Estudio de los tipos de Subestaciones. Ingeniería Eléctrica Quito, Ecuador Abstract En el presente trabajo se realiza una investigación — En sobre las subestaciones eléctricas, que cumplen una función muy importante dentro dentro de la cadena de la generación generación de energía eléctrica, para poder comprender el funcionamiento de las subestaciones eléctricas es es necesario estudiar estudiar la clasificación de las mismas, así como una descripción de cada uno de los tipos de subestaciones. KeywordsKeywords- subestc subestcion ion , SF6, AI S, GIS .
I. I NTRODUCCIÓN Una red eléctrica está conformada por varios componentes y accesorios que van ubicados desde la generación, transmisión, distribución, con la finalidad de producir energía eléctrica de alta calidad para el consumidor final, obteniendo como objetivo fundamental proporcionar energía eléctrica que sea confiable, que tenga continuidad, además que cumpla con los valores correctos y establecidos de las magnitudes eléctricas de potencia, es por ello que se hace necesario la implementación de subestaciones eléctricas, que serán de diferentes tipos dependiendo del sitio en el que se ubiquen, la función que cumplan, si serán de elevación elevación , reducción, entre entre otras características para la elección de la subestación[1][2][3]. Durante el trabajo de investigación se realiza una breve descripción de las subestaciones eléctricas, una clasificación macro de las mismas, luego los tipos que se tienen con su respectiva descripción y concepto de la misma, con algunos gráficos se lograra una mejor comprensión para finalizar se sacaran conclusiones que también son una parte fundamental para el análisis[4][5][6]. análisis[4][5][6]. II. SUBESTACIÓN ELÉCTRICA Un sistema eléctrico de potencia (SEP) es el conjunto de centrales generadoras de líneas de transmisión interconectadas entre si y de sistemas de distribución esenciales para el abastecimiento de energía a los consumidores finales. Con base a esta definición un SEP tiene como objetivo principal, generar generar energía eléctrica eléctrica en las cantidades cantidades suficientes suficientes y en lugares adecuados para proceder a transmitir la energía eléctrica en grandes bloques hacia los centros de consumo y finalmente distribuir a los consumidores, todo esto efectuado al menor costo posible lo que implica tener un mínimo margen de pérdidas en las etapas de transmisión y distribución distribución garantizando la calidad del servicio y respeto al medio ambiente. En este sentido el sistema de subtransmisión es un conglomerado integrado por líneas, subestaciones y grandes consumidores de energía eléctrica que operan voltajes con superiores a 34.5 kV y menores a 220kV, en el caso del
Ecuador estos voltajes oscilan entre 46 y 69kV. La etapa de subtransmisión puede considerarse entonces como un punto intermedio entre las etapas de transmisión y distribución de un SEP debido al nivel de voltaje al que trabaja, y por tanto de vital importancia monitorear continuamente este sistema para tomar las decisiones más acertadas que garanticen su correcto funcionamiento. Las subestaciones constituyen una parte fundamental de un Sistema Eléctrico de Potencia y físicamente son un nodo en la red eléctrica de potencia, que conecta las líneas de Transmisión por el lado de de entrada y las líneas de Distribución por el lado de salida. La energía eléctrica se entrega a los usuarios mediante líneas que nacen desde centros o Subestaciones de Distribución para esto la transportación transportación de la energía generada parte en alto voltaje con líneas de Transmisión, estas llegan a estaciones eléctricas en donde se reducen los niveles de voltaje y arrancan las líneas de Subtransmisión que llevan la energía a las Subestaciones de Distribución. Una subestación eléctrica es aquella que permite el flujo y suministro de potencia eléctrica en sistema atraves del circuito de trasmisión, en la subestación subestación se produce una variación de los parámetros eléctricos tales como corriente y voltaje, ya que cuenta con una infraestructura apta para el objetivo así como maquinas estáticas, circuitos de protección entre otras. En todo tipo de construcción ya sea comercial, residencial e industrial, se debe mantener la confiabilidad, confiabilidad, la continuidad en el servicio de la energía eléctrica, para ello son necesarias las subestaciones, siendo necesaria una clasificación de las mismas. III.
CLASIFICACIÓN MACRO DE LA SUBESTACIÓN
Al momento de clasificar a las subestaciones se tiene dos partes fundamentales que son la parte de su funcionamiento o aplicación, además lo forma de cómo y en donde va a ser instalada la subestación, estas dos partes serian la clasificación macro de las subestaciones en los siguientes capítulos se tiene la sub clasificación, de cada una de las mismas. IV. DE ACUERO A LA FUNCIÓN QUE CUMPLE En esta clasificación depende del tipo de cambio en la magnitudes eléctrica así se tiene las subestaciones de elevación, reducción, dependiendo del sitio, de reducción ya sea en circuitos primarios o en circuitos secundarios[7]. secundarios[7]. En la la Fig. 1 se muestra un diagrama de clasificación de subestaciones.
F. Subestaciones de Switcheo
La principal característica de estas subestaciones radica en la carencia de transformadores de potencia, la razón es que estas subestaciones se realizan operaciones de maniobra y Switcheo, o conexión y desconexión comúnmente conocidas. -
V. DE ACUERDO AL TIPO DE AISLAMIENTO Subestaciones convencionales (aisladas en aire - AIS) -
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Intemperie
Subestaciones compactas (aisladas en SF6 - GIS) -
Intemperie
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Internas
A. Subestaciones convencionales (aisladas en aire - AIS)
Fig. 1. Tipos de subestaciones Eléctricas 1
A. Subestaciones de elevación
Como su nombre lo indica es un tipo de subestación que se encarga de elevar el voltaje de un sistema eléctrico de potencia, para la transmision de energía eléctrica ya que la generación se la realiza alrededor de entre 5 a 20 kv en distancias largas se haría imposible la transmision de energía entonces este tipo de subestación se la encuentra muy cercana a las centrales generadoras de electricidad, con la elevación del voltaje se logra reducir la corriente en las líneas de trasmisión y por ende mantener la Potencia del sistema[8].
Las subestaciones convencionales son las más utilizadas los elementos tales como el pórtico, los cables de las líneas de transmision son aisladas por aire, por esta razón los dispositivos se encuentran ubicados de manera individual, y aislados o separados del resto de elementos, los tamaños de los dispositivos y las distancias de separación son grandes por seguridad de la subestación, como se observa en la Fig. 2.
B. Subestaciones de reducción en lineas primarias
Este tipo de subestación se encuentra conectada directamente a las líneas de transmision, la función de esta subestación es reducir el voltaje a diferentes tipos de niveles dependiendo del sitio y de la necesidad se tiene dos diferentes niveles de voltaje ya sea en subtransmisión o en distribución. C. Subestaciones de reducción en lineas secundarias
En este caso los niveles de voltaje que van a ingresar estarían oscilando en niveles de media tensión (69kV, 115kV), para realzar la función de distribución en niveles de baja tensión (6,9kV, 13,8kV, 23kV, 34,5kV), por lo tanto en la salida se tiene el nivel de distribución. D. Subestaciones de enlace
Con la finalidad de tener una mayor flexibilidad en la operación es que se tiene estas llamadas subestaciones de enlace, que permiten tener una mayor confiabilidad y por ende continuidad en el servicio. E. Subestaciones de anillo
Son comúnmente utilizadas en sistemas de distribución con el objetivo de interconectar subestaciones que se encuentran conectadas a otros sitios. 1
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G. E. Harper, Fundamentos de instalaciones eléctricas de mediana y alta tensión. Editorial Limusa, 2000, p. 516.
Fig. 2. Subestacion aislada en aire
B. Subestaciones compactas (aisladas en SF6 - GIS)
Existen las subestaciones aisladas en hexafluoruro de azufre aparecieron alrededor de 1970, para lograr una migración de las subestaciones convencionales aisladas en aire a las de SF6 fue necesario cumplir normas y requisitos como resistencia al cambio, experiencia en el manejo de las subestaciones convencionales, existen varias aspectos de una subestación en SF6. -
El espacio que se requiere para la construcción es mucho menor. Por la calidad del aislante proporciona una mayor confiabilidad.
El tiempo en la construcción. El costo de toda la subestación es elevado.
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Una subestación compacta y aislada en SF6 se muestra en la Fig. 3, figura en la cual se pueden verificar las características antes mencionadas[9].
[2]
H. Y. Li, P. A. Crossley, and J. Fitch, “Development
of IEC61850 Hardware Laboratory Platform for Substation Protection and Control integration,” 2008, pp. 501 – 505.
[3]
S.-G. Liu, L.-Y. Ding, and H.-H. Zeng, “Design and implementation of integrated protection apparatus in prefabricated substation,” 2004, vol. 5, pp. 2804 – 2808 vol.5.
[4]
T. W. Diliberti and R. A. Smith, “Industrial substations: plant-utility interface considerations,” 1992, pp. 35 – 38.
[5]
-January 1 2009, Manual DEL Tecnico En Subestaciones Electricas, Industriales Y Comerciales. El Precio Es En Dolares., 1a TAPA BLANDA
edition. LTC., p. 424. Fig. 3. Subestación en SF6 interna en un edificio 2
VI. CONCLUSIONES La producción de energía eléctrica requiere de muchos componentes que se interconectaran en el sistema de potencia, con la finalidad de tener confiabilidad en el sistema, y así lograr una correcta generación, transmision y distribución, es por ello que se utilizan las subestaciones eléctricas.
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La clasificación de las subestaciones eléctricas es de vital importancia, ya que dependiendo de la necesidad se puede realizar un diseño técnico y económicamente fiable, considerando el tipo de subestación adecuada y así garantizar el correcto funcionamiento del sistema de potencia.
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En la actualidad existen las subestaciones aisladas en SF6 que son de gran utilidad por las múltiples ventajas que ofrecen en relación a las subestaciones convencionales aisladas en aire, como es el costo el espacio, la seguridad, la tecnología utilizada entre otras son las características y ventajas que brindan una subestación de este tipo.
R EFERENCES [1]
G. Hernandez Martinez and V. Venegas Rebollar, “Design and simulation of a grounding grid for GIS substation,” Lat. Am. Trans. IEEE (Revista IEEE Am. Lat., vol. 6, no. 2, pp. 137 – 143, Jun. 2008.
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L. G. Bruno, “Ingeniería Eléctrica Explicada: Introducción a las subestaciones aisladas en gas.” Nov-2009.
[6]
J. D. McDonald, Electric Power Substations Engineering, Third Edition , 3 edition. Boca Raton, FL: CRC Press, 2012, p. 536.
[7]
G. E. Harper, Fundamentos de instalaciones eléctricas de mediana y alta tensión . Editorial Limusa, 2000, p. 516.
[8]
J. H. He, Y. Ren, Z. Q. Bo, B. R. J. Caunce, and A. Klimek, “An Advanced Substation Communication System for Integrated Protection,” 2006, vol. 3, pp. 832 – 835.
[9]
L. G. Bruno, “Ingeniería Eléctrica Explicada: Introducción a las subestaciones aisladas en gas.”
Nov-2009.
