferencia: Confiabilidad en interruptores pero no en barras, sin flexibilidad, sin seguridad. Doble barra: confiabilidad en barras pero no en interruptores, tiene flexibilidad, no tiene seguridad.
No tiene seguridad. La Barra 2 debe ser de igual capacidad que la Barra 1.
B1
B2
Acople
DOBLE BARRA MÁS BARRA DE TRANSFERENCIA Condiciones normales de operación: Campo de acople cerrado y campo de transferencia abierto, todos los campos conectados a Barra 1 o Barra 2 o repartidos entre ellos.
B1 B2
Acople
Falla en un interruptor: Se transfiere el campo a la barra de transferencia mediante el campo de transferencia (confiabilidad en interruptores).
BT Transferencia
Falla en Barra 1: Se conectan todos los campos a la Barra 2.
Acople y transferencia (alternativa)
DOBLE BARRA MÁS BARRA DE TRANSFERENCIA
Fallo de barra ⇒ Barra simple con barra de transferencia tras operación del interruptor de acoplamiento
DOBLE BARRA MÁS BARRA DE TRANSFERENCIA La Barra 2 debe ser de igual capacidad que la Barra 1, mientras que la barra de transferencia no.
B1 B2
Acople
BT Transferencia
Acople y transferencia (alternativa)
Se pueden tener dos barras independientes, cerrando campo de acople mientras se pasa de una barra a la otra sin suspender el servicio, luego se abre nuevamente (flexibilidad). Cuando se opera bajo estas condiciones se pierde la confiabilidad en barras. Si en estas condiciones falla un interruptor, se transfiere a la barra de transferencia mediante el campo de transferencia (flexibilidad y confiabilidad en interruptores).
DOBLE BARRA CON DOS BARRAS DE TRANSFERENCIA
2 interruptores de acoplamiento Reparto de líneas en barras de transferencia
TRIPLE BARRA
2 interruptores de acoplamiento Reparto de líneas en barras de transferencia
BARRA DOBLE Y DOBLE INTERRUPTOR
El interruptor de acoplamiento se reemplaza por un interruptor por línea Mayor confiabilidad: Falla o mantenimiento en barra ⇒ Conexión de las líneas a la otra barra Mantenimiento de un interruptor de línea ⇒ Línea en servicio por la otra barra con el otro interruptor Costo elevado
TIPOS DE CONFIGURACIÓN TENDENCIA AMERICANA Conexión de interruptores Son aquellas en las cuales los circuitos se conectan a las barras o entre ellas, por medio de interruptores: a. Anillo b. Interruptor y medio c. Doble interruptor
ANILLO
Condiciones normales de operación: Todos los interruptores cerrados. Es confiable y segura en interruptores. No es flexible. La configuración en anillo siempre se debe diseñar en forma modular, tal que se pueda convertir en interruptor y medio.
ANILLO O POLÍGONO
Igual número de dispositivos por línea que el esquema de barra simple Trayectorias alternativas alrededor del anillo ⇒ ↑ seguridad que barra simple: Falla o mantenimiento en barra ⇒ Se aísla la parte afectada abriendo dos interruptores (pérdida de una línea) Mantenimiento de un interruptor ⇒ Protección garantizada mediante los interruptores restantes
ANILLO O POLÍGONO
Desventajas: ↑ requerimiento de espacio Apertura del anillo ⇒ ↑ corriente por interruptores operativos ⇒ Posibles disparos intempestivos Diseño de protecciones más complejo Ampliación ⇒ Pérdida total del suministro
INTERRUPTOR Y MEDIO B1
B2
Conexión de transformador directamente a barras
Condiciones normales de operación: Todos los interruptores cerrados. Es confiable y segura en interruptores y en barras. Es flexible. El sistema de control y protección (recierre, verificación de sincronismo, disparos) es complicado.
INTERRUPTOR Y MEDIO
Esquema de barra doble con 3 interruptores por pareja de líneas Sin interruptor de acoplamiento Solución intermedia entre barra doble y barra doble y doble interruptor Conexión indistinta a cualquier barra Mantenimiento sin corte del suministro y con total protección Posibles disparos intempestivos Coordinación de interruptores más compleja Solución de compromiso entre coste y seguridad de operación
DOBLE BARRA - DOBLE INTERRUPTOR B1
B2
* ** *
**
Alternativa con campo de transferencia Alternativa con conexión de transformadores a barras
Condiciones normales de operación: Todos los interruptores cerrados. Tiene confiabilidad y seguridad en interruptores y en barras. Es flexible. El sistema de control y protección (recierre, disparos) es complicado. Es la configuración que más interruptores requiere.
OTRAS CONFIGURACIONES
B1
Anillo cruzado
B2
Interruptor y tres cuartos
OTRAS CONFIGURACIONES
Seccionador de transferencia
Campo de transferencia
Seccionador de transferencia
B1 B2
Malla Seccionador de transferencia BT
Doble transferencia
CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR RESUMEN
CONFIGURACIONES DEL ESQUEMA UNIFILAR RESUMEN
Método simplificado para comparar costos de diferentes configuraciones Precios relativos:
Método simplificado para comparar costos de diferentes configuraciones Ejemplo para 230 kV: a.
Subestación en doble barra (DB) de ocho campos
– –
Interruptores = 8 (campos) + 1 (acople) = 9 Seccionadores = 24 + 2 = 26
–
Valor comparativo = 9 + 26 x (0,25) = 15,5
Método simplificado para comparar costos de diferentes configuraciones b. Subestación en interruptor y medio (CB1/2) de ocho circuitos – –
Interruptores = 8 x 1,5 = 12 Seccionadores = 8 x 4 = 32
–
Valor comparativo = 12 + 32 x (0,25) = 20,0
En donde: – –
CB 1/2 = 1,29 DB (8 campos) 29% + costo
SISTEMA DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN ESQUEMAS Y CONFIGURACIONES BÁSICAS 1. Subestación terminal con interruptor (radial)
2.Subestación terminal sin medio de interrupción local (≤ 115 kV sistema radial)
SISTEMA DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN ESQUEMAS Y CONFIGURACIONES BÁSICAS 3.Derivación de sistema enmallado
4.Subestación terminal con fusible (sistema radial derivado)
SISTEMA DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN ESQUEMAS Y CONFIGURACIONES BÁSICAS 5.Barra sencilla terminal (sistema radial derivado) a. Con interruptores
b. Con fusibles
SISTEMA DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN ESQUEMAS Y CONFIGURACIONES BÁSICAS
6. Barra principal más transferencia
SISTEMA DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN ESQUEMAS Y CONFIGURACIONES BÁSICAS 7. “H” o “T” (esquemas simplificados) Ideal para conexión a sistemas enmallados abriendo al línea a. Cuatro interruptores
c. Dos interruptores-dos transformadores
d. Dos interruptores-un transformador b. Tres interruptores
e. Subestaciones unitarias
SISTEMA DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN ESQUEMAS Y CONFIGURACIONES BÁSICAS 8.Sistema de distribución de media o baja tensión a. Sistema radial simple
b. Sistema radial expandido
c. Sistema primario selectivo
SISTEMA DE MEDIA Y BAJA TENSIÓN ESQUEMAS Y CONFIGURACIONES BÁSICAS 8.Sistema de distribución de media o baja tensión d. Sistema de lazo primario
e. Sistema secundario selectivo
f. Doble alimentación primaria
CONSIDERACIONES PARA SELECCIONAR LA CONFIGURACIÓN DE UNA SUBESTACIÓN 1.
Función que desempeña la subestación en el sistema interconectado para determinar su necesidad de flexibilidad, confiabilidad y seguridad.
2.
Tipo de subestación (generación, transformación o maniobra)
3.
Facilidades de extensión y modulación
4.
Simplicidad en el control y protección
5.
Área disponible
6.
Costos
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN TIPOS DE SUBESTACIONES Generación La confiabilidad es su principal requerimiento La seguridad y la flexibilidad pueden ser requerimiento adicional, dependiendo de la importancia y ubicación de la subestación en el sistema.
Maniobra Se requiere flexibilidad
Transformación Se requiere confiabilidad La seguridad puede ser de importancia
DESARROLLO DE CONEXIÓN DE BARRAS
Facilidades de extensión y modulación
DESARROLLO DE CONEXIÓN DE BARRAS Facilidades de extensión y modulación
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Simplicidad en el esquema de control y protecciones Mayor número de Interruptores más complicada la subestación
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Simplicidad en el esquema de control y protecciones: • Se debe reducir el número de interruptores y seccionadores cuando se quiere simplicidad.
• Configuraciones del tipo conexión de barra son complejas en su sistema de enclavamientos. • Configuraciones del tipo conexión de interruptores son complejas en su sistema de protección (recierre, sincronismo, falla interruptor, etc.).
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Área • El área de una configuración determinada depende de la disposición física que se utilice. • En general las configuraciones de conexión de barras ocupan una mayor área que las subestaciones con conexión de interruptores.
• Áreas muy limitadas pueden exigir ejecuciones con una disposición física con muchos niveles de conexión o inclusive del tipo encapsulada (GIS).
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Costo •
El costo de una subestación aumenta a medida que se hace más compleja la configuración.
•
Las configuraciones interruptor y medio y doble interruptor, son más costosas que las de conexión de barras.
•
Las configuraciones de conexión de barras deben contar con la inversión inicial del campo de acople y/o transferencia.
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Características de las configuraciones •
Las subestaciones con barra de transferencia brindan confiabilidad por falla en interruptores.
•
Las subestaciones con doble barra brindan flexibilidad para la operación del sistema y confiabilidad por falla en barras.
•
Las subestaciones con doble barra, en donde una de ellas también sirve como barra de reserva brindan flexibilidad y confiabilidad, pero no simultáneamente.
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Características de las configuraciones •
El seccionamiento de barras brinda parcialmente confiabilidad por falla en barras.
•
Las subestaciones con conexión de interruptores brindan buena confiabilidad y seguridad.
•
La configuración en anillo siempre se debe diseñar en forma modular, tal que se pueda convertir en interruptor y medio.
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Características de las configuraciones •
La barra sencilla es una configuración sin confiabilidad, seguridad o flexibilidad, que se debe utilizar solo para las subestaciones pequeñas o de menor importancia en el sistema.
•
La doble barra más seccionador de “by pass” o paso directo es una configuración que brinda, pero no simultáneamente, flexibilidad y confiabilidad, complicada en su operación y control, que puede ser utilizada en subestaciones de maniobra con generación o transformación.
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Características de las configuraciones •
La doble barra más seccionador de transferencia es una configuración similar a la anterior pero un poco más simple en su operación y control.
•
Las configuraciones más utilizadas para subestaciones encapsuladas en SF6 son: para alta tensión barra sencilla, doble barra, anillo e interruptor y medio; para extra alta tensión son anillo, interruptor y medio y doble interruptor.
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN • El costo se debe tomar como un todo para poder efectuar comparaciones: ingeniería + equipos + obras civiles + lote + montaje + operación y mantenimiento + indisponibilidad + otros costos. • Las subestaciones encapsuladas (GIS), en lo que respecta al equipo, son más costosas que las convencionales (AIS), por lo que su utilización debe ser bien justificada.
SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN Otros aspectos • Influencia ambiental • Historia y tradición
SUBESTACIONES DISPOSICIÓN FÍSICA
DEFINICIÓN Disposición física: Es el ordenamiento de los diferentes equipos constitutivos del patio de conexiones de una subestación
Este ordenamiento depende configuración de la misma
básicamente
de
la
TIPOS DE SUBESTACIONES Media tensión • Encapsuladas (Celdas aisladas en aire o gas)
• Convencionales (Equipos a la intemperie) Alta y extra-alta tensión • AIS (Air Insulated Substations) – Convencionales: equipos a la intemperie • GIS (Gas Insulated Substations): aisladas en SF6
SUBESTACIONES DE MEDIA TENSIÓN Metal Enclosed (IEEE C37.20.2): Conjunto completamente encerrado con láminas metálicas en todos sus costados, que contiene:
• El medio de interrupción (Seccionador, interruptor o ambos) • Barrajes y sus conexiones
• Equipos auxiliares y de control • El acceso es por puertas y/o tapas removibles
SUBESTACIONES DE MEDIA TENSIÓN Metal Clad (IEEE C37.20.2): Es un conjunto Metal-Enclosed que se caracteriza por:
• Interruptor extraíble • Mecanismo de extracción de autoacople con los terminales primarios y desconexión de cables de control
• Partes principales (Interruptor o seccionador, barrajes, transformadores de tensión, transformadores de control) completamente encerradas por barreras metálicas puestas a tierra
CONVENCIONAL - AIS (Air Insulated Substations Substations)) Factores para el diseño de la disposición física •
Área disponible
•
Configuración
•
Nivel de tensión y distancias mínimas y de seguridad
•
Tipo de seccionadores y equipos
•
Tipo de barraje (rígido o flexible)
•
Disposición de los barrajes
•
Acceso y posible orientación de las salidas de línea
•
Costos
Factores para el diseño de la disposición física ÁREA DISPONIBLE Ocurre que antes de definir configuración y la disposición física correspondiente, se adquiere el lote en donde estará la subestación, por lo tanto, la selección de la configuración y la disposición física se ven condicionadas al área disponible. Otras veces se define la configuración, disposición física y el área a ocupar, pero no es posible encontrar el lote con las características requeridas, por lo que es necesario cambiar el diseño inicial para adaptarse al área disponible. Una adaptación común de una disposición física para acomodarse a un lote con una pendiente considerable es construir la subestación en terrazas a diferentes niveles.
Factores para el diseño de la disposición física TIPOS DE CONFIGURACIÓN
• Barra sencilla • Barra principal y de transferencia • Doble barra • Doble barra mas “by pass” • Doble barra más barra de transferencia • Interruptor y medio • Anillo Además es necesario conocer si la configuración es modular y cuál es el plan de desarrollo final
Factores para el diseño de la disposición física DISTANCIAS MÍNIMAS Y DE SEGURIDAD Las distancias mínimas y de seguridad determinan el dimensionamiento de las diferentes disposiciones físicas para cada configuración. Las distancias mínimas y de seguridad se determinan de acuerdo con U (Um) y LIWL; así como de las condiciones atmosféricas del sitio de la subestación. Se debe tener en cuenta que las distancias mínimas y de seguridad para niveles de tensión y aislamiento altos, son de tal magnitud que hace que algunas disposiciones físicas, especialmente las que tienen varios niveles de conexión, sean poco prácticas.
Factores para el diseño de la disposición física TIPO DE SECCIONADORES Y EQUIPOS Los equipos de alta tensión, y en especial los seccionadores, determinan la disposición física de una subestación TIPOS DE SECCIONADORES •Seccionadores de apertura central: son los más económicos pero necesitan un gran ancho de campo, requieren ajuste periódico.
a) Isométrico
b) Planta
c) Sección
Factores para el diseño de la disposición física TIPO DE SECCIONADORES Y EQUIPOS •Seccionadores de rotación central: aunque más costosos, ocupan menos espacio que los anteriores
a) Isométrico
b) Planta
c) Sección
Seccionador de rotación central
•Seccionadores de apertura vertical: requieren unas alturas de campo mayores que con otros seccionadores
a) Isométrico
b) Planta
c) Sección
Factores para el diseño de la disposición física TIPO DE SECCIONADORES Y EQUIPOS • Seccionadores Pantógrafo o Semipantógrafo (horizontal y vertical): son los que requieren de una menor área de subestación y menos estructuras metálicas, pero son los más costosos
a) Isométrico
b) Planta
c) Sección
Seccionador semipantógrafo
a) Isométrico
b) Planta Seccionador pantógrafo
c) Sección
a) Isométrico
b) Planta Seccionador pantógrafo horizontal
c) Sección
Factores para el diseño de la disposición física Tipos de barraje •Rígido: tubos de aluminio •Flexible: cables de aluminio, aleación de aluminio, ACAR, ACSR y en algunas ocasiones cobre Formas de conexión a barras •Conexión clásica: Barraje flexible, conexión flexible •Conexión clásica: Barraje rígido, conexión rígida •Conexión clásica: Barraje rígido, conexión flexible •Conexión con pantógrafo: Barraje flexible •Conexión con pantógrafo: Barraje rígido
Factores para el diseño de la disposición física Formas de conexión a barras • Conexión clásica. Barraje flexible, conexión flexible
a) Planta
b) Sección
Conexión clásica - barraje flexible, conexión flexible
• Conexión clásica. Barraje rígido, conexión rígida
a) Planta
b) Sección
Conexión clásica - barraje rígido, conexión rígida
Factores para el diseño de la disposición física Formas de conexión a barras Conexión clásica: Barraje rígido, conexión flexible
a) Planta
b) Sección
Conexión clásica - barraje rígido, conexión flexible
Conexión con pantógrafo: Barraje flexible, conexión flexible a) Planta
b) Sección
Conexión con pantógrafo - barraje flexible, conexión flexible
Factores para el diseño de la disposición física
Formas de conexión a barras
Conexión con pantógrafo: Barraje rígido a) Planta
b) Sección
Conexión con pantógrafo - barraje rígido, barraje flexible
Factores para el diseño de la disposición física DISPOSICIÓN DE BARRAJES Formas constructivas con seccionadores de apertura central, rotación central y apertura vertical • • •
Disposición clásica Disposición elevada Clásica modificada
Factores para el diseño de la disposición física DISPOSICIÓN DE BARRAJES DISPOSICIÓN CLÁSICA Tres niveles: • Conexión entre equipos (debajo de la barra) • Barra • Las líneas de unión a los circuitos de salida (encima de la barra) Los seccionadores de la barra colectora están debajo de ella, uno al lado del otro (paralelo) y perpendiculares a la barra.
Barra sencilla - disposición clásica
Factores para el diseño de la disposición física DISPOSICIÓN DE BARRAJES DISPOSICIÓN ELEVADA Las barras se templan una encima de la otra. Por lo tanto, es de fácil aplicación en zonas de baja contaminación ambiental, que demandan bajo mantenimiento en barras. Los seccionadores de barra del sistema superior están apoyados en vigas intermedias y los del sistema inferior se apoyan directamente en el piso.
Factores para el diseño de la disposición física DISPOSICIÓN DE BARRAJES
DISPOSICIÓN CLÁSICA MODIFICADA Para simplificar algunas disposiciones clásicas se pueden cambiar los seccionadores del barraje del lado de la línea por seccionadores del tipo pantógrafo colocados diagonalmente.
Disposición clásica modificada, doble barra
Factores para el diseño de la disposición física ACCESOS Y POSIBLE ORIENTACIÓN DE LAS LÍNEAS En la selección de la disposición física tiene influencia la ubicación de los accesos y la orientación de las líneas con respecto al barraje. Es necesario saber cómo llegan las líneas al lote para determinar si en la disposición física debe preverse salida de circuitos a ambos lados del ó de los barrajes.
COSTOS Para cada una de las disposiciones físicas consideradas para una configuración dada, se deben evaluar los siguientes aspectos: Costo del lote: unas disposiciones requieren más área que otras.
Costo de los seccionadores a utilizar: el costo de los seccionadores pantógrafo y semipantógrafo es más elevado que los demás. Costo de las estructuras metálicas: unas disposiciones requieren mayor cantidad de estructuras metálicas que otras.
CONFIGURACIÓN Y DISPOSICIÓN FÍSICA
BARRA SENCILLA Opcional
BARRA PRINCIPAL Y DE TRANSFERENCIA Opcional BP
Transferencia
Barra principal
BT
Barra de transferencia
DOBLE BARRA B1 B2
Acople
DOBLE BARRA MÁS SECCIONADOR DE “BY“BY-PASS” O PASO DIRECTO B1 B2
Acople
DOBLE BARRA MÁS BARRA DE TRANSFERENCIA
B1 B2
Acople
BT Transferencia
Acople y transferencia (alternativa)
INTERRUPTOR Y MEDIO B1
B2
Conexión de transformador directamente a barras
DISPOSICIÓN FÍSICA
DISPOSICIÓN FÍSICA
SUBESTACIÓN SUPER COMPACTA (DRY PAK) Dentro de un mismo gabinete presenta medios de desconexión y protección en media y baja tensión, además de la transformación con la confiabilidad y eficiencia de un equipo seco y prácticamente libre de mantenimiento. Fabricada para servicio interior o exterior, este tipo de subestaciones DRY PAK son ideales para instalaciones como locales comerciales, condominios, hoteles y servicios propios.
ESPECIFICACIONES ESTÁNDAR DE SUBESTACIONES SUPER COMPACTAS • • • • • •
•
Tensión primaria, 13,200 y 23,000 volts. Tensión secundaria hasta 600 volts, nos ajustamos a cualquier tensión y conexión que requiera. Capacidades de 30, 45, 75, 112.5, 150, 225 y hasta 300 KVA, para capacidades hasta 2000 kVA le ofrecemos el AMBAR UNIT. Devanados de cobre. Enfriamiento AA-aire, FA-ventiladores, FFA ventiladores futuros. Derivaciones en el primario: 2 arriba y 2 abajo +1- 2.5% c/u. (Otras opciones). Elevación de temperatura: 150,115, y 80 °C.
MAXIMA SEGURIDAD Este tipo de subestación y para maximizar la seguridad, cuenta con bloqueo mecánico que no permite la apertura de la cuchilla de operación sin carga, si el seccionador de operación con carga se encuentra cerrado además, la puerta frontal no se abre si la cuchilla de operación sin cargase encuentra cerrada. Normalmente se fabrican con lámina de acero calibres 12 y 14 en tapas, acabado con pintura electrostática poliéster, lo que le permite tener una máxima protección al medio ambiente.
Componentes principales: •
• • •
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Transformador tipo seco, trifásico, 60Hz, para operar hasta 2300 m.s.n.m, optimo rendimiento y excelente disipación el calor bajo en pérdidas. Cuchilla de paso de operación sin carga, para 400 A., accionado por un disco de 2 posiciones. Parrarayos de óxidos metálicos y aisladores plástico de polímero. Seccionador de operación con carga, con accionamiento rápido y disparo tripolar, de operación por disco, con cuchilla de puesta a tierra para mantenimiento (opcional). Cámaras de extinción de arco Grupos de micro interruptores de límite para señalización del estado del equipo. Barraje principal y de tierra de cobre electrolítico calidad 99.9% Interruptor termo magnético principal en baja tensión de alta capacidad interruptora previo a la conexión subterránea con el tablero principal (opcional). Mirilla de cristal inastillable. Tapas para ventilación del transformador seco Cables de conexión XLP clase 25 calibre 2 para la conexión con el transformador.
SUBESTACIONES MINICOMPACTAS La subestación minicompacta ocupa la mitad del espacio usado por una subestación tradicional. El acceso a la acometida por ambos lados, le permitirá pegar la subestación a alguna pared. SEGURIDAD •
• •
•
La cuchilla de operación sin carga no abre si el Seccionador de operación con carga está cerrado. La puerta frontal no abre estando la cuchilla de operación sin carga cerrada. Acceso restringido a personal no calificado ya que todas las puertas tienen integradas portacandados. Leyendas de operación e identificación claras y al frente del tablero, además de mirillas de cristal inastillable
CARACTERISTICAS PRINCIPALES La subestación minicompacta clase 15 y 25 kV en gabinete con lámina de acero calibre 12 para la estructura y calibre 14 para las tapas, pintura de aplicación electrostática, fabricadas con horneado de las piezas que garantiza la duración de los acabados a lo largo de muchos años, incluye tornillería tropicalizada. El gabinete contiene en su interior: • • • •
Una cuchilla de paso de operación sin carga 3x400 a. Operada desde el frente por medio de un mecanismo de disco. Tres aparta rayos clase distribución de óxidos metálicos. Un seccionador de operación con carga de accionamiento rápido, disparo tripolar, operado desde el frente. Barraje principal de cobre electrolítico para 400 A, además del barraje de tierra.
SUBESTACIONES COMPACTAS Las subestaciones compactas cuentan con seccionadores fusibles de operación con y sin carga, los cuales le permiten realizar las maniobras del equipo con seguridad.
Las Subestaciones cuentan con: •
•
Dispositivo de Bloqueo Mecánico, que imposibilita la apertura y cierre del seccionador sin carga, cuando el seccionador con carga esté cerrado. Bloqueo de Puertas.- No permite la apertura de la puerta del seccionador con carga, cuando el seccionador sin carga esté cerrado.
VENTAJAS • • • •
Reducción de espacio para el suministro de energía. Versatilidad en conexión y arreglos. Bajos costos de Instalación. Fácil operación de equipo.
POLÍTICAS Y LINEAMIENTOS PARA LA CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES RURALES
OBJETIVO Definir políticas y lineamientos de estandarización, reconfiguración, y modernización de subestaciones existentes y nuevas en zonas rurales dispersas, ubicadas en un STR y/o SDL, de tal forma que se logren los menores costos de construcción, operación y mantenimiento, garantizando la calidad del servicio en los estándares exigidos por el ente regulador.
Configuraciones típicas en CHEC de acuerdo con su capacidad de transformación
Menores de 1 MVA
R
1.5 MVA
X X
X
R
3 MVA
R R R X
R
6 MVA
R R
R X
R
X
X 10 MVA X X X X X
Configuraciones típicas en otras empresas distribuidoras CODENSA R
5 MVA Grupo 4
X
R
R
R
R R EPSA 5.24 MVA
Grupo 4
X
X
X 7.89 MVA
Grupo 3
X
X X
ESSA
2 MVA Grupo 4
X
R 12.5 MVA
Grupo 3
R
X
X X X
EMCALI
11 MVA Grupo 4
X
X X
EEC 3 MVA Grupo 4
X
R R R
4 MVA Grupo 3
X
R R R
CENS 3.4 MVA Grupo 4
X
ELECTROLIMA 2.15 MVA Grupo 4
X
7 MVA Grupo 3
X
COSTA CARIBE 4 MVA Grupo 4
X
R
R R
CEDELCA 4.6 MVA Grupo 4
X
R R R
CRITERIOS PARA DEFINIR POLÍTICAS Alternativas de Análisis: En “T” sin protección de línea
En “T” con 1 protección de línea
En “T” con 2 protección de línea
Barraje con 2 protección de línea
S/E Terminal
• Bahía • Interruptor en poste • Fusible
• Celda con Interruptor • Reconectador
CRITERIOS PARA DEFINIR POLÍTICAS –
Costo Medio: Se valora cada alternativa según las combinaciones posibles con costos de la Resolución CREG 070 de 2007, luego se anualiza y se divide por la demanda de cada subestación para una cargabilidad porcentual promedio (promedio actual del sistema regional que se esté atendiendo) y se analizan las alternativas que estuvieren por debajo del costo medio reconocido por la CREG para el mercado regional en la componente de transformación para el nivel de tensión II (21.5 $/kwh, pesos de diciembre de 2006), con esto ser garantiza que no hay incrementos de tarifa.
–
Calidad del Servicio: Se analiza cada configuración posible desde el punto de vista de calidad del servicio, teniendo en cuenta:
• La carga en el nivel de subtransmisión (33, 34.4, 44 kV) después de la subestación, en configuraciones diferentes a la terminal. • Falla y mantenimiento propio en la subestación analizada. • Impacto en la carga a 13.2 kV. –
Ambos factores se estimaron en porcentaje y luego se ponderaron con varias alternativas de peso para cada uno, así: • • • •
70% al costo medio y 30% a la calidad del servicio 60% al costo medio y 40% a la calidad del servicio 50% al costo medio y 50% a la calidad del servicio 40% al costo medio y 60% a la calidad del servicio
POLÍTICAS Subestaciones Convencional Reducida:
Serán las subestaciones regionales con capacidades iguales o inferiores a 5 MVA y que cumplan con los lineamientos definidos en las políticas y con las siguientes características: no contar con edificio, por lo que deberán ser delimitadas con una malla completamente cerrada, contemplando una puerta para acceso vehicular, pozo del transformador y malla de tierra.
Dada la configuración de estas subestaciones no se requiere operador o vigilante permanente.
TIPO ONAN
CAPACIDAD (MVA)
CAPACIDAD 1
CAPACIDAD 2
CAPACIDAD 3
CAPACIDAD 4
1
2
3
5
POLÍTICAS Subestaciones Convencionales:
Serán las subestaciones regionales con capacidades superiores a 5 MVA y que cumplan con los lineamientos definidos en las políticas y con las siguientes características: Tendrán edificio, y podrán ser automatizadas donde solo se requirá de vigilante, o pueden ser operadas localmente donde se hace necesario un operador y/o vigilante permanente.
TIPO ONAF CAPACIDAD (MVA)
CAPACIDAD 1
CAPACIDAD 2
CAPACIDAD 3
CAPACIDAD 4
10
12.5
15
20
POLÍTICAS PROTECCIÓN Del TF con seccionador fusible
POTENCIAS DE 1, 2 y 3 MVA CONFIGURACIÓN EN "T" SIN CONFIGURACIÓN S/E PROTECCIÓN EN LÍNEA TERMINAL
I Fuente
Carga
S
I Fuente
S
TF de 1 MVA TF de 2 MVA TF de 3 MVA
De TF y de La línea con Interruptor en poste
I
I Fuente
I
CONFIGURACIÓN S/E TERMINAL (*)
Carga
I Fuente
I
TF de 5 MVA
R
Reconectador
No. Máximo de Circuitos
PROTECCIÓN
POTENCIAS 5 MVA CONFIGURACIÓN EN "T" CON 1 PROTECCIÓN DE LÍNEA
S/E 1MVA: S/E 2MVA: S/E 3MVA:
2 circuitos máximo 3 circuitos máximo 3 circuitos máximo
R
R
Reconectador
No. Máximo de Circuitos
S/E 5MVA:
R
4 circuitos máximo
(*) Se instalará interruptor en la subestación de 5 MVA, ya que los transformadores de potencia a partir de esta capacidad deben llevar protecciones, entre las que están diferencial y buchollz.
• Las subestaciones que requieran maniobras de transferencia en el lado de alta tensión por llegada de varias líneas a 44, 34.5 o 33 kV, o sean punto de conexión de generadores, se tratarán como convencionales en el lado de alta tensión y conservarán lo definido en las políticas para baja tensión. •Para la definición de las políticas, se consideró para su remuneración, la metodología de los cargos vigentes a diciembre de 2007 y una cargabilidad mínima estipulada (por ejemplo el 45%).
POLÍTICAS PROTECCIÓN De TF y de las líneas con bahías y con barraje
POTENCIAS DE 10 y 12,5 MVA CONFIGURACIÓN BARRAJE Y 2 CONFIGURACIÓN S/E PROTECCIÓN DE LÍNEA (*) TERMINAL B
I
Carga
Fuente
I Fuente
B
B
TF de 10 MVA TF de 12,5 MVA
Reconectador
PROTECCIÓN De TF y de las líneas con bahías y con barraje
POTENCIAS DE 15 y 20 MVA CONFIGURACIÓN CON BARRAJE Y 2 CONFIGURACIÓN S/E PROTECCIONES DE LÍNEA TERMINAL X B
XI
Carga
Fuente
I Fuente
X B
B
C
C
TF de 15 MVA TF de 20 MVA
R R
R R
No. Máximo de S/E 10MVA: 5 circuitos máximo Circuitos S/E 12,5MVA: 6 circuitos máximo (*) Si existe generación conectada entre la fuente y la subestación, si hay posibilidad de flujo bidireccional entre la subestación y la fuente o exista posibilidad de transferencia como punto de alimentación de la subestación, se debe instalar la bahía de llegada de línea, de lo contrario el interruptor de la fuente debe proteger el circuito alimentador.
Celdas con interruptor No. Máximo de Circuitos
C
S/E 15MVA: S/E 20MVA:
C
C
C
6 circuitos máximo 7 circuitos máximo
(*) Si existe generación conectada entre la fuente y la subestación, si hay posibilidad de flujo bidireccional entre la subestación y la fuente o exista posibilidad de transferencia como punto de alimentación de la subestación, se debe instalar la bahía de llegada de línea, de lo contrario el interruptor de la fuente debe proteger el circuito alimentador.
•La cargabilidad mínima para subestaciones nuevas de 10 a 20 MVA será determinada de acuerdo con las condiciones de cargabilidad promedio (por ejemplo del 45%)
1.2 CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONES
