Capítulo I.-
INTRODUCCION. INTRODUCCION. ........................................................................................................ 5
1.1.
Planteamiento del Problema. Problema. ............................................................................................ 5
1.2.
Objetivo General. General. ............................................................................................................... 5
1.3.
Objetivo Específicos. Específicos. ........................................................................................................... 5
1.4.
Justificación e importancia del proyecto. .......................................................................... proyecto. .......................................................................... 6
1.4.1.
Justificación del Proyecto. .......................................................................................... Proyecto. .......................................................................................... 6
1.4.2.
Importancia del Proyecto. Proyecto. .......................................................................................... 6
1.5.
Alcance del Proyecto. Proyecto. ......................................................................................................... 6
Capítulo II.-
FUNDAMENTO TEORICO. TEORICO. ........................................................................................... 7
2.1.
Reconocer los diferentes tipos de subestaciones. subestaciones. ............................................................ 7
2.2.
Elementos que constituyen una subestación. ................................................................... subestación. ................................................................... 8
2.2.1.
Transformador de Potencia........................................................................................ Potencia........................................................................................ 8
2.2.1.1. 2.2.2.
Pruebas a realizar al transformador. transformador. ................................................................. 9
Transformadores de Medición y Protección. Protección. .......................................................... 10
2.2.2.1.
Transformador de Potencial. Potencial. ............................................................................ 10
2.2.2.2.
Transformador de Corriente. Corriente. ........................................................................... 11
2.2.3.
Capacitores. Capacitores. .............................................................................................................. 12
2.2.3.1. 2.2.4.
Banco de Capacitores. Capacitores. ...................................................................................... 12 Pararrayos. Pararrayos. ............................................................................................................ 13
2.2.6.
Seccionadores. Seccionadores. .......................................................................................................... 16
2.2.7.
Reactores. Reactores. ................................................................................................................. 16
2.2.8.
Banco de Baterías. Baterías. .................................................................................................... 17
2.3.
Conexiones de barras. barras. ...................................................................................................... 17
2.3.1.
Barra Simple. Simple. ............................................................................................................. 18
2.3.2.
Barra seccionada. ...................................................................................................... seccionada. ...................................................................................................... 18
2.3.3.
Doble Barra. Barra. .............................................................................................................. 19
2.3.3.1.
Doble Barra, Doble Disyuntor. Disyuntor. ......................................................................... 19
2.3.3.2.
Doble barra principal interruptor simple. ........................................................ simple. ........................................................ 19
2.3.3.3.
Doble barra principal interruptor y medio. ..................................................... medio. ..................................................... 20
2.3.4. 2.4.
Barra tipo Anillo. Anillo. ....................................................................................................... 21
Coordinación de Aislamiento. Aislamiento. .......................................................................................... 21
2.4.1.
Sobretensiones. Sobretensiones. ........................................................................................................ 22
2.4.1.1.
Sobretensiones Temporales. ............................................................................ Temporales. ............................................................................ 22 1
2.4.2.
Sobretensiones de Maniobra. Maniobra. .................................................................................. 23
2.4.3.
Sobretensiones Atmosféricas. .................................................................................. Atmosféricas. .................................................................................. 23
Capítulo III.3.1.
INGENIERIA DEL PROYECTO. PROYECTO. ................................................................................ 24
Cálculos eléctricos. eléctricos. ........................................................................................................... 24
3.1.1.
Diagrama Unifilar. ..................................................................................................... Unifilar. ..................................................................................................... 24
3.1.2.
Configuración de conexiones de la subestación. ..................................................... subestación. ..................................................... 24
3.1.3.
Calculo de Corrientes de Línea. ................................................................................ Línea. ................................................................................ 26
3.1.4.
Selección de Conductores. Conductores. ....................................................................................... 27
3.2.
Corrientes de Falla. Falla. ........................................................................................................... 31
3.2.1.
................................................... 31
3.2.1.1.
Impedancias de Secuencia Positiva. Positiva. ................................................................ 32
3.2.1.2.
Impedancias de Secuencia Negativa. ............................................................... Negativa. ............................................................... 33
3.2.1.3.
Impedancias de secuencia Cero. Cero. ...................................................................... 33
3.2.1.4.
Reducción de los Diagramas de Secuencia. ..................................................... Secuencia. ..................................................... 34
3.2.1.5.
Impedancia de secuencia secuencia cero. cero. ....................................................................... 36
3.2.2. 3.2.3. 3.3.
# # [] # # [ ] # # [] [ ] []
................................................... 37
...................................................... 38
Nivel básico de Impulso. Impulso. ................................................................................................... 38
3.3.1. 3.3.4. 3.3.5.
Subestación
......................................................................................... 39
Subestación
....................................................................................... 40 .......................................................................................
Distancias de Dieléctricas. ........................................................................................ Dieléctricas. ........................................................................................ 40
3.3.5.1.
Distancias Fase-Tierra. ...................................................................................... Fase-Tierra. ...................................................................................... 40
3.3.5.2.
Distancias Fase – Fase – Fase. Fase....................................................................................... ...................................................................................... 40
3.3.6.
Distancias de Seguridad. Seguridad. .......................................................................................... 41
3.3.7.
Numero de Aisladores. Aisladores. ............................................................................................. 41
3.3.7.1. 3.4.
Longitud de la Cadena de Aisladores. A isladores. .............................................................. .............................................................. 42
Protección contra sobretensiones. sobretensiones. .................................................................................. 42
3.4.1.
Dimensionamiento de Pararrayos. Pararrayos. .......................................................................... 42
3.4.1.2.
[] []
Subestación de
............................................................................. 44
3.5.
Sistema de Puesta a Tierra. Tierra. .............................................................................................. 46
3.6.
Especificaciones de Equipos. Equipos. ............................................................................................ 48
3.6.1.
Subestación
3.6.1.1.
......................................................................................... 48
Transformador de Potencia:............................................................................. Potencia:............................................................................. 48 2
2.4.2.
Sobretensiones de Maniobra. Maniobra. .................................................................................. 23
2.4.3.
Sobretensiones Atmosféricas. .................................................................................. Atmosféricas. .................................................................................. 23
Capítulo III.3.1.
INGENIERIA DEL PROYECTO. PROYECTO. ................................................................................ 24
Cálculos eléctricos. eléctricos. ........................................................................................................... 24
3.1.1.
Diagrama Unifilar. ..................................................................................................... Unifilar. ..................................................................................................... 24
3.1.2.
Configuración de conexiones de la subestación. ..................................................... subestación. ..................................................... 24
3.1.3.
Calculo de Corrientes de Línea. ................................................................................ Línea. ................................................................................ 26
3.1.4.
Selección de Conductores. Conductores. ....................................................................................... 27
3.2.
Corrientes de Falla. Falla. ........................................................................................................... 31
3.2.1.
................................................... 31
3.2.1.1.
Impedancias de Secuencia Positiva. Positiva. ................................................................ 32
3.2.1.2.
Impedancias de Secuencia Negativa. ............................................................... Negativa. ............................................................... 33
3.2.1.3.
Impedancias de secuencia Cero. Cero. ...................................................................... 33
3.2.1.4.
Reducción de los Diagramas de Secuencia. ..................................................... Secuencia. ..................................................... 34
3.2.1.5.
Impedancia de secuencia secuencia cero. cero. ....................................................................... 36
3.2.2. 3.2.3. 3.3.
# # [] # # [ ] # # [] [ ] []
................................................... 37
...................................................... 38
Nivel básico de Impulso. Impulso. ................................................................................................... 38
3.3.1. 3.3.4. 3.3.5.
Subestación
......................................................................................... 39
Subestación
....................................................................................... 40 .......................................................................................
Distancias de Dieléctricas. ........................................................................................ Dieléctricas. ........................................................................................ 40
3.3.5.1.
Distancias Fase-Tierra. ...................................................................................... Fase-Tierra. ...................................................................................... 40
3.3.5.2.
Distancias Fase – Fase – Fase. Fase....................................................................................... ...................................................................................... 40
3.3.6.
Distancias de Seguridad. Seguridad. .......................................................................................... 41
3.3.7.
Numero de Aisladores. Aisladores. ............................................................................................. 41
3.3.7.1. 3.4.
Longitud de la Cadena de Aisladores. A isladores. .............................................................. .............................................................. 42
Protección contra sobretensiones. sobretensiones. .................................................................................. 42
3.4.1.
Dimensionamiento de Pararrayos. Pararrayos. .......................................................................... 42
3.4.1.2.
[] []
Subestación de
............................................................................. 44
3.5.
Sistema de Puesta a Tierra. Tierra. .............................................................................................. 46
3.6.
Especificaciones de Equipos. Equipos. ............................................................................................ 48
3.6.1.
Subestación
3.6.1.1.
......................................................................................... 48
Transformador de Potencia:............................................................................. Potencia:............................................................................. 48 2
3.6.2.
Subestación
3.6.2.1. 3.6.3.
[] [ ] [ ] [] [ ] [] [ ] [ ] [] [ ] []
....................................................................................... 49 .......................................................................................
Transformador de Potencia:............................................................................. Potencia:............................................................................. 49
Especificaciones de Transformadores de Medición y protección................. protección........................... .......... 50
3.6.3.1.
Alimentación
............................................................................... 50
3.6.3.2.
Alimentación
............................................................................. 51 .............................................................................
3.6.3.3.
Alimentación
............................................................................. 52 .............................................................................
3.6.4.
Especificación de Interruptores de Potencia. .......................................................... Potencia. .......................................................... 54
3.6.4.1.
Subestación
.................................................................................... 54 ....................................................................................
3.6.4.3.
Subestación
................................................................................. 55
3.6.5.
Especificación de Seccionadores o Cuchillas. Cuchillas. .......................................................... 56
3.6.5.1.
Subestación
.................................................................................... 56 ....................................................................................
3.6.5.2.
Subestación
................................................................................. 56
3.6.5.3.
Subestación
................................................................................. 57
3.6.6.
Especificación de Pararrayos. ................................................................................... Pararrayos. ................................................................................... 57
3.6.6.1.
Subestación
.................................................................................... 57 ....................................................................................
3.6.6.2.
Subestación
................................................................................. 58
3.7.
Selección de los Equipos:.................................................................................................. Equipos:.................................................................................................. 58
3.7.1.
Transformadores de Potencia. Potencia. ..................................................................................... 58
3.7.2.
Transformadores de Potencial. Potencial. ................................................................................ 58
3.7.3.
Transformadores de Intensidad. .............................................................................. Intensidad. .............................................................................. 59
3.7.4.
Interruptores de Potencia. Potencia. ....................................................................................... 59
3.7.5.
Seccionadores. Seccionadores. .......................................................................................................... 59
3.8.
Mantenimiento de las Subestación. Subestación. ............................................................................... 59
3.8.1.
Mantenimiento al Transformador de Potencia. ...................................................... Potencia. ...................................................... 60
3.8.2.
Mantenimiento de Interruptor de Potencia. ........................................................... Potencia. ........................................................... 60
3.8.3.
Mantenimiento de los Seccionadores. Seccionadores. .................................................................... 61
3.8.4.
Mantenimiento de los Pararrayos. Pararrayos. .......................................................................... 61
Capítulo IV.-
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. .............................................................. RECOMENDACIONES. .............................................................. 63
4.1.
Conclusiones. Conclusiones. .................................................................................................................... 63
4.2.
Recomendaciones. Recomendaciones. ............................................................................................................ 63
Capítulo V.-
BIBLIOGRAFIA. BIBLIOGRAFIA. .......................................................................................................... 64
5.1.
Referencias Bibliográfica. Bibliográfica. ................................................................................................. 64
5.2.
Páginas Web. Web. .................................................................................................................... 64 3
Capítulo VI.-
ANEXOS. ................................................................................................................ 65
6.1.
Planos. ............................................................................................................................... 65
6.2.
Tablas. ............................................................................................................................... 65
6.3.
Catálogos........................................................................................................................... 67
4
El propósito de todo sistema eléctrico de potencia es suministrar la energía necesaria para el desarrollo de un sector o país. Para alcanzarlo es necesario Generar, Transmitir, Distribuir la energía eléctrica desde los centros de generación, ubicados estratégicamente con base en la disponibilidad de fuentes primarias de energía como el gas, el carbón, el agua o la energía nuclear hasta los centros de distribución y consumo, considerando en todo momento las limitaciones económicas y condiciones de seguridad, de confiabilidad y de calidad del servicio requeridos. Una subestación eléctrica es la muestra física de un nodo de un sistema eléctrico de potencia, en el cual se puede transformar la energía eléctrica a niveles adecuados de tensión para su transporte, distribución y consumo bajo determinados requerimientos técnicos de calidad, confiabilidad, flexibilidad y eficiencia. Además las subestaciones eléctricas están conformadas por un conjunto de equipos que permiten:
Controlar el flujo de energía a través de los transformadores de potencia, convirtiendo la tensión de suministro a niveles de tensión más bajos o altos de acuerdo con la necesidad preestablecida. Adelantar la interconexión de diferentes rutas del flujo de energía al mismo nivel de tensión
1.1.Planteamiento del Problema. Diseñar la subestación ubicada en cercanías de la ciudad de Sucre a 2810 msnm, la subestación operara en los tres niveles de Alta Tensión: 69, 115, 230 [kV], la subestación formara parte del siguiente Sistema Eléctrico de Potencia: 1.2.Objetivo General.
La elaboración del proyecto tiene como objetivo del diseño de una subestación que garantice una correcta atención a la demanda eléctrica actualmente en servicio.
1.3.Objetivo Específicos. En el proyecto se busca cumplir los siguientes objetivos:
Confiabilidad: Selección de equipos que garanticen un servicio prolongado y confiable Seguridad: La disposición física, y el diseño eléctrico deben proveer la máxima seguridad para el personal de operación y para el servicio público. Flexibilidad: Que permita enfrentar las condiciones de emergencia, los que exigen una operación que aproveche al máximo la capacidad del equipo. Simplicidad: Que brinde máxima protección, facilite los ensayos y requiera mínima instrucción. Normalización: Haciendo máximo uso de equipos y construcciones intercambiables para minimizar repuestos y simplificar el mantenimiento. 5
1.4.Justificación e importancia del proyecto. 1.4.1. Justificación del Proyecto. Teniendo en cuenta como referencia la actual demanda de energía en la ciudad de Sucre y atendiendo el programa infraestructural previsto para un futuro no muy lejano, es necesario la construcción de la nueva subestación para poder asimilar las demandas de energía causa de la expansión de la zona y grandes proyectos de infraestructura industrial. 1.4.2. Importancia del Proyecto. El dimensionamiento de la subestación se centra en las particularidades de transformación de los niveles de tensión, por tanto es necesario y obligatorio acondicionar todo construcción eléctrica debidamente diseñada y calculada para garantizar el menor riesgo de daños a los bienes y personas. 1.5.Alcance del Proyecto. La redacción del proyecto tiene por alcance la descripción, cálculos y diseño del patio de transformación, en las cercanías d la ciudad de Sucre.
6
Antes de elaborar el proyecto definitivo se deben establecer varias alternativas con respecto a posibles tipos y configuraciones de la subestación requerida que logren reducir al máximo la superficie de terreno por utilizar, que permitan optimizar los criterios de seguridad, flexibilidad y que posibiliten las maniobras de operación y mantenimiento del equipo por instalar.
Definición de Subestación Eléctrica.
Conjunto de transformadores, convertidores, interruptores, etc., destinados a la alimentación de una red de distribución de energía eléctrica. Edificio o ubicación al exterior donde la energía eléctrica de un sistema de potencia se transforma, convierte, controla, etc. Conjunto de aparatos y dispositivos de transformación, conversión y distribución de energía eléctrica, instalados en un edificio o al aire libre y cuya misión es alimentar una red eléctrica. Conjunto de máquinas, aparatos y circuitos que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica (voltaje y corriente) y de proveer un medio de interconexión y despacho entre las diferentes líneas de un sistema.
2.1.Reconocer los diferentes tipos de subestaciones. Entre las subestaciones eléctricas, tenemos las siguientes clasificaciones:
Por su operación: De corriente alterna De corriente continua Por su servicio: Primarias: Elevadoras Receptoras reductoras De enlace o distribución De maniobra Convertidores o rectificadoras Secundarias: Receptoras Reductoras Elevadoras Distribuidoras De enlace Por su construcción: Tipo Intemperie Tipo Interior Tipo Blindado 7
Subestación receptora y de enlace: Cuando se interconecta a una o varias subestaciones que permiten el respaldo de suministro eléctrico. Subestación transformadora: Destinada a modificar los parámetros eléctricos de entrada y salida del sistema. Subestación convertidor: Destinada a convertir la corriente alterna en corriente continua, o viceversa. Subestación distribuidora: Destinada a distribuir la energía eléctrica sin modificar sus características eléctricas.
2.2.Elementos que constituyen una subestación. Se pueden clasificar en: Elementos Principales o Primarios:
Transformador. Interruptor de potencia. Restaurador. Seccionador fusible. Seccionador desconectadoras y seccionador de prueba. Apartarrayos. Tablero dúplex de control. Condensadores. Transformadoras de instrumento.
Elementos Secundarios:
Cables de potencia. Cables de control. Alumbrado. Estructura. Herrajes. Equipo contra incendio. Equipo de filtrado de aceite. Sistema de tierra. Carrier. Intercomunicación. Trincheras, ductos, conducto, drenajes. Cercas.
2.2.1. Transformador de Potencia. Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro al silicio. Las bobinas o devanados se denominan 8
“primario y secundario” según correspondan a la tensión alta o baja, respectivamente.
También existen transformadores con más devanados, en este caso puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. Se denomina transformador a una máquina electromagnética que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño
2.2.1.1. Pruebas a realizar al transformador. Las pruebas mínimas que deben efectuarse a los transformadores antes de la instalación: 1. Inspección del aparato. Se verifica el cumplimiento de las normas y especificaciones. 2. Aceite aislante. Se debe verificar la rigidez dieléctrica y la acidez. 3. Resistencia de aislamiento. Se mide con un megger, la medición se efectúa en tres pasos, primero se mide la resistencia de los devanados entre alta y baja tensión, después se mide alta tensión y tierra y finalmente en baja tensión y tierra. 4. Inspección del alambrado de control. Se comprueba la continuidad y la operación de los circuitos de control, protección, medición, señalización, sistema de enfriamiento, cambiador de derivaciones y transformadores de instrumentos. 5. Relación de transformación. Esta prueba se efectúa para determinar que las bobinas han sido fabricadas, de acuerdo con el diseño y con el número de vueltas exacto. 6. Polaridad. Se requiere su comprobación para efectuar la conexión adecuada de los bancos de transformadores. 7. Potencial aplicado. Sirve para comprobar el aislamiento de los devanados con respecto a tierra. Consiste en juntar por un lado todas la terminales del devanado que se va aprobar y,
9
por otro lado, se conectan entre si todas las terminales de los otros devanados y estas a su vez se conectan a tierra. 8. Potencial inducido. Sirve para comprobar el aislamiento entre espiras y entre secciones de los devanados. Consiste en inducir entre las terminales de un devanado, en una tensión doble de la nominal durante un minuto, y una frecuencia al doble de la nominal, para que no se sature el núcleo. 9. Perdidas en el hierro y por ciento de la corriente de excitación. Estos valores se indican en las especificaciones de acuerdo con sus valores máximos permitidos, que se llaman valores garantizados. 10. Perdidas de carga y por ciento de impedancia. También se fijan valores garantizados y se cobran multas en caso de pérdidas superiores a las. 2.2.2. Transformadores de Medición y Protección. Son dispositivos electromagnéticos cuya función principal es reducir a escala, las magnitudes de tensión y corriente que se utilizan para la protección y medición de los diferentes circuitos de una subestación, o sistema eléctrico en general. Los aparatos de medición y protección que se montan sobre los tableros de una subestación no están constituidos para soportar ni grandes tensiones, ni grandes corrientes. Con el objeto de disminuir el costo y los peligros de las altas tensiones dentro de los tableros de control y protección, se dispone de los aparatos llamados transformadores de corriente y potencial que representan, a escalas muy reducidas, las grandes magnitudes de corriente o de tensión respectivamente. Normalmente estos transformadores se construyen con sus secundarios, para corrientes de 5 [A] o tensiones de 120 [V]. 2.2.2.1. Transformador de Potencial.
10
Son aparatos en que la tensión secundaria, dentro de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque ligeramente desfasada. Desarrollan dos funciones: transformar la tensión y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión. El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario se conecta en paralelo con las bobinas de tensión de los diferentes aparatos de medición y protección que se requieren energizar. Estos transformadores se fabrican para servicio interior y exterior, y al igual que los de oriente, se fabrican con aislamientos de resinas sintéticas para tensiones bajas o medias, mientras que para altas tensiones se utilizan aislamientos de papel, aceite y porcelana. A diferencia de los aparatos de corriente, los de potencial se construyen de un solo embobinado secundario. 2.2.2.2. Transformador de Corriente. Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a la corriente primaria, aunque ligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de función; transformar la corriente y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión. El primario del transformador se conecta en serie con el circuito por controlar y el secundario se conecta en serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados
11
Un transformador de corriente puede tener uno o varios secundarios, embobinados a su vez sobre uno o varios circuitos magnéticos. Si el aparato tiene varios circuitos magnéticos, se comporta como si fueran varios transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que requieran mayor precisión, y los demás se pueden utilizar para protección. Por lo tanto, conviene que las protecciones diferenciales y de distancia se conectan a transformadores independientes. La tensión del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuando menos, al igual a la tensión más elevada del sistema al que va a estar conectado. Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con relevadores estáticos se requieren núcleos que provoquen menos saturaciones que en el caso de los relevadores de tipo electromagnético, ya que las velocidades de respuesta de las protecciones electrónicas son mayores. 2.2.3. Capacitores. Son unos dispositivos eléctricos formados por dos láminas conductoras, separadas por una lámina dieléctrica y que al aplicar una diferencia de tensión almacenan carga eléctrica.
Los capacitores de alta tensión están sumergidos, por lo general, en líquidos dieléctricos y todo el conjunto está dentro de un tanque pequeño, herméticamente cerrado. Sus dos terminales salen al exterior a través de dos boquillas de porcelana, cuyo tamaño dependerá del nivel de tensión del sistema al que se conectaran. Una de las aplicaciones más importantes del capacitor es la de corregir el factor de potencia en líneas de distribución y en instalaciones industriales, aumentando la capacidad de transformación de las líneas, el aprovechamiento de la capacidad de los transformadores y la regulación del voltaje en los lugares de consumo. 2.2.3.1. Banco de Capacitores. En las instalaciones industriales y de potencia, los capacitores se instalan en grupos llamados bancos. 12
Los bancos de capacitores de alta tensión generalmente se conectan en estrella, con neutro flotante y rara vez con neutro conectado a tierra. El que se utilice uno u otro tipo de neutro, depende de las consideraciones siguientes:
2.2.3.1.1.
Conexión del sistema a tierra. Fusibles de capacitores. Dispositivos de conexión y desconexión. Armónicas.
Conexiones a tierra. En sistemas eléctricos con neutro aislado, o conectado a tierra a través de una impedancia, como en el caso del sistema central mexicano, los bancos de capacitores deben conectase a tierra. Para obtener el beneficio óptimo de la aplicación de capacitores en el sistema de la distribución, los capacitores deben localizarse donde produzcan la máxima reducción de pérdidas, mejores niveles de voltaje y estén tan cercanos a la carga como sea posible. Cuando esto no sea práctico, las siguientes reglas de dedo se aplican para la localización de los capacitores:
a) Para las cargas uniformemente distribuidas, el capacitor debe ubicarse a dos terceras partes de la subestación. b) Para carga que disminuye uniformemente, el capacitor debe ubicarse en medio de la longitud del alimentador. c) Para elevar el voltaje al máximo, el capacitor debe ubicarse al final del alimentador. Más específicamente, se requieren capacitores donde se presentan bajos voltajes o donde se tengan problemas de bajo factor de potencia. 2.2.4. Pararrayos. Son unos dispositivos eléctricos formados por una serie de elementos resistivos no lineales y explosores que limitan la amplitud de las sobretensiones originadas por descargas atmosféricas, operación de interruptores o desbalanceo de sistemas.
13
Un dispositivo de protección efectivo debe tener tres características principales:
Comportarse como un aislador mientras la tensión aplicada no exceda cierto valor determinado. Convertirse en conductor al alcanzar la tensión de ese valor. Conducir a tierra la onda de corriente producida por la onda de sobretensión.
Una vez desaparecida la sobretensión y restablecida la tensión normal. El dispositivo de protección debe de interrumpir la corriente. Estas características se logran con el aparato llamado Apartarrayos (Pararrayos). Los pararrayos cumplen con las siguientes funciones: a) Descargar las sobretensiones cuando su magnitud llega al valor de la tensión disruptiva del diseño. b) Conducir a tierra las corrientes de descarga producidas por las sobretensiones. c) Debe desaparecer la corriente de descarga al desaparecer las sobretensiones. d) No deben operar con sobretensiones temporales, de baja frecuencia. e) La tensión residual debe ser menor que la tensión que resisten los aparatos que protegen. La función del pararrayos no es eliminar las ondas de sobre tensión, sino limitar su magnitud a valores que no sean perjudiciales al aislamiento del equipo. 2.2.4.1. Características principales que debe tener el pararrayos instalado: a. Presentar una impedancia alta o infinita a tensión nominal para minimizar las pérdidas en condiciones normales. b. Presentar una impedancia baja durante la ocurrencia de los transitorios (sobretensión) para limitar la tensión y proteger el sistema o equipos instalados (aislamiento, transformadores, etc.). c. Drenar la corriente de la descarga y extinguir el arco de potencia durante el transitorio en 60 Hz sin presentar daño alguno. d. Regresar a las condiciones de circuito abierto (alta impedancia) después del transitorio. 2.2.5. Interruptores de Potencia.
14
El interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de la continuidad del circuito eléctrico bajo carga, en condiciones normales, y esta es su función principal, bajo condiciones de corto circuito. Sirve para insertar o retirar de cualquier circuito energizado, máquinas, aparatos, líneas aéreas o cables. El interruptor es, junto con el transformador, el dispositivo más importante de una subestación, su comportamiento determina el nivel de confiablidad que se puede tener en un sistema eléctrico de potencia. El interruptor debe ser capaz de interrumpir corriente eléctrica de intensidades y factores de potencia diferentes, pasando desde la corriente capacitiva de varios cientos de amperes y las inductivas de varias decenas de kilo amperes (corto circuito). El fenómeno de interrupción aparece al iniciarse la separación de los contactos, apareciendo un arco a través de un fluido, que lo transforma en plasma y que provoca esfuerzo en las cámaras, debido a las altas presiones y temperaturas. Al interrumpirse la corriente, durante el paso de la onda por cero, aparece entre los contactos la llamada tensión transitoria de restablecimiento.
Durante la interrupción del arco, aparecen los siguientes fenómenos: a) Altas temperaturas debido al plasma creado por el arco. b) Altas presiones debido a la alta temperatura del plasma. c) Flujo turbulentos del gas que adquiere velocidad variable entre 100 y 1000 metros entre segundo y que producen el soplado del arco, su alargamiento y, por lo tanto, su extinción. d) Mesas metálicas en movimiento (contacto móvil) que se aceleran en poco milésimas de segundo hasta adquirir velocidad de orden de 10 metros/ segundo en tres segundos. e) Esfuerzos mecánicos debido a la corriente de cortocircuito. f)
Esfuerzos dieléctricos debido a la tensión de restablecimiento.
Los interruptores se pueden clasificar:
Interruptores de gran volumen de aceite (GVA).
Interruptores de pequeño volumen de aceite (PVA).
Interruptores de hexafloruro de azufre (sf6).
Interruptores neumáticos.
Interruptores en vacío.
15
2.2.6. Seccionadores.
Son dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalación eléctrica, para efectuar maniobras de operación o bien para darles mantenimiento. Los seccionadores pueden abrir circuitos bajo la tensión nominal pero nunca cuando está fluyendo corriente a través de ellas, antes de abrir un juego de seccionador siempre deberá abrirse primero el interruptor correspondiente. La diferencia entre un juego de seccionador y un interruptor, considerando que los dos abren o cierran circuitos, es que los seccionadores no pueden abrir un circuito con corriente y el interruptor si puede abrir cualquier tipo de corriente, desde el valor nominal hasta el valor de cortocircuito. Hay algunos fabricantes de seccionador que añaden a la cuchilla una pequeña cámara de arqueo de que la permite abrir solamente los valores nominales de la corriente del circuito.
6
Componentes: Las seccionador están formadas por una base metálica de lámina galvanizada con un conector para puesta a tierra; dos o tres columnas de aisladores que fijan el nivel básico de impulso, y encima de estos, la cuchilla. La cuchilla está formada por una navaja o parte móvil y la parte fija, que es una mordaza que recibe y presiona la parte móvil
Las seccionador, de acuerdo con la posición que guarda la base y la forma que tiene el elemento móvil, pueden ser; 1. 2. 3. 4.
Horizontal. Horizontal invertida. Vertical. Pantógrafo.
2.2.7. Reactores. El Reactor, absorbe los reactivos regulando el voltaje, además de compensar las líneas de transmisión que por su longitud generan reactivos capacitivos. Estos se construyen tanto en unidades monofásicas como en unidades trifásicos; su apariencia física es muy parecida a la 16
de los transformadores de potencia, su capacidad se determina en Amperes reactivos).
´
. (Megavolts-
Básicamente consisten en una bobina arrollada sobre un núcleo de acero, pudiendo ser este núcleo seccionado o sólido. La aplicación de los reactores monofásicos son la de actuar como reactancia de puesta a tierra del neutro. Consiste en aumentar la impedancia en el neutro de un transformador o de una reactancia en paralelo (en líneas de Transmisión). Durante las fallas monofásicas a tierra, la reactancia limita la intensidad de falla en el neutro, mejorando la restauración del servicio en la línea eléctrica, mediante un esquema de disparo y cierre monopolar. Son bobinas que se utilizan para limitar una corriente de corto circuito y poder disminuir en esta forma la capacidad interruptiva de un interruptor; otra función de los reactores es la corrección del factor de potencia en líneas muy largas, cuando circulan corrientes de cargas muy bajas, en este caso los reactores se conectan en derivación. En el caso de subestaciones, los reactores se utilizan principalmente en el neutro de los bancos de transformadores, para limitar la corriente de corto circuito a tierra. En algunas ocasiones se utilizan en serie con cada una de las tres fases de algún transformador, para limitar la corriente de corto circuito trifásica. Los reactores, según su capacidad, pueden ser de tipo seco para potencias reactivas pequeñas, o del tipo sumergido en aceite para potencias elevadas, en cuyo caso tienen núcleo y necesitan estar encerrados en un tanque de lámina; sus terminales salen a través de boquillas de porcelana y necesitan a veces sistemas de eliminación del calor generado por las pérdidas internas del aparato. 2.2.8. Banco de Baterías. Son bancos de baterías estacionarios con capacidad para suministrar potencia en corriente directa a los esquemas de protección, control, señalización y todo lo que requiera de corriente directa a través de centros de carga. Estos bancos de baterías deben estar alimentados por su cargador - rectificador que convierte la corriente alterna en corriente directa para la carga de los mismos. Se denomina batería a un conjunto de celdas conectadas en serie. La tensión nominal de la batería viene dada por la suma de las tensiones de cada una de las celdas. 2.3.Conexiones de barras. La forma como se distribuyen los elementos o equipos que conforman una subestación, así como el orden que se sigue para lograrlo, en función de las actividades que se llevaran a cabo en la subestación, cumpliendo con las distancias establecidas y el arreglo eléctrico dado por el diagrama unifilar, constituyen parte de las características que rigen un esquema de barras de una subestación. Comúnmente una subestación se compone por un número definido de circuitos semejantes, llamados bahías o posiciones, las que pueden incluir una parte del sistema de barras, del conjunto de interruptores, o de transformadores. 17
El tamaño de la subestación, o el nivel de voltaje de trabajo, es otro factor que determina el grado de complejidad en el arreglo de una subestación de alto voltaje. Sin embargo, en todos los casos, la manera más fácil de conectar cierto número de circuitos a niveles de voltaje iguales, es unir éstos a una barra. Existen distintos tipos de configuraciones, guiados a mejorar la flexibilidad en las operaciones de los sistemas, facilitar el mantenimiento de los elementos que lo constituyen y mejorar la seguridad, tanto de la subestación como de aquellos que en ella se desempeñan. Algunas de estas configuraciones presentan ventajas sobre otras, pero pueden incurrir en gastos mayores. 2.3.1. Barra Simple. Es el esquema más simple y más económico, que se usa en pequeñas subestaciones de distribución en mediano o bajo voltaje, no suele utilizarse para subestaciones grandes, ya que la dependencia de una sola barra en ocasiones puede producir discontinuidad en el servicio eléctrico, como en el caso de falla de la barra o de un disyuntor. Todas las llegadas o salidas se conectan vía un equipo de mando a una única barra. Es un esquema sencillo, pero muy rígido. Si es necesario hacer algún mantenimiento en las barras, se deben sacar de servicio todas las derivaciones, u operar en caliente, lo que repercute en la seguridad del personal encargado de mantenimiento. El número de circuitos que quedan fuera de servicio se puede disminuir si se divide la barra en varias secciones mediante interruptores. Es aconsejable en barras con no más de 3 derivaciones.
2.3.2. Barra seccionada. Es similar al esquema de barra simple, pero en este caso la barra principal está divida en 2 o 3 sectores, interconectados entre si vía un interruptor de acople. Permite mayor flexibilización en la operación de barras, y un mejor equilibrio de cargas entre las derivaciones. Otro esquema se forma al aumentar a la barra seccionada un bypass a los equipos de corte y seccionamiento de las líneas.
18
2.3.3. Doble Barra. 2.3.3.1. Doble Barra, Doble Disyuntor. Este esquema hace uso de dos disyuntores por cada alimentador, que en condiciones normales se encuentran conectados a ambas barras, pero otras veces pueden dividirse en igual número de circuitos en cada barra, posibilitando que durante una falla en una de las barras o del disyuntor automático, solo la mitad de la subestación salga de servicio. Debe existir cierta coordinación en la disposición de las barras, de modo tal que durante una falla, ésta no se extienda a ambas barras. Si bien el costo de implementar este esquema es elevado por los dos disyuntores por alimentador, el nivel de confiabilidad es alto cuando ambas barras están alimentando a todos los circuitos de la subestación.
2.3.3.2. Doble barra principal interruptor simple. Como en el esquema de doble barra con dos disyuntores, este esquema utiliza dos barras principales, pero cada alimentador cuenta con un par de seccionadores para seleccionar una u otra barra. Un disyuntor junto a un par de seccionadores asociados (acoplamiento) pueden conectar ambas barras entre sí, permitiendo la transferencia de un circuito desde una barra a otra, sin necesidad de interrumpir el servicio. Los circuitos pueden alimentarse desde una sola barra, estar divididos entre ambas barras, o estar conectados a ambas 19
barras, con el disyuntor de acoplamiento cerrado, pero para este tipo de maniobras, se requiere que las protecciones posean una coordinación muy selectiva, para evitar que la subestación completa salga fuera de servicio ante una falla en alguna de las barras.
2.3.3.3. Doble barra principal interruptor y medio. Esta configuración se llama también de “3 campos” porque tiene 3 campos en serie
conectados a las barras principales. Por cada 2 circuitos convergentes, hay 3 interruptores, o sea 1,5 interruptores por cada circuito: de ello proviene e l nombre “interruptor y medio”. En funcionamiento normal, todos los interruptores están cerrados, con ambas barras energizadas. Para desconectar un circuito convergente, hay que abrir los dos interruptores adyacentes. Este sistema combina la seguridad y facilidades de puenteo de un sistema en malla con la flexibilidad de la doble barra, permitiendo obviar el uso de un disyuntor de acoplamiento entre ambas barras. Para cubrir todas las situaciones de desconexión, los disyuntores deben ser capaces de manejar corrientes combinadas de las cargas de dos circuitos.
20
2.3.4. Barra tipo Anillo.
Existe una barra con varios acoples con interruptores, es una barra que se cierra sobre sí misma. Permite mucha flexibilidad de traspaso de cargas de una barra a otra, logrando equilibrios de cargas, así como respaldo ínter derivaciones. El esquema en anillo brinda una seguridad mayor que el sistema de barra simple, ya que cuenta con múltiples alternativas para guiar la electricidad alrededor del anillo, aunque el resultado de una falla en las barras es parecido al que se obtiene en el esquema de barra simple. La diferencia está en que en el esquema en anillo una falla puede ser aislada del sistema operando convenientemente la subestación, pudiendo restablecer el servicio a una gran cantidad de alimentadores. El espacio físico requerido para este esquema, es mayor que el de barra simple, razón por la que no es común en subestaciones de voltajes muy elevados. Suelen construirse subestaciones con esquemas en anillo cuando es muy probable la expansión; para más de cinco alimentadores, generalmente este esquema se convierte en un esquema de uno y medio interruptor. 2.4.Coordinación de Aislamiento. Los sistemas eléctricos están sujetos a sobre tensiones que se pueden modificar en función de los parámetros del sistema eléctrico, debe existir una coordinación razonable entre las sobretensiones existentes, los aislamientos autorrecuperables, los aislamientos de los equipos eléctricos y el nivel de respuesta de los descargadores. Asimismo los aislamientos autorrecuperables de las máquinas se deben diseñar de tal manera que no existan puntos vulnerables para dichas solicitaciones dieléctricas transitorias. Es importante también conocer las pruebas finales de evaluación de los aislamientos de las máquinas, componentes y equipos de alta tensión.
21
2.4.1. Sobretensiones. Es cualquier voltaje dependiendo del tiempo, entre fases o fase y tierra, teniendo un valor pico o valores que excedan al correspondiente valor pico derivado de la tensión más alta del tiempo. Las tensiones que ocurren en un sistema son usualmente divididas por definición en tres grupos: sobretensiones temporales, sobretensiones de maniobra y sobretensiones atmosféricas, tal como se muestra en la figura 1. Las dos primeras se consideran como de origen interno, mientras que la tercera se considera de origen externo. En la figura se pueden visualizar los rangos de amplitud y duración de estos tipos de sobretensiones 2.4.1.1. Sobretensiones Temporales. Las sobretensiones temporales son a frecuencia industrial o muy cercana a la frecuencia industrial y no muy amortiguadas o suavemente amortiguadas. Ellas están asociadas principalmente a pérdidas de cargas, fallas a tierra y resonancia de diferentes tipos. En un sistema bien disecado las amplitudes de las sobretensiones temporales no deben exceder 1.5 y su duración debe ser menor de 1 .
..
[]
En la coordinación de aislamiento, las sobretensiones temporales son de gran importancia porque ellas determinan las características nominales de lo pararrayos y, por lo tanto, también los niveles de protección factibles. En la figura, se muestran las sobretensiones temporales más altas en una fase no fallada durante una falla monofásica a tierra como una función de las impedancias de secuencia positiva y secuencia cero de un sistema. “sobretensión temporal más alta, expresada en p.u. para un caso específico es llamada ‘factor de falla a tierra “y caracteriza las condiciones de
tierra del sistema en cuestión 22
2.4.2. Sobretensiones de Maniobra.
.
Las sobretensiones de maniobra están asociadas a todas las operaciones de maniobra y fallas en un sistema. Sus altas amplitudes están generalmente en el rango de 2 a 4 dependiendo mucho de los valores reales diseño del sistema y de los medios para limitarlos. La forma de onda puede variar mucho, pero puede ser representada por una oscilación de alguno cientos a algunos miles de ciclos, superpuesta en una onda a frecuencia industrial, o por una onda doble exponencial con un tiempo de frente de 10 a 1000 ].
[
La figura presenta una indicación de las magnitudes de los transitorios de maniobra que pueden aceptarse es sistemas de potencia con niveles de aislamiento normales. Estas amplitudes son mostradas como una banda, aproximadamente 15% por debajo de los niveles de aislamiento a la maniobra (BSL o SIWL) económicos y recomendados por la IEC con un rango de 3.5 a 4 aproximadamente a y menores, hasta aproximadamente 2 a
. . 800 []
145 []
2.4.3. Sobretensiones Atmosféricas.
Las sobretensiones atmosféricas de amplitudes grandes pueden entrar a una subestación como resultado de descargas atmosféricas directas a una línea o como flameos inversos en una torre.
23
3.1.Cálculos eléctricos. 3.1.1. Diagrama Unifilar.
3.1.2. Configuración de conexiones de la subestación.
24
Ubicación de la Subestación, La instalación de la subestación se realizara en las cercanías de la ciudad de sucre, lado
La subestación es del tipo intemperie y de Maniobra o seccionador de circuitos, lo cual exige que la subestación tenga una superficie amplia, teniendo las exigencias de la subestación la superficie de la subestación tendrá un área ,
150200 []
25
3.1.3. Calculo de Corrientes de Línea. Los cálculos se realizaran mediante la relación:
√ 3· 100· 1 0 200·√ 3 ·6,109[[[]]] 8,367 [] √ 3 ·7,2 [] 16,037[] 100· 1 0 , √ 3 ·7,2 [[]] 8,018 [] 100· 1 0 , √ 3 ·72 [[]] 0,8018 [] 200· 1 0 , √ 3 ·230[[]] 0,502[] , 200·√ 3 ·6,109[[]] 16,734[] , 150·√ 3 ·7210[[]] 1,202 [] 150· 1 0 , √ 3 ·240[[]] 0,3608 [] 2· 1 0· 1 0 √ 3 ·69 [[]] 167,348[] 7·5·10 √ 3 ·115[[]] 175,715[] 7, 5 · 1 0 √ 3 ·230[[]] 18,826[]
Corriente de los Generadores:
Corrientes Primarias y Secundarias admisibles de los Transformadores. o Transformador # 1:
o
Transformador # 2:
o
Transformador # 3:
Corrientes demandadas en la Subestaciones:
26
Corriente demanda:
100· 1 0 18, 8 26 269, 8 47 [ ] 3 · 2 30 √ : , 360, 8 [ ] , 502 [] : 801,8 167,348634,452[] 502360, 167,348 [] 8 141, 2 [ ] 269,,8360, 8 [ ] 47141,2128,647 []
3.1.4. Selección de Conductores.
Con las corrientes Nominales de los Transformadores, se procederá a la selección de los conductores, con la capacidad de corriente permisible por los mismos: o
LÍNEA 1: Tiene las siguientes corrientes probables:
801,8 167,348634,452[]
Teniendo en cuenta que la máxima corriente del transformador será toda la corriente del Generador 1, teniendo la conexión Línea-carga, por tanto:
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL CONDUCTOR Área Aluminio: Área Acero: Sección Cable: Clave del conductor: Resistencia Mecánica: Peso del conductor: Radio Medio Geométrico: Composición: Resistencia Eléctrica:
,, [[]] , [] [ ] ⁄ [ ] , [ ] , [⁄] ° Dove – 556,5 AWG - ACSR
27
Corrección de la Resistencia:
·1 ·∆·1 7, 5 · · ·10− [Ω⁄] : : . : : . : 0,003718 [1/º] ∆:: , 24 [º]. 0,0999·10,003718·2420·17,5·50 ·102 · 328,05 ·10− 2,3164 [Ω⁄] 2,3164·375[]868,65 [Ω] 167,348 [] ,, [[]] , [] [ ] ,,[[]⁄] , [⁄ ] ° :
Por tanto la Resistencia de la Línea # 1 será:
o
LÍNEA 2:
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL CONDUCTOR
Área Aluminio: Área Acero:
Sección Cable:
Clave del conductor:
Grouse – 80 HS AWG - ACSR
Resistencia Mecánica: Peso del conductor:
Radio Medio Geométrico: Composición:
Resistencia Eléctrica:
28
Reemplazando los parámetros en la ecuación de Corrección de Resistencia:
º 0,674·10,003718·2420·17,5·50 ·102 · 54,67 ·10− º 1,621 [Ω⁄]
Por tanto la Resistencia de la Línea # 1 será:
o
LÍNEA 3:
1,621·125 [] , [] 269,847141,2128,647 [] ,, [[]] , [] , [][⁄] , [] ,[⁄] ° CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL CONDUCTOR
Área Aluminio: Área Acero:
Sección Cable:
Clave del conductor:
Swan – 4 AWG - ACSR
Resistencia Mecánica: Peso del conductor:
Radio Medio Geométrico: Composición:
Resistencia Eléctrica:
Reemplazando los parámetros en la ecuación de Corrección de Resistencia:
º 1,32·10,003718·2420·17,5·50 ·102 · 24,687 ·10− º 2,483 [Ω⁄] 0,621·150 [] , []
Por tanto la Resistencia de la Línea # 1 será:
29
o
LÍNEA 4:
360,8 [] ,, [[]] , [] [ ] ,,[[]⁄] , [⁄ ] °
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL CONDUCTOR Área Aluminio: Área Acero: Sección Cable: Clave del conductor: Resistencia Mecánica: Peso del conductor:
Waxwing – 266,8 AWG - ACSR
Radio Medio Geométrico: Composición: Resistencia Eléctrica:
Reemplazando los parámetros en la ecuación de Corrección de Resistencia:
º 0,211·10,003718·2420·17,5·50 ·102 · 142,709 ·10−
º 1,3256 [Ω⁄] Por tanto la Resistencia de la Línea # 1 será:
1,3256·187,5 [] , [] 30
o
LÍNEA 5:
141,2 [] ,, [[]] , [] [ ] ,,[[]⁄] , [ ⁄ ] °
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DEL CONDUCTOR Área Aluminio: Área Acero: Sección Cable: Clave del conductor: Resistencia Mecánica: Peso del conductor:
Sparate – 2 AWG - ACSR
Radio Medio Geométrico: Composición: Resistencia Eléctrica:
Reemplazando los parámetros en la ecuación de Corrección de Resistencia:
º 0,819·10,003718·2420·17,5·50 ·102 · 42,203 ·10− º 3,5007 [Ω⁄] 3,5007 ·250 [] , []
Por tanto la Resistencia de la Línea # 1 será:
Corrientes verdaderas en el secundario de los transformadores # 1 y 2:
´, · 8,018· 7,722 801,8 [] ´, · 16,037· 2306,9 481,11 [] # # []
3.2.Corrientes de Falla. 3.2.1.
31
[]. 100 [7,2] 69· 72 6,9 [] 69[115] 69· 69 115[] 115· 230115 230 [] 230· 2306,9 6,9 [] : + 0, 1 5· 6,6,99 ·100 0, 1 500 . 100 + 0, 1 2· 7,6,29 ·100 200 0,0653 . : + 0, 1 · 7,6,29 ·100 0, 1 088 . 100 ·100 0,0550 . + 0, 1 1· 230 230 200 + 0,115·7269 ·100150 0,0834 . 4 5 15 [] 100 + 0, 1 · 6969 ·3515 0, 2 000 . 100 0,2200 . + 0, 1 2· 7,6,29 ·3515
Cálculos de Tensiones Base para cada zona de distinto nivel de tensión, con Potencia Base
3.2.1.1. Impedancias de Secuencia Positiva.
Para los transformadores se tendrá una reserva de ya que estos alimentan a la ciudad de Sucre y esta tiene un crecimiento constate en el desarrollo de sus industrial, por lo que la demanda crecerá en un futuro próximo.
32
++ 868,65·10069100 18,2451 . + 202,625·10069 4,2559 . + 372,451·230100 0,7040 . + 248,557·230100 0,4698 . 875,175·230 1,6543 . 100 + 405 0,2469 . ∗ ̅ − , .,º ∗ 69 , , . + + 10230∡ 31,∡70º883º + + 115+ +∗ + + + 5230∡ 31,∡70º883º ,, . ∗ ,, . + 7,5∡1∡31,0º7883º
Impedancias de las Líneas de Transmisión.
.
Impedancias de las Cargas.
Se considerara una factor de Potencia de Por tanto:
3.2.1.2. Impedancias de Secuencia Negativa. Las impedancias de Secuencia Negativa son se igual Magnitud y Angulo que las impedancias de Secuencia Positivas. 3.2.1.3. Impedancias de secuencia Cero.
33
: 131 · 0,15000,0500 . 3 · 0,0653 0 , 0 217 . : 0,0,885·5· 0,0,10088 0 , 0 924 . 0 , 0 467 . 0,024· 0,0550 834 0 , 0 020 . 0,0,0024·24· 0,0,22000 0 , 0 048 . 2000,0052 . Impedancias de las Líneas de Transmisión.
3· 18, 2 451 5 4, 7 353. 4, 2 559 1 2, 7 677. 3· 3· 0, 7 040 2 , 1 120. 3· 0, 4 698 1 , 4 094 . 3· 1,65434,9629 . 100 + 202,5 2· 0,24690,00002716. .
3.2.1.4. Reducción de los Diagramas de Secuencia. 3.2.1.4.1. Secuencia Positiva y Negativa.
0,0,10500 0, 1 088 0 , 2 588 . 653 0, 0 550 0 , 6 153 . , ·∥, 0,0852 0,053 0,04250,0265 . · 0,0984 . · 0,0147 . 0,7040 0,20210,0147 . 0,7187 . 18, 2 451 0, 0 834 1 8, 3 285 . , ∥0,,472 0∥,0293,0,∥0036875 , ∥, ∥, ∥, 0,000228 . 2
34
·· 0,2428 . · 0,0683 . 18,3285 0,10450,.242818,5713 . · 0,0984 0 , 1 045 0, 2 029 . · 0,2525 . · 0,0028 . 0,0683 0,19800,.19800,2663 . ·,4,25599,03,066 2525− 4,50084,0052.. ·, − − · ,, 6,133 11,37 . ,0,46986,0,01037 0 , 0 002 . 6,133− 0,433698−.11,37− ·· 0,000360,0003 . · 0,000360,0247 . 0, 0,03415 034150,028786, 0,02878 .133 − 0,4698 0,034150,49858 . ·0,00,0036027690,0247 4 , 5 0840, 0 0036 4 , 5 331 . 0 , 4 489 . · · 0,000020,00468 . ∥ 0, 00003 0, 0 0051 . 0, 0 000372 0 , 0 07243 . 0,00003720,0072430,000020,0468 + − ,, ≈, . 35
3.2.1.5. Impedancia de secuencia cero.
· 0,25318 . · 0,04626 . · 0,0003 . 2,514,120 0 , 0 4626 2 , 1 582 . 73530,002054,7373 . · 0,00018 . · 0,8525 . · 0,00012 . 504,,275318 37300,0,00018 5 4, 7 374 . 0012 0, 2 533 . · 0,00957 . · 0,03426 . · 2,0671 . 2,9196.12,7872 . ∥ 0,0002919 . 0,00029190,03426, . √ 3 · 100·√ 3·21300 251,021 []
Teniendo las impedancias de secuencia, se calculara la Corriente base de los sistemas para la falla #1:
36
3.2.2.
1 ·251,0214,6448 [] + · 0,054043 + 3·− · 0,0540430,03·1540430,034289 ·251,021 5,2892 [] 2,54· 2,54· 2,54·4644,854211,7979 [] √ 3 ·· √ 3 ·230·4,64481850,3568 [] √ 3 ·· / · 1,8 ·1850,35683330,6422 [] # # [] + 0−,05720,1.091 . 100· 1 0 √ 3 · √ 3·115 502,0437 [] + · 0,11091 ·502,04374,6016 [] + 3·− · 0,05720,3·105720,1091 ·502,0437 6,7388 [] 2,54· 2,54· 2,54·4,601611,6880[] √ 3 ·· √ 3 ·115·4,6016 916,5735 [] √ 3 ·· / · 1,8 ·916,57351649,8324 []
Corriente de Falla Trifásica:
Corriente de Falla Monofásica:
Corriente de cierre:
Capacidad Interruptiva:
Análogamente y procedimientos similares se tiene:
Teniendo las impedancias de secuencia, se calculara la Corriente base de los sistemas para la falla #2:
Corriente de Falla Trifásica:
Corriente de Falla Monofásica:
Corriente de cierre:
Capacidad Interruptiva:
37
3.2.3.
# # [] + 0−,054830,1736. . 100· 1 0 √ 3 · √ 3 · 6 9 836,7395 [] + · 0,11736 ·836,73954,819 [] + 3·− · 0,054830,03·154830,1436 ·836,7395 8,8618 [] 2,54· 2,54· 2,54·4,81912,2402[] √ 3 ·· √ 3 ·69·4,819575,9259 [] √ 3 ·· / · 1,8 ·916,57351036,6667 [] Análogamente y procedimientos similares se tiene:
Teniendo las impedancias de secuencia, se calculara la Corriente base de los sistemas para la falla #2:
Corriente de Falla Trifásica:
Corriente de Falla Monofásica:
Corriente de cierre:
Capacidad Interruptiva:
3.3.Nivel básico de Impulso. La constante de corrección por Altura. Se tiene por varios métodos, los cuales son: a) Brown Boveri:
1 11,25·10−1 ·ℎ1000 − 11, 2 5· 1 0 · 2 8101000 ,
b) IEC Método 1:
298 10− − 298 10 · · 76 [ ] 76 1 5 0,84 0,84 24273, 0,84 ,
38
Método 2:
Método 3:
1
/ − / 298 · 10 ,
76 24273,15 −·− 0,8008 −·−
Para coordinación de Aislamiento a impulso Atmosférico.
c) Commonwealth Associates Inc:
La densidad relativa del Aire es obtenida por un trazo en la gráfica de Densidad relativa del Aire mostrada en los Anexos: Trazando la recta, corta en:
0, 740,74 . . 0,85 0,8705
Para fines prácticos se empleara la constante de corrección por altura obtenida por el método de Brown Boveri.
%11,25 [/] , [] 350 [] · 0,1,8015438 ·350445,5481 [] 3% 11,3· 11,445,35·4810,03 463,6297 [] [] 550 []
Para la Constante de corrección por Humedad. Se tiene por la Grafica mostrada en Anexos. Con una Humedad relativa del
Con estos Datos, se tiene que el factor de corecico por Humedad para tensiones de impulso de polaridad positiva es de:
3.3.1. Subestación
Llamado también BIL es el valor de la cresta de onda de sobretensión por rayo: La corrección por altura viene dada por:
Para la Tensión Critica de Flameo se tiene una desviación por rayo del
3.3.2. Subestación Llamado también BIL es el valor de la cresta de onda de sobretensión por rayo:
39
La corrección por altura viene dada por:
· 0,1,8015438 ·550700,1471 [] 3% 11,3· 11,700,31·4710,03 728,5610 [] [] 850 [] · 0,1,8015438 ·8501082,0456 [] 3% 11,3· 11,1082,30·4560,03 1125,9579 []
Para la Tensión Critica de Flameo se tiene una desviación por rayo del
3.3.3. Subestación
Llamado también BIL es el valor de la cresta de onda de sobretensión por rayo:
La corrección por altura viene dada por:
Para la Tensión Critica de Flameo se tiene una desviación por rayo del
3.3.4. Distancias de Dieléctricas.
Para la Constante de GAP se tiene k=550 para conductor a conductor. 3.3.4.1. Distancias Fase-Tierra.
3.3.4.2. Distancias Fase – Fase.
100%10% 463,728,55065297610 0,9272 [] 100%10%1125,55095791,4571[] 100%10% 550 2,2519 [] 1,1,88·0,·1,94272 1, 6 689 [ ] ] 571 2, 6 227[ 2·2,25194,5038 [] 40
3.3.5. Distancias de Seguridad. a) Distancias Horizontales:
0,1,942720, 9 1, 8 272 [ ] 5710,9 2,3571 [] 2,2519 0,93,1519 [] 0,1,942722, 3 3, 2 272 [ ] 5712,3 3,7571[] 2,2519 2,34,5519 [] ]≥3[ ℎℎ 2,2,330,0,00105·105·712,233, 53,05612[ ] 915[ ] ≥ 3[ ] ℎ 2,30,0105·2454,8725[]≥3[] ℎℎ 50, 0 125·72, 5 5, 9 062 [ ] 50, 0 125· 1 236, 5 375 [ ] ℎ 50,0125·2458,0625 [] ℎℎ 50, 0 06·72, 5 5, 4 35 [ ]≤6[ ] 50, 0 06·1235, 7 380 [ ]≤6[ ] ℎ 50,006·2456,4700 []≥6[] ℎ 5,4350/0,8154 6,6654[]≤6[] ℎℎ 6,5,74380/0, 8 154 70370[ ] ≤ 6[ ] 700/0,8154 7,9347[]≥6[]
b) Distancias Verticales:
c) Distancias Mínimas de las pares vivas de equipos sobre el suelo.
d) Distancias Mínimas de las barras colectoras sobre el suelo.
e) Distancias Mínimas de remates de línea de transmisión al piso.
:
3.3.6. Numero de Aisladores.
Teniendo en cuenta que la longitud Axial de un aislador estándar es de 14,6 [cm].
1,0,0,49571127246 6,3506→7 2,0,2519146 9,9801→10 0,146 15,4239→16
41
3.3.6.1. Longitud de la Cadena de Aisladores.
3.4.Protección contra sobretensiones. 3.4.1. Dimensionamiento de Pararrayos.
0,0,1146·101, 46·71,022460[[] ] 0,146·16 2,336 []
[] √ 3 72,√ 35 41,8578 [] · 1, 4 · 4 1, 8 57858, 6 010 [ ] : ñ 41,58,0,865788010 52,3222 [] 58,1,610105 50,9573 [] 1,1 53,2736 [] 53,2736·1,158,601 [] [] : · 2· : : , 700 []
3.4.1.1. Subestación de Tensión Continua de Operación:
Sobretensión Temporal:
Eligiendo la Mayor tensión e incrementando un 10% se tiene: Normalizando:
Para la impedancia tenemos:
La disposición de los conductores:
42
138· log ·log √ 2 1, 6 689· 2 1, 6 689· √ 138· log 54,67 ·log 10003 1000 , [] Por tanto la cir iente Nominal del Parar ayos es: 3· 82,2·3650932 5,4874[] [] : [] 0,2·81·00·12 ·300 0,2·8·3150127 ·30045, 9 [ ] 60 00· 12 350127 127 100%175,59 % [] = 2·177[ 1 00·]12 · 300 1272· 1 00· 6012 · 30015 = == ·100% 350177 177 ·100%, % Normalizando:
De la tabla de Características de Pararrayos del Libro Enrique Harper ´Elementos de diseño de una Subestación´ Tabla 6.1:
43
ó . 13 2 ·ℎ3· 13 · ℎ √ 48·ℎ· [] 13 2·73·20 7 √ 4 8· 7 · 2 035,3069[] 2 ℎ 2 7 20 3 ·ℎ 9 12 3 ·7 9 12 10,8938 [] [] √ 3 245√ 3 141,4508 [] ·1, 4 ·141, 4 508198, 0 311 [ ] : ñ 141,198,0,408508311 176,8135 [] 198,1,105311 172,2009 [] 1,1 180,0283 [] 180,0283·1,1198,0311[] [] : · 2· : : , 700 [] Los Equipos se ubicaran a 7 [m] de Altura y un vano de 20 [m]
a. Protección Lateral.
b. Protección Central.
3.4.1.2. Subestación de
Tensión Continua de Operación:
Sobretensión Temporal:
Eligiendo la Mayor tensión e incrementando un 10% se tiene: Normalizando:
Para la impedancia tenemos: La disposición de los conductores:
44
138· log ·log √ 2 4,5038· √ 2 4, 5 038· 138· log 42,203 ·log 10002,66 ( 1000 ) , [] Por tanto la cir iente Nominal del Parar ayos es: 3· 479,2·8650992 10,6316[] [] : [] 0,8· 0, 8 · 8 50517 · 3 00 2· 1 00· 12 2· 1 00· 22812 ·30012,86 [] 850541 541 100%64,41 % [] 228 10 = 2· 1 00· 12 · 300 5172· 1 00· 12 · 300 643,6 [] 6 = == ·100% 850643, 643,6 ·100%32,0559 % Normalizando:
De la tabla de Características de Pararrayos del Libro Enrique Harper ´Elementos de diseño de una Subestación´ Tabla 6.1:
45
ó . ℎ20tan30º [] 7 tan30º 41,641[] ℎ t0,an455· 7 0,ta5n45·20 17 []
Los Equipos se ubicaran a 7 [m] de Altura y un vano de 20 [m] c. Protección Lateral.
d. Protección Central.
3.5.Sistema de Puesta a Tierra.
Se obstara una puesta de tierra por malla: Por la relación de Onderdonk:
226,53· 1 · l n 1 [] 234
Con una corriente de falla Dinámica de 20 [kA], el tiempo de falla es menor a 1 seg. Por lo que en peores casos será 1 segundo, la tempera máxima permisible de soldadura es de 850 ºC, con una temperatura ambiente de 20 ºC, Reemplazando datos en la relación de Onderdonk:
[] [] 226,53· 1120000· l n 85020 1 23420 29,87 [] 33,63 [] ·· · []
Normalizando tendremos: conductor 2 AWG con
La longitud aproximada del conductor de cobre está dado por
Donde;
:
80 [Ω ] 1 2 ·ln ℎ·
Resistividad aparente del terreno, de tablas se tiene considerando una tierra tratada parecida al tipo Arcilla con una Humedad de 40% Para el Coeficiente de conformación de malla;
46
Donde:
:: ℎ:
Espaciamiento Diámetro de la barra conductor
Profundidad de la Malla
Para el diámetro se tiene:
1´´ 0,0254 [] 0,6560,172
El Factor de Corrección de la Irregularidad del flujo de corriente será:
:
Número de Conductores en paralelo en una dirección, la cual se tomara un solo conductor. Por tanto se tiene:
0,6560,172·10,828 0,5 [] 31 [] 0,5 2 ·ln 3·0,02540,189 80 [Ω]1,1 ·10000[] [] 0,189·0,828·24900· 45,73 [] 2 [] · · · [] 0,189·045,,828·73280·10000 2622,95 [] 4· · [Ω] : 55 []
Por tanto la longitud aproximada mínima del Conductor será; tomando un espaciamiento de y una profundidad de
Tensión de Contacto: tomando una longitud de barra de
Para la Resistencia de la Malla:
Por medio de Laurent e Nilman:
Donde:
= Área ocupada por la malla, se tomara una área de Numero de varillas de contacto a malla: 9 varillas
47
4·980 · 5·5 45,8073 2,46 [Ω] 3.6.Especificaciones de Equipos. Estas Especificaciones Técnicas establecidas los requisitos para el diseño de fabricación, pruebas de fábrica, pruebas en sitio y penalizaciones por incumplimiento de garantías técnicas para los equipos de potencia. Mientras no se indique explícitamente lo contrario dentro de estas especificaciones los equipos de potencia deben satisfacer las normas aplicables de la ICE, ANSI, ABNT, IEEE y NEMA.
⁄ []
3.6.1. Subestación 3.6.1.1. Transformador de Potencia:
Tipos de Transformador. Transformador de Potencia Clase de Instalación. Instalación a la intemperie. Tipo de Refrigeración. Refrigeración ONAF (Aire Forzado) Liquido Aislante. Aceite Artificial. Frecuencia Asignada. 50 [Hz] Potencia Asignada. 35 [MVA] Altura de operación. 2810 msnm. Tensión Asignada para el Arrollamiento Primario. Tensión primaria: 69000 [V] Tensión Asignada para el Arrollamiento Secundario. Tensión Secundaria: 115000 [V] Polaridad. Polaridad Sustractiva. Relación de Transformación Nominal.
Tensión de Cortocircuito.
115⁄69 5⁄3 ≅1,666 910 % ± 52 %
Arrollamiento donde estará ubicada en Cambiador de Taps. Arrollamiento de 115000 [V] Variación del cambiador de Taps. 48
72500 [] 123000 [] 350000 [ ] 550000 [] 140000[ ] 230000[]
Tensión Más Elevada para el Arrollamiento Primario.
Tensión Más Elevada para el Arrollamiento Secundario.
Tensión Soportada Por impulso de Rayo Onda completa.
Tensión Soportada asignada en corta duración a frecuencia industrial.
⁄ []
3.6.2. Subestación 3.6.2.1. Transformador de Potencia:
Tipos de Transformador. Transformador de Potencia Clase de Instalación. Instalación a la intemperie. Tipo de Refrigeración. Refrigeración OFAF (Aceite y Aire Forzado) Liquido Aislante. Aceite Artificial. Frecuencia Asignada. 50 [Hz] Potencia Asignada. 35 [MVA] Altura de operación. 2810 msnm. Tensión Asignada para el Arrollamiento Primario. Tensión primaria: 115000 [V] Tensión Asignada para el Arrollamiento Secundario. Tensión Secundaria: 230000 [V] Polaridad. Polaridad Sustractiva. Relación de Transformación Nominal.
Tensión de Cortocircuito.
115⁄69 5⁄3 ≅1,666 910 % ±52 % 123000 []
Arrollamiento donde estará ubicada en Cambiador de Taps. Arrollamiento de 115000 [V] Variación del cambiador de Taps. Tensión Más Elevada para el Arrollamiento Primario. Tensión Más Elevada para el Arrollamiento Secundario. 49
245000 [] 550000 [ ] 1050000 [] 230000[ ] 460000[]
Tensión Soportada Por impulso de Rayo Onda completa.
Tensión Soportada asignada en corta duración a frecuencia industrial.
3.6.3. Especificaciones de Transformadores de Medición y protección. Los transformadores de instrumentación serán para Medición y al mismo tiempo tendrán la capacidad para dispositivos de protección.
[] 69000 [] 120[] 575 →600:1
3.6.3.1. Alimentación 3.6.3.1.1. Transformador de Potencial
Tensión Nominal Primario.
Tensión Nominal Secundario.
Relación de Transformación Nominal.
350000[ ] 140000 []
Nivel de Aislamiento. Onda Completa: Frecuencia Industrial: Clase de exactitud. 0,3% Medición Altura de instalación. 2810 msnm. Carga Nominal. Todos los instrumentos y conductores secundarios: Polaridad. Transformador Capacitivo Sustractivo
5 []
Frecuencia de servicio. 50 [Hz] Uso e Instalación. Medición y Protección a la intemperie. Cantidad. 3 piezas.
3.6.3.1.2. Transformador de Corriente.
167,348[]
Corriente Nominal Primario. 50
5[ ] 33,46 →40:1
Corriente Nominal Secundario.
Relación de Transformación Nominal.
350000[ ] 140000 []
Nivel de Aislamiento. Onda Completa: Frecuencia Industrial: Clase de exactitud. 0,3% Medición /8% Protección Altura de instalación. 2810 msnm. Carga Nominal. Todos los instrumentos y conductores secundarios: Polaridad. Transformador Sustractivo Frecuencia de servicio. 50 [Hz] Uso e Instalación. Medición y Protección a la intemperie. Cantidad. 3 piezas.
[] 115000 [] 120 [] 958→1000:1
12.5 []
3.6.3.2. Alimentación 3.6.3.2.1. Transformador de Potencial
Tensión Nominal Primario. Tensión Nominal Secundario. Relación de Transformación Nominal.
550000[ ] 230000 []
Nivel de Aislamiento. Onda Completa: Frecuencia Industrial: Clase de exactitud. 0,3% Medición Altura de instalación. 2810 msnm. Carga Nominal. Todos los instrumentos y conductores secundarios: Polaridad. Transformador Capacitivo Sustractivo Frecuencia de servicio. 50 [Hz]
5 [] 51
3.6.3.2.2.
Uso e Instalación. Medición a la intemperie. Cantidad. 3 piezas.
Transformador de Corriente.
175,715 [] 5[ ] 35,24 →40:1
Corriente Nominal Primario.
Corriente Nominal Secundario.
Relación de Transformación Nominal.
3.6.3.3. Alimentación 3.6.3.3.1.
550000[ ] 230000 []
Nivel de Aislamiento. Onda Completa: Frecuencia Industrial: Clase de exactitud. 0,3% Medición /8% Protección Altura de instalación. 2810 msnm. Carga Nominal. Todos los instrumentos y conductores secundarios: Polaridad. Transformador Sustractivo Frecuencia de servicio. 50 [Hz] Uso e Instalación. Medición y Protección a la intemperie. Cantidad. 3 piezas.
[]
Transformador de Potencial
230000 [] 120[] 1916,666→2000:1
Tensión Nominal Primario.
Tensión Nominal Secundario.
12.5 []
Relación de Transformación Nominal. Nivel de Aislamiento. Onda Completa: Frecuencia Industrial:
1050000[ ] 460000 []
52
3.6.3.3.2.
Clase de exactitud. 0,3% Medición Altura de instalación. 2810 msnm. Carga Nominal. Todos los instrumentos y conductores secundarios: Polaridad. Transformador Capacitivo Sustractivo Frecuencia de servicio. 50 [Hz] Uso e Instalación. Medición a la intemperie. Cantidad. 3 piezas.
5 []
Transformador de Corriente.
18,826 [] 5 [ ] 3,765 →4:1
Corriente Nominal Primario.
Corriente Nominal Secundario.
Relación de Transformación Nominal. (Por el Nivel de Tensión y Aislamiento requerido) Nivel de Aislamiento. Onda Completa: Frecuencia Industrial: Clase de exactitud. 0,3% Medición /8% Protección Altura de instalación. 2810 msnm. Carga Nominal. Todos los instrumentos y conductores secundarios: Polaridad. Transformador Sustractivo Frecuencia de servicio. 50 [Hz] Uso e Instalación. Medición y Protección a la intemperie. Cantidad. 3 piezas.
1050000[ ] 460000 []
12.5 []
53
3.6.4. Especificación de Interruptores de Potencia. Los interruptores de potencia para Alta Tensión son mayormente de Hexafloruro de Azufre. 3.6.4.1. Subestación
[]
Numero de Polos. 3 (Tripolar) Clase. Clase E2 Tipo de Operación. Interruptor Tensión de Operación. 69000 [V] Tensión Asignada. 69000 – 72500 [V] Frecuencia Asignada. 50 [Hz] Nivel Aislamiento. 1. Onda Completa: 350000 [V] 2. Frecuencia Industrial: 140000 [V] Corriente Asignada de Servicio. 167 [A] Poder de corte Asignado en cortocircuito. 12240 [A] Tiempo de Corte interrumpido. Menor a Secuencia de maniobra asignada. O-t-CO-t´-CO Instalación. Intemperie
50 [. ]
3.6.4.2. Subestación
[]
Numero de Polos. 3 (Tripolar) Clase. Clase E2 Tipo de Operación. Interruptor Tensión de Operación. 115000 [V] Tensión Asignada. 54
115000 – 123000 [V] Frecuencia Asignada. 50 [Hz] Nivel Aislamiento. 1. Onda Completa: 550000 [V] 2. Frecuencia Industrial: 230000 [V] Corriente Asignada de Servicio. 176 [A] Poder de corte Asignado en cortocircuito. 11688 [A] Tiempo de Corte interrumpido. Menor a Secuencia de maniobra asignada. O-t-CO-t´-CO Instalación. Intemperie
50 [. ]
3.6.4.3. Subestación
[]
Numero de Polos. 3 (Tripolar) Clase. Clase E2 Tipo de Operación. Interruptor Tensión de Operación. 230000 [V] Tensión Asignada. 230000 – 245000 [V] Frecuencia Asignada. 50 [Hz] Nivel Aislamiento. 1. Onda Completa: 850000 [V] 2. Frecuencia Industrial: 1050000 [V] Corriente Asignada de Servicio. 20 [A] Poder de corte Asignado en cortocircuito. 11979 [A] Tiempo de Corte interrumpido. Menor a Secuencia de maniobra asignada. O-t-CO-t´-CO Instalación. Intemperie
50 [. ]
55
[]
3.6.5. Especificación de Seccionadores o Cuchillas. 3.6.5.1. Subestación Numero de polos. 3 Clase. Clase M1 Tensión de Operación. 69000 [V] Frecuencia asignada. 50 [Hz] Nivel de aislamiento. Onda Completa. 350000 [V] Frecuencia Industrial. 140000 [V] Corriente asignada de servicio continúo. 167 [A] Corriente asignada de corta duración. 12240 [A] Valor de cresta de la corriente admisible. 17309 [A] Instalación. Intemperie
3.6.5.2. Subestación
[]
Numero de polos. 3 Clase. Clase M1 Tensión de Operación. 115000 [V] Frecuencia asignada. 50 [Hz] Nivel de aislamiento. Onda Completa. 550000 [V] Frecuencia Industrial. 230000 [V] Corriente asignada de servicio continúo. 176 [A] Corriente asignada de corta duración. 11688 [A] Valor de cresta de la corriente admisible. 16529 [A] Instalación. Intemperie
56
3.6.5.3. Subestación
[]
Numero de polos. 3 Clase. Clase M1 Tensión de Operación. 230000 [V] Frecuencia asignada. 50 [Hz] Nivel de aislamiento. Onda Completa. 850000 [V] Frecuencia Industrial. 1050000 [V] Corriente asignada de servicio continúo. 20 [A] Corriente asignada de corta duración. 11798 [A] Valor de cresta de la corriente admisible. 16684 [A] Instalación. Intemperie
[]
3.6.6. Especificación de Pararrayos. 3.6.6.1. Subestación Clase de Instalación. Tipo Estación. Tensión más elevada de la red. 72500 [V] Corriente de Descarga nominal. 12240 [A] Tensión Asignada. 69000 [V] Frecuencia Asignada. 50 [Hz] Sobre Tensión Temporal a 1 segundo. 51000 [V] Sobre Tensión temporal a 10 segundos. 54000 [V] Nivel de aislamiento. Onda Completa. 350000 [V] Frecuencia Industrial. 140000 [V] Instalación. Intemperie.
57
3.6.6.2. Subestación
[]
Clase de Instalación. Tipo Estación. Tensión más elevada de la red. 245000 [V] Corriente de Descarga nominal. 11797 [A] Tensión Asignada. 230000 [V] Frecuencia Asignada. 50 [Hz] Sobre Tensión Temporal a 1 segundo. 172200 [V] Sobre Tensión temporal a 10 segundos. 180020 [V] Nivel de aislamiento. Onda Completa. 850000 [V] Frecuencia Industrial. 1050000 [V] Instalación. Intemperie.
3.7.Selección 3.7. Selección de los Equipos: 3.7.1. Transformadores de Potencia. El trasformador de Potencia será diseñado, construido y montado por la empresa TOSHIBA Brasilera, las especificaciones básicas realizadas basadas en los requerimientos de la subestación del transformador se enviaran a la empresa. 3.7.2. Transformadores de Potencial.
[] [] []
-Transformador de Potencial Aislado en Aceite tipo: CPA, CPB -Tensiones de Prueba ICE 60186 -Tipo: 72
-Transformador de Potencial Aislado en Aceite tipo: CPA, CPB -Tensiones de Prueba ICE 60186 -Tipo: 123
-Transformador de Potencial Aislado en Aceite tipo: CPA, CPB -Tensiones de Prueba ICE 60186 -Tipo: 245
58
3.7.3. Transformadores de Intensidad.
[] [] []
-Transformador de Corriente Aislado en Aceite tipo IMB -Tensiones de Prueba ICE 600441 Tipo: IMB 72
Transformador de Corriente Aislado en Aceite tipo IMB -Tensiones de Prueba ICE 600441 Tipo: IMB 123
Transformador de Corriente Aislado en Aceite tipo IMB -Tensiones de Prueba ICE 600441 Tipo: IMB 245
3.7.4. Interruptores de Potencia.
[] [] [] -Interruptor en SF6 de Tanque Vivo tipo LTB D1 Marca: ABB
-Interruptor en SF6 de Tanque Vivo tipo LTB D1 Marca: ABB
-Interruptor en SF6 de Tanque Vivo tipo LTB E Marca: ABB
3.7.5. Seccionadores.
[] [] []
-Seccionador Rotatorio de 2 Columnas tipo SGF para Instalación Exterior. -Con Cuchilla de puesta a tierra -Marca: ABB
-Seccionador Rotatorio de 2 Columnas tipo SGF para Instalación Exterior. -Marca: ABB
-Seccionador Rotatorio de 2 Columnas tipo SGF para Instalación Exterior. -Con Cuchilla de puesta a tierra -Marca: ABB
3.8.Mantenimiento 3.8. Mantenimiento de las Subestación. La gestión de mantenimiento de organizar las actividades de mantenimiento necesarios para conservar en buen estado de los equipos. Inicialmente se contará con el mantenimiento Correctivo Planificado para los trabajos de operación y sustitución de elementos defectuosos que pueden producir una falla en los equipos. Posteriormente se implementara instalaciones y planeamientos planeamientos para implementación de los mantenimientos Preventivos y Predictivos. 59
El mantenimiento tiene los siguientes objetivos en su realización: Conocer el funcionamiento integral y evaluar la condición operacional de los equipos que componen la subestación eléctrica de potencia para tomar decisiones acertadas sobre la oportuna intervención de los mismos y su nivel de acción. Tomar dicciones sobre sobre el nivel de mantenimiento a ejecutar, basado en las mejores prácticas recomendadas por agrupaciones internacionales, disminuyendo de esta forma la indisponibilidad indisponibilidad de equipos principales para así reducir r educir o evitar daños de alto impacto. Ejecutar operaciones operaciones y mantenimiento mantenimiento de los equipos equipos de potencia potencia de forma segura segura y eficiente. Hacer diagnósticos de fallas y aplicar correctivos en la operación y mantenimiento de equipos de la subestación a través de análisis dela aceite aceite aislante y de los gases contenidos, pruebas de aislamiento, rigidez dieléctrica tiempo de operación y resistencias de contactos. 3.8.1. Mantenimiento al Transformador de Potencia.
Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Actividad de Mantenimiento Inspección Externa. Limpieza. Termografía. Pruebas de Aislamiento. Índice de Polaridad y absorción. Pruebas de Factor de Potencia. Capacitancia de las Bobina y Bushings. Prueba de Relación de Trasformación. Resistencia de Bobinas y Taps. Análisis en respuesta de la frecuencia. Análisis Fisicoquímico del Aceite. Rigidez Dieléctrica del Aceite. Análisis Cromatográfico de gases. Verificación de operación de Relés. Verificación de operación de ventiladores. Filtrado de Aceite.
Periodo Actividad Semanal. Actividad Semestral. Actividad Anual. Actividad Semestral. Análisis Semestral. Prueba Semestral. Prueba Anual. Prueba Anual. Prueba Semestral. Prueba Semestral. Análisis Trimestral. Análisis Trimestral. Análisis Semestral. Análisis Anual. Verificación Trimestral. Actividad anual.
3.8.2. Mantenimiento de Interruptor de Potencia. Nº 1 2 3 4 5 6
Actividad de Mantenimiento Inspección Externa, estructura y fundaciones. Limpieza. Termografía. Pruebas de Aislamiento. Pruebas de Contacto Pasivo Pruebas de Resistencia dinámica.
Periodo Actividad Semanal. Actividad Trimestral. Actividad Anual. Actividad Semestral. Análisis Trimestral. Análisis Trimestral. 60
7 8 9 10 11 12 13 14
Pruebas de Factor de Potencia. Pruebas de sincronismo entre cámaras. Determinación de los tiempos de operación, velocidad y aceleración durante el cierre y apertura. Determinación del sobre recorrido y penetración. Prueba de voltaje mínimo de operación de las bobinas. Prueba de resistencia de bobinas y de los circuitos auxiliares. Verificación de operación del sistema de calefacción. Ajuste de las conexiones.
Prueba Semestral. Prueba semestral. Prueba Trimestral. Prueba Semestral. Prueba Semestral. Análisis Trimestral. Análisis Trimestral. Análisis Semestral.
3.8.3. Mantenimiento de los Seccionadores.
Nº 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Actividad de Mantenimiento Inspección Externa. Limpieza. Termografía. Pruebas de Aislamiento. Pruebas de Contacto Pasivo Ajuste y lubricación del mecanismo de operación o sistema motriz. Pruebas de Factor de Potencia. Pruebas de operación asociadas al sistema de control. Determinación de los tiempos de operación, velocidad y aceleración durante el cierre y apertura. Verificación de operación del sistema de calefacción. Ajuste de las conexiones.
Periodo Actividad Semanal. Actividad Trimestral. Actividad Anual. Actividad Semestral. Análisis Trimestral. Análisis Trimestral. Prueba Semestral. Prueba semestral. Prueba Trimestral. Prueba Semestral. Prueba Semestral.
3.8.4. Mantenimiento de los Pararrayos. Nº 1 2 3 4
Actividad de Mantenimiento Inspección Externa. Limpieza. Termografía. Pruebas de Resistencia de Aislamiento.
Periodo Actividad Semanal. Actividad Trimestral. Actividad Anual. Actividad Semestral. 61
5 6 7
Pruebas de Factor de Potencia o pérdidas. Corrientes de fuga y número de descargas. Ajuste de las conexiones.
Análisis Trimestral. Análisis Trimestral. Prueba Semestral.
62
4.1. Conclusiones.
Se realizó el proyecto de diseño de la subestación Eléctrica en cercanías de la Ciudad de Sucre, se partió con Ingeniería Básica para así llegar a la Ingeniería de Detalle la cual ayudo en la especificación y dimensionamientos de los equipos, estos se especificaron basados en los requerimientos técnicos para la compra, instalación y montaje y puesta en servicio.
Una de los aspectos importantes del diseño de la subestación es la definición de las configuración de barras, corrientes de cortocircuito, y estado permanente; la configuración se seleccionó basados en los requerimientos de la subestación y la flexibilidad de la misma, por lo que se tiene: Configuración Anillo para la Subestación 230 y una configuración de Interruptor y Medio para la subestación de así también la configuración de es Anillo Extendido.
230 []
[ ] 115 []
Confiabilidad: Se dimensiono y especifico los equipos con fines de mayor seguridad de disponibilidad y confianza en su funcionamiento, la selección se efectuó bajo estrictos cálculos y correcciones para la instalación con condiciones que presenta la ciudad de Sucre Seguridad: La disposición de los equipos está distribuida de tal forma que todo descarga se direccione a tierra, y el diseño eléctrico provee la máxima seguridad para el personal de operación y para el servicio público. Flexibilidad: La subestación permite enfrentar las condiciones de emergencia ante cualquier falla, o los que exigen una operación o maniobra aprovechando al máximo la capacidad de los equipos e instrumentos. Simplicidad: LA subestación brinda una máxima protección hasta 10 a 15 metros, facilita y acelera los ensayos de los equipos de forma muy sencilla sin requerimientos de instrucciones. Normalización: Los equipos se especificaron con fines de simplicidad en los mismos de tal forma que pueda conseguirse en el marcado cuando se tenga que realizar un mantenimiento correctivo o sustitución de los mismos y simplificar el mantenimiento.
4.2.Recomendaciones.
Se recomienda seguir al pie da la letra las actividades programas de mantenimiento en sus respectivos periodos, para evitar posibles daños o incremento de peligrosidad.
Se recomienda respetar las distancias de seguridad establecidas para evitar posibles daños o lesiones en el personal.
Se recomienda la implementación de los Mantenimientos Preventivos y Predictivos lo más temprano posible para conservar la flexibilidad, confiabilidad y continuidad del servicio.
63
5.1.Referencias Bibliográfica.
Subestaciones Eléctricas – Ingeniero Ramiro Herrera Vargas Elementos de diseño de Subestaciones Eléctricas – Enrique Harper. Transformadores – Ing. Alfredo Quiroga Fernández. Transformadores de Potencia, Medida y Protección – Enrique Ras.
5.2.Páginas Web. https://sites.google.com/site/climaenbolivia/clima-en-bolivia/clima-en-sucre https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&cad=rja&ved=0C FUQFjAD&url=https%3A%2F%2Fwww.ucursos.cl%2Fingenieria%2F2008%2F2%2FEL57C%2F1%2Fmaterial_docente%2Fobjeto%2F1 92181&ei=vky8UpnWGojtoASEuIDQDw&usg=AFQjCNGTYdA22IpOMH56sag1DcklE2MCA&sig2=VAQme4yosc2b1EW13zaqJg https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0C C0QFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.worldmeteo.info%2Fes%2Famerica-delsur%2Fbolivia%2Fsucre%2Ftiempo-103922%2F&ei=1y8Up_0EonL2gXb6YGoAw&usg=AFQjCNFgoDDCzB2Xf7DpocMOd5MdztPZg&sig2=oY71HYOTviS2MtDdctrksg http://www.directindustry.es/cat/interruptores-reles/interruptores-seccionadorespotencia-mediana-alta-tension-AF-1382.html http://pdf.directindustry.es/pdf/abb-high-voltage-products-70728.html http://es.scribd.com/uploaddocument?archive_doc=18358130&escape=false&metadata={%22context%22%3A%22arc hive%22%2C%22action%22%3A%22toolbar_download%22%2C%22platform%22%3A%22w eb%22%2C%22logged_in%22%3Atrue%2C%22page%22%3A%22read%22}
64
6.1.Planos. Los Planos de Encuentran MAS ADELANTE. 6.2.Tablas.
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66
6.3.Catálogos.
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68
