OPERACI Ó ÓN DE SUBESTACIONES
CAPITULO 1 ESQUEMAS DE BARRAS
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1. ESQUEMAS DE BARRAS
1.1 Conceptos generales aplicables a subestaciones 1.2 La subestación como parte de un sistema interconectado. 1.3 Tipos de subestaciones 1.4 Características básicas de subestaciones 1.5 Esquemas de barras
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1.1. Generalidades Definición Una subestació subestación es el desarrollo e implementació implementación de un nodo del sistema. Conjunto de equipos equipos utilizados utiliza dos para dirigir el flujo de energ ía en un sistema de potencia y garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automá automáticos de control y protecció protección y para redistribuir el flujo de energ ía a travé través de rutas alternas. 33
1.1. Generalidades
El nivel de voltaje empleado en una subestaci ón, se determina por la capacidad de transformació transformaci ón y la capacidad de las barras. En el Ecuador los niveles de voltaje de transmisi ón y subtransmisió subtransmisión son: 34.5, 46, 69, 138, 230, kV, kV, adicionalmente se está est án construyendo subestaciones subestaciones y líneas de transmisió transmisi ón aisladas a un voltaje de 500 kV. kV. En otros paí países, existen má más niveles de voltajes estandarizados: estandarizados: 220, 375, 400, 500, 750 y 1000 kV. kV. Cuá Cuáles son los criterios criterios para seleccionar el nivel de voltaje?
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1.1. Generalidades
Equipos en una subestación Interruptor: Maniobra: Control de flujo Aisla para mantenimiento o trabajos Protecció Protección: Aisla elementos con falla (capaz de operar con Icc) Transformadores de instrumentació instrumentación: interfaz entre la alta tensió tensión y los equipos de medida, control y protecció protección. Transformadores de corriente Transformadores de voltaje
Seccionadores: Aislan para mantenimiento Operan sin carga Pararrayos: Protecció Protección contra sobrevoltajes sobrevoltajes Sistema de medida, protecció protección y control Sistemas auxiliares
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1.1. Generalidades
Patio de maniobras Conjunto Conjunto de equipos y barras de una subestació subestación que tienen el mismo nivel de voltaje y que está están elé eléctricamente asociados. Generalmente ubicados en la misma área de la subestació subestación.
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1.1 Generalidades
Patio de transformadores Área de la subestació subestación en donde se ubican los transformadores de potencia. Generalmente entre patios de conexi ón de diferente niveles de voltaje.
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1.1 Generalidades Los equipos bá básicos de una subestació subestación pueden resumirse en los siguientes: Equipo de de corte corte yyseccionamiento seccionamiento Equipo Transformador de de potencia potencia Transformador Transformadores para para protecci protecci ón y medida Transformadores Equipo de de protecci protecció ón y medida Equipo Equipo de de comunicaciones comunicaciones Equipo Sistemade de servicios servicios auxiliares. auxiliares. Sistema
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1.2. Subestaci ón como parte de un sistema
EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO • Satisfacer la demanda proyectada para los diversos centros de carga del Sistema Nacional Interconectado del Ecuador. • Sistema de transmisión para transportar la energía generada de las centrales eléctricas a los diversos centros de consumo del país. • Conformación del sistema principal: – Centrales de generación. – Subestaciones. – Líneas a 230 kV, en anillo. – Líneas de transmisión a 138 kV, radiales. – Líneas de subtransmisión a 69 kV, radiales. 9
EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO
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EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO
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EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO
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EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO
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EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO
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EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO
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EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO LAS SUBESTACIONES A 230 kV (EN EL LADO DE ALTA) • • • • • • • • • • • •
Molino Totoras Riobamba Santa Rosa Pomasqui Santo Domingo Quevedo Pascuales San Gregorio Dos Cerritos Milagro Zhoray
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EL SISTEMA NACIONAL INTERCONECTADO • Ejemplo de Subestaciones a 138 kV (EN EL LADO DE ALTA)
Babahoyo Cuenca Cumbaratza Esmeraldas Hidronación Ibarra Libertad Loja Mulaló Policentro
Portoviejo Posorja Puyo Salitral Santa Elena Santa Rosa Tena Totoras Tulcán Vicentina 17
SUBESTACIONES
• TOPOLOGIA DEL SISTEMA – Centrales de generación. – Nodos. – Líneas de transmisión. – Cargas. – Los nodos del circuito corresponden físicamente a las subestaciones eléctricas!!!
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1.3. Tipos de subestaciones Las subestaciones subestaciones pueden pueden clasificarse clasificarse de de acuerdo acuerdo a los siguiente siguientes criterios: •Por su ubicació ubicación: Interiores: Instaladas en caverna, subterr áneas, dentro de edificios Exteriores: Instaladas al aire libre. libre. •Por su funció función: Transformació Transformaci ón: de elevació elevación y de reducció reducción. Seccionamiento. Seccionamiento. •Por su aislamiento: Convencionales Blindadas o aisladas en SF6 19 19
1.3. Tipos de subestaciones Subestació Subestación de generació generación Asociadas a centrales generadoras. Dirigen directamente el flujo de potencia al sistema. Subestació Subestación de de transformació transformación Con transformadores elevadores o reductores (pueden ser terminales o no). Subestació Subestación de maniobra Conectan varios circuitos (o líneas) para orientar o distribuir el flujo de potencia a diferentes áreas del sistema. Las subestaciones tambi tambié én 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 20 20
1.3. Tipos de subestaciones
G E N E R A C I Ó N
Subestació Subestación de Interruptores de generació n generacióautomáticos
Usuarios residenciales Subestació Subestación de de maniobra
Subestació Subestación de de transformació transformación Subestació Subestación industrial
Usuarios comerciales Tomada de la revista ABB 21
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1.3. Tipos de subestaciones Convencionales o aisladas al aire - AIS
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SUBESTACIONES AL AIRE - POMASQUI
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SUBESTACIONES AL AIRE - POMASQUI
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1.3. Tipos de subestaciones Encapsuladas o aisladas en SF6 - GIS
Exterior (Policentro, Trinitaria)
Interior (Molino) 25 25
SUBESTACIONES INTERIORES – 230 kV
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SUBESTACIONES INTERIORES
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1.4. Caracter í ísticas s ticas bá bá sicas sicas
DIAGRAMA UNIFILAR • Es el diagrama fundamental de una subestación. • En él se indica el esquema de barras adoptado. • El esquema de barras depende del grado de confiabilidad y de facilidad para operación del sistema al que se conecta. • En el diagrama unifilar consta: – Esquema de barras – Equipos asociados de alto voltaje – Equipo de control, medida y protección.
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DIAGRAMA UNIFILAR
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CRITERIOS DE DISEÑO
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1.4. Caracter í ísticas s ticas bá bá sicas sicas
CRITERIOS DE DISEÑO Información para el diseño • Altura sobre el nivel del mar • Temperaturas mínima, media y máxima anual y mensual • Humedad relativa • Viento máximo • Grado de contaminación ambiental • Exposición solar • Precipitación pluvial • Nivel de descargas atmosféricas • Amenaza sísmica • Características topográficas • Planos generales del área, con indicación de vías de acceso y líneas de transmisión. • Condiciones de suelos del terreno • Resistividad del terreno. 32
1.4. Caracter í ísticas s ticas bá bá sicas sicas
CRITERIOS DE DISEÑO Estudios fundamentales Estudios
Información obtenida Flujos máximos de potencia
a) Flujo de cargas
Utilización d e la informació n Ajustes de protecciones Establecer necesidades de compensación Relaciones de TC’s y TT’s
Corrientes máximas Tensiones máximas y mínimas
Corrientes de cortocircuito Distribución de corrientes y aportes Relación X/R Sobretensiones fallas asimétricas % de corriente cd aperiódica
b) Cortocircuito
Equivalentes Thevenin
Coordinación de protecciones Selección pararrayos
Tiempos máximos para despeje de fallas Selección tiempos de recierre Sobretensiones por rechazo de carga Selección pararrayos
c) Estabilidad
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1.4. Caracter í ísticas s ticas bá bá sicas sicas
CRITERIOS DE DISEÑO Estudios fundamentales Estudios d) Sobretensiones temporales Efecto Ferranti Rechazo de carga
Información obtenida Corriente capacitiva de líneas Máxima tensión extremo abierto Sobretensiones fases sanas
Utilización de la información Selección pararrayos Selección interruptores Selección compensaciones
Por falla monofásica
Ajustes de relés de sobretensión
Frecuencias de resonancia (polos y filtros (para el caso de sistemas ceros) de compensación
e) Estudio Z ( )-armónicos
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1.4. Caracter í ísticas s ticas bá bá sicas sicas
CRITERIOS DE DISEÑO Estudios transitorios Estudios
Información obtenida
Utilización de la información Dimensionamiento reactancias limitadoras Selección pararrayos Sintonización reactores de neutro (verificación de tomas) Selección interruptores Selección dispositivos de protección bobinas de bloqueo
a) Sobretensiones de maniobra Energizaciones
Sobretensiones máximas Corrientes de energización TTR en interruptores de alta tensión. Corrientes máximas
Aperturas Recierres
Recierre monopolar Descarga capacitores Despeje de fallas
Bobinas limitadoras Energía pararrayos
b) Sobretensiones atmosféricas Descargas directas e indirectas
Máximas sobretensiones Energía pararrayos Distancias de pararrayos a equipos
Selección pararrayos Coordinación de aislamiento
Efecto distancia
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1.5. Esquemas de Barras Configuració Configuración de una subestació subestación Se denomina configuració configuración al arreglo de los equipos electromecá electromecánicos constitutivos de un patio de conexiones, conexiones, o pertenecientes pertenecientes a un mismo nivel de voltaje de una subestaci ón, efectuado de tal forma que su operaci ón permita dar a la subestació subestación diferentes grados de confiabilidad, seguridad y flexibilidad de manejo, transformaci ón y distribució distribución de energí energía. Cada punto (o nodo) en el sistema tiene diferentes requerimiento s de confiabilidad, confiabilidad, seguridad configuraci ón seguridad y flexibilidad y cada configuraci brinda diferentes grados de estas caracter ísticas. Tipos de configuració configuración: Barra sencilla, Barra principal y de transferencia, Doble barra, Doble barra m ás seccionador de “by pass” pass” o paso directo, entre otras. 36 36
1.5. Esquemas de Barras Los elementos básicos de un esquema de barras son: •Barras: – Puntos de conexión de los elementos del sistema. •Posiciones (bahías) – Conexión de los elementos del sistema (líneas, generadores, transformadores, etc.) •Equipos: – Maniobra, medición y protección – Operación y señalización – Transmisión de datos y comunicaciones.
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1.5. Esquemas de Barras Los factores que determinan el esquema adecuado de barras en una subestación son los siguientes: •Versatilidad – Posibilidad de agrupar circuitos en función de requerimientos de operación. •Maniobrabilidad – Facilidad de operación – La estructura del diagrama y su cantidad de equipo determinan el número de pasos de maniobra que tiene que darse a cada una de sus operaciones. – Mientras más simple es un esquema más sencilla será la operación. •Mantenimiento – Facilidad para realizar tareas de mantenimiento con el mínimo de suspensión de servicio. •Confiabilidad – Forma en que responde la subestación a los eventos de falla que pueden presentarse. 38
1.5. Esquemas de Barras • Funcionalidad – Inverso del número de horas de interrupción • Continuidad del servicio – Se refiere a la capacidad que tiene la subestación de realizar operaciones de mantenimiento y/o reparación sin suspender el servicio. • Costo inicial de inversión: – Cantidad de equipo – Calidad del mismo – Valor del terreno – Costos de montaje – Puesta en servicio.
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1.5. Esquemas de Barras
• Costos anuales totales (Cat) • El costo anual (Cat) total de operación de una subestación se determina mediante la siguiente ecuación: • Cat = Car + Cad • Donde: – Car = Costos anuales de recuperación de capital – Cad = Costos anuales de desperfectos
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1.5. Esquemas de Barras
• El costo anual de recuperación se determina mediante: • Donde:
C ar
C * r 1 r
1
r
t
t
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– C: Costo inicial () – r: Tasa adecuada (). – t: Período de vida útil ()
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1.5. Esquemas de Barras • Costos anuales de desperfectos (Cad) • Cad = k Cp Pt + H Ce Pt • Donde: – k= Número de averías por año – Cp = Costo por unidad de potencia interrumpida – Pt = Potencia total interrumpida – H = Horas anuales de interrupción – Ce = Costo por unidad de energía no suministrada
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