SUBESTACIÓN ELÉCTRICA
Asignatura: Electricidad y Electrónica 965. Profesor: Julio Alberto Aguirre Muñoz Alumnos: Guillermo Fuentes S. Danilo Cárcamo G.
Inacap Santiago Sur, Octubre de 2014.
1
ÍNDICE INTRODUCCIÓN
3
1.- DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE SUBESTACIONES
3
1.1- DEFINICIÓN
3
1.2.- CLASIFICACIÓN POR SU FUNCIÓN
3
1.2.1.- SUBESTACIONES DE TRANSFORMACIÓN 1.2.1.1- SUBESTACIONES TRANSFORMADORAS ELEVADORAS 1.2.1.2- SUBESTACIONES TRANSFORMADORAS REDUCTORAS 1.2.3.- DE MANIOBRA 1.3.- CLASIFICACIÓN POR SU CONSTRUCCIÓN 1.3.1.- TIPO INTEMPERIE 1.3.2.- TIPO INTERIOR 2.- TRANSFORMADOR DE POTENCIA
3 3 4 4 4 4 5 6
3.- TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS
6
3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL
7
3.2 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
7
4.- CONDENSADORES
8
5.- APARTARRAYOS
9
6.- INTERRUPTORES DE POTENCIA
10
7.- CUCHILLAS DESCONECTADORAS
11
8.- REACTORES ELÉCTRICOS
12
9.- BANCOS DE BATERÍAS
13
CONCLUSIONES
14
BIBLIOGRAFÍA
14
2
INTRODUCCIÓN El objetivo de este trabajo es mostrar de manera resumida lo que son las sub estaciones eléctricas que están presentes en Chile, definición y descripción resumida de las Sub Estaciones Eléctricas, tipos, partes y principales componentes de las mismas. Para comenzar una Subestación Eléctrica debe ser confiable, económica, segura para poder entregar un alto nivel de continuidad del servicio y contar con los medios necesarios para futuras ampliaciones en su capacidad, flexibilidad, operación y bajos costos. La Subestación eléctrica debe estar equipada con lo necesarios para el mantenimiento de las líneas, y lo diferentes equipos que se encuentran sin interrumpir el servicio y sin riegos para el personal que las opera y los consumidores finales.
1.- DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE SUBESTACIONES 1.1- DEFINICIÓN La Sub estación Eléctrica es una instalación que tiene como objetivo cambiar y estructurar los niveles de tensión, para ayudar al correcto trasporte y distribución de la energía eléctrica. El principal equipo presente es el Transformador el cual desglosaremos más adelante en este trabajo. Generalmente está dividida en tres (3) secciones tales como: Medición. Cuchillas de Paso. Interruptor.
La Sub estación Eléctrica se pueden clasificar de acuerdo a su función y construcción.
1.2. POR SU FUNCIÓN 1.2.1.- SUBESTACIONES DE TRANSFORMACIÓN Estas Sub Estaciones Eléctricas como su nombre lo dice tienen como objetivo transformar la energía eléctrica por medio de uno o varios transformadores. Estas Sub Estaciones Eléctricas se Sub dividen en elevadoras o reductoras de tensión. Estas son las que generalmente se encuentran en las Centrales Eléctricas.
1.2.1.1- SUBESTACIONES TRANSFORMADORAS ELEVADORAS Estas Subestaciones Eléctricas tienen como objetivo elevar la tensión generada de media a alta o muy alta para poder transportarla. Se ubican a la intemperie y están situadas próximas a las Centrales Generadoras Electricidad.
3
La tensión prima de los transformadores frecuentemente se ubica entre los 3 y 36 kV. Mientras que la tensión secundaria de los transformadores está condicionada por la tensión que posee la línea de transporte (66, 110, 220 ó 380 kV).
1.2.1.2SUBESTACIONES REDUCTORAS
TRANSFORMADORAS
Estas Subestaciones Eléctricas tienen la función de reducir la tensión de alta o muy alta a tensión media para su posterior distribución. La tensión primar de los transformadores es dependiente de la tensión de la línea de transporte (66, 110, 220 ó 380 kV). Mientras que la tensión secundaria de los transformadores está condicionada por la tensión de las líneas de distribución (entre 6 y 30kV).
1.2.3.- DE MANIOBRA Estas Subestaciones Eléctricas tienen como objetivo conectar dos (2) o más circuitos para realizar las maniobras necesarias, por lo anterior en este tipo de subestaciones eléctricas no trasforman la tensión debido a que únicamente son nodos de entrada y salida.
1.3.- CLASIFICACIÓN POR SU CONSTRUCCIÓN 1.3.1.- TIPO INTEMPERIE Estas Subestaciones Eléctricas son las que están construidas para operar expuestas al medio ambiente bajo condiciones atmosféricas (lluvia, nieve, viento y contaminación ambiental) según su ubicación geográfica y generalmente ocupan grandes extensiones de terreno.
4
Imagen 01 “Sub estación a la Intemperie”
1.3.2.- TIPO INTERIOR Estas Subestaciones Eléctricas están edificadas con protección de obra civil con el objetivo de protegerlas de fenómenos naturales medioambientales, la contaminación salina, industrial y agrícola, y lo más importante por lo cual se construyen son la prevención de actos de vandalismo sobre las Subestaciones Eléctricas. Existen las Subestaciones Eléctricas las cuales en su interior están aisladas con el gas Hexafloruro de Azufre (SF6), las cuales entregan grandes ventajas para operar reduciendo costos de mantenimiento, manipulación e intervención.
Imagen 02 “Sub estación Interior”
5
2.- TRANSFORMADOR DE POTENCIA Los Trasformadores de Potencia son equipos que realizan una inducción electromagnética y sirve para trasportar la tensión de mayor amplitud a una de menor (o viceversa), estos equipos están constituidos por un par de bobinas enrolladas en un núcleo frecuentemente de hierro al silicio.
Imagen 03 “Transformador de Potencia” Los Transformadores de Potencia son unos dispositivos primarios que, según su relación modifica los parámetros eléctricos, (tensión y corriente) operando como elevadores o reductores. Los Transformadores de Potencia están formados por tres partes principales: Parte activa Parte pasiva Accesorios
3.- TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTOS Estos trasformadores de instrumentos o de medida tienen fines especiales tales como reducir a escala las magnitudes de tensión y corriente. Estos se ocupan para instalar instrumentos, contadores y relés protectores en circuitos de alta tensión o de elevada corriente. Los transformadores de medida aíslan los circuitos de medida o de relés, permitiendo una mayor medición y control los diferentes circuitos de una subestación eléctrica. Los aparatos de medición y protección se instalan sobre los tableros de una subestación eléctricas no están constituidos para soportar grandes tensiones o corrientes. 6
3.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIAL Los Transformadores de Potencial conocidos generalmente por PT tienen como objetivo entregar por un devanado primario una conexión fiable con las conexiones de Alta Tensión para minimizar el voltaje y aislar galvánicamente la parte secundaria y poder conectarse de forma fiable con los circuitos de medida en el lado de baja tensión. Frecuentemente los Transformadores de Potencial posee una potencia media muy baja y su único propósito es entregar una muestra de voltaje, para que este se mida y controle con instrumentos en la zona secundaria.
Imagen 04 “Transformador de Potencial TP”
3.2 TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Los Transformadores de Corriente conocidos generalmente por CT tienen como objetivo cumplir dos (2) funciones principales:
La primera es lograr medir valores de amperaje y altas magnitudes de corriente con instrumentos de medición de bajo alcance. Esta primera función se cumple tanto en circuitos de alta y baja tensión. La segunda es lograr la separación entre el circuito sobre el cual se esta midiendo la corriente con los instrumentos de medición. Esta segunda función es la mas importante cuando se realiza en la alta tensión.
Como forma resumida los trasformadores de corriente se usan para muestrear la corriente de la línea y poder minimizarla a un nivel seguro. 7
Imagen 05 “Transformador de Corriente TC”
4.- CONDENSADOR Los condensadores o también conocidos como capacitadores es un equipo que esta formado por un par de superficies (laminas o placas) conductoras y separadas por un material liquido dieléctrico o al vacio. En su mayoría se encuentran almacenadas en un estanque pequeño hermético. Ambas placas son sometidas a una diferencia de potencial, y por eso adquieren una cantidad de carga eléctrica, positiva en una de ellas y en la otra negativa, siendo nula la variación entre las cargas. Ambos terminales salen al exterior por las dos (2) boquillas de porcelana, el tamaño de están depende del nivel de tensión que posee el sistema al que se conectan. La aplicación más importante del condensador es corregir el factor de potencia (armonía) en las líneas de distribución y en las instalaciones industriales, aumentando la capacidad de transformación, aprovechamiento capacidad de los transformadores y la regulación del voltaje en los lugares de consumo.
8
Imagen 06 “Banco de condensadores”
5.- APARTARRAYOS Los apartarrayos son equipos eléctricos por elementos resistivos los cuales tienen la capacidad de limitar la amplitud de las altas de tensión a causa de descargas atmosféricas, operaciones de los interruptores o desnivelación del mismo sistema. Como resumen los apartarryos nos sirven para eliminar sobre voltajes y tienen las siguientes funciones secundarias pero no menos importantes:
Descargar las sobretensiones cuando su magnitud llega al valor de la tensión disruptiva del diseño. Conducir a tierra las corrientes de descarga. Debe desaparecer la corriente de descarga al desaparecer las sobretensiones. No deben operar con sobretensiones temporales de baja frecuencia. La tensión residual debe ser menor que la tensión que resisten los aparatos que protegen.
9
Imagen 07 “Apartarrayos de Líneas Alta Tensión”
6.- INTERRUPTORES DE POTENCIA 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).
10
Imagen 08 “Interruptor Sub-Estación Eléctrica” Dentro de los interruptores existentes una gran variedad de estos por funcionamiento, tipo, estructura y tecnología de los cuales nombramos lo mas relevantes y conocidos: Interruptores en gran volumen de aceite.
Interruptores en pequeño volumen de aceite. Interruptores en gas hexafluoruro de azufre. Interruptores neumáticos. Interruptores en vacío. Entre otros tantos.
En este trabajo no profundizaremos en los tipos de interruptores aunque sea muy interesante conocer su diferenciación, funciones, características, etc., debido a que otros grupos de compañeros se les han asignado esta tarea.
7.- CUCHILLAS DESCONECTADORAS Las cuchillas desconectadoras también conocidos por seccionadores) son equipos que cumplen la función de conectar y desconectar las múltiples partes de una instalación eléctrica. Es decir que protegen a la Subestación de las cargas eléctricas muy elevadas Las cuchillas desconectadoras pueden abrir circuitos bajo la tensión media pero nunca fluyendo corriente eléctrica por ellas, como actividad previa antes de abrir las cuchillas desconectadoras se debe estrictamente primero abrir el interruptor.
11
Imagen 09 “Cuchillas” La diferencia que existe entre las cuchillas desconectadoras y un interruptor; es que las cuchillas no tienen la capacidad de abrir un circuito eléctrico con corriente, en cambio el interruptor si tiene esa capacidad de abrir un circuito con cualquier tipo de corriente. Existen fabricantes de cuchillas desconectadoras que agregan una pequeña cámara de arqueo con SF6 que es hexafloruro de azufre, lo que le permite abrir solo en valores medios óptimos de corriente en el circuito.
8.- REACTORES El reactor potencial también conocido como en líneas (no confundir con los reactores nucleares) el reactor adsorbe los activos regulando el voltaje y pudiendo compensar las líneas de transmisión que por su longitud generan reactivos capacitivos. Los reactores se construyen en unidades monofásicas como también en unidades trifásicas y su apariencia física en muy similar a los transformadores de potencia. El reactor está formado por una o más bobinas inductoras o trasformadoras enrollada en un núcleo de acero, que puede ser un núcleo seccionado o bien solido. La principal función de los reactores es la de actuar como reactancia a la puesta a tierra del neutro. En las sub estaciones eléctricas los reactores se utilizan principalmente en el neutro de los bancos de trasformadores, para limitar la corriente de los cortos circuitos a la tierra.
12
Imagen 10 “Reactor de Potencia” 9.- BANCOS DE BATERÍAS Los bancos de baterías en las Subestaciones Eléctricas son utilizados como un conjunto de acumuladores que tienen la capacidad de entregar corriente directa a partir de la corriente alterna que posee la Subestación Eléctrica. Los bancos de baterías en componentes utilizados como alimentadores en caso de emergencia durante un tiempo determinado en el cual se pueda reponer el servicio (muy ligado con la continuidad del servicio) Existen dos (2) tipos de bancos de baterías:
Bancos de Baterías Abiertos: Frecuentemente utilizados en telecomunicación, medición y control. Recomendados para lugares pequeños, simple manejable y con poco mantenimiento. Bancos de Baterías Cerrado: Utilizados cuando se necesita entregar mayor vida útil al equipo y para altas capacidades de corriente, No se recomienda utilizar para lugares pequeños debido a que necesita gran ventilación.
13
Imagen 11 “Banco de Baterías” CONCLUSIONES Bueno como conclusión consideramos que el desarrollo de este trabajo trajo granes beneficios a los conocimientos básicos en relación a electricidad y electrónica para nosotros. Profundizamos más al detalle con la función que cumplen las Subestaciones eléctricas para abastecer de energía a todo Chile, los tipos por función y construcción, los principales equipos tales como trasformadores, capacitores, apartarrayos, interruptores, cuchillas, reactores y los bancos de baterías. Debido a la globalización, el mercado creciente en energías y el avance de la tecnología es que el uso de las nuevas tecnologías se incorpora a las Subestaciones Eléctricas para mejorar su desempeño, reducción de costos y los propios equipos que se utilizan. Por lo anterior se ha aumentado la necesidad de controlar las Subestaciones Eléctricas más lejanas así como los equipos eléctricos y mecánicos instalados para mejorar los índices de continuidad del servicio eléctrico a los usuarios finales.
BIBLIOGRAFÍA La bibliografía y diversas fuentes de información consultadas para el desarrollo de este trabajo fueron;
http://www.endesaeduca.com http://www.monografias.com Transformadores. Enrique Ras. Marcombo. 1994. Medidas eléctricas. Enciclopedia CEAC. Diseño de subestaciones eléctricas. José Raúl Martín. Edit. Mc Graw – Hill. Biblioteca de Inacap Santiago Sur. 14
