introduccion a las subestaciones electricas de potencia (parte 1)
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Ing. Alfonso Rosales Martín.
Objetivo Terminal.
El personal técnico comprenderá el
funcionamiento de las subestaciones y sus
principales equipos y comprenderá su operación
en base a los principales esquemas de las
subestaciones y su nomenclatura.
PRINCIPIOS DE LAS SUBESTACIONES.
PRINCIPIOS DE LAS SUBESTACIONES.
Una subestación eléctrica es un conjunto de
dispositivos que sirven para cambiar las
características de la energía eléctrica (el voltaje y la
corriente) y que también controla y distribuye la
energía.
Es un punto de interconexión entre distintassecciones de un sistema eléctrico.
¿Por qué se eleva el voltaje para transmitir la energía eléctrica?
Las pérdidas en un conductor están dadas por el cuadrado de la corriente multiplicado por la resistencia del conductor.
P= I2R
Cuando un transformador eleva el voltaje,reduce la corriente y al circular menoscorriente por un conductor tenemos menospérdidas.
CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONESDe acuerdo a su función.
ELEVADORAS. Elevan el
voltaje y reden la corriente
eléctrica
Generalmente son las encargadas de conectar a los
generadores de las centrales generadoras al sistema eléctrico
y elevan su voltaje para transmitir la energía que reciben de
las centrales.
CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONESDe acuerdo a su función.
REDUCTORAS. Reducen el
voltaje e incrementan la corriente
eléctrica
Reducen el voltaje e incrementan la corriente eléctrica, con la
finalidad de entregar la potencia recibida para las líneas de
subtransmisión o las líneas de distribución o bien, para los
circuitos de comercialización hacia las diferentes cargas.
CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONESDe acuerdo a su función.
DE MANIOBRA. Estas subestaciones NO modifican la energía
eléctrica, únicamente son nodos de entrada y salida sin elementos
de transformación y son utilizadas como interconexión de líneas,
derivaciones, conexión y desconexión de compensación reactiva y
capacitiva, entre otras.
CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONESPor su construcción.
TIPO INTEMPERIE. Son las construidas para operar expuestas a lascondiciones atmosféricas (lluvia, nieve, viento y contaminaciónambiental) y ocupan grandes extensiones de terreno.
CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONESPor su construcción.
TIPO INTERIOR. Se encuentran con protección de obra civil,similares en su forma a las de tipo intemperie, con el fin deprotegerlas de los fenómenos ambientales como son: lacontaminación salina, industrial y agrícola, así como de los vientosfuertes y descargas atmosféricas.
CLASIFICACIÓN DE LAS SUBESTACIONESPor su construcción.
También existen, lasSubestaciones compactasblindadas aisladas con gasHexafloruro de Azufre (SF6),las cuales proporcionangrandes ventajas, ya queademás de poder ser diseñadaspara operar a la intemperie,estas pueden estar protegidasdel medio ambiente con ciertainfraestructura civil
EQUIPOS DE LAS SUBESTACIONES.
Equipos de las Subestaciones.
Las subestaciones son parte elemental de un sistema
eléctrico y están conformadas por un conjunto de
equipos eléctricos, cada uno de ellos con una función
muy importante para que todos juntos cumplan con el
objetivo de recibir energía en ciertas características,
convertir sus valores de voltaje y de corriente y
entregarla.
Equipos de las Subestaciones.
Si habláramos de una subestación de la manera mássimple, bastaría conformarla con un TRANSFORMADOR,un bus del lado de alta tensión, un bus del lado de bajatensión y un par de interruptores para aislar tanto el ladode baja como el lado de alta tensión.
Pero conforme las necesidades de un sistemaeléctrico y la potencia requerida seincrementan, deberán de ser más losequipos que conforman a una subestación
Cuchillas, TC´s, TP´s y DP´s, reactores,autotransformadores, bancos decapacitores, CEV´s, generadores deemergencia, bancos de baterías, tableros decontrol, protecciones eléctricas, etc.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.
Máquina que convierte las características de voltaje ycorriente de la energía eléctrica, de tal manera que alelevar el voltaje reduce la corriente y viceversa.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.
Máquina que convierte las características de voltaje ycorriente de la energía eléctrica, de tal manera que alelevar el voltaje reduce la corriente y viceversa.
Por su funcionamientose clasifican enelevadores y reductores,algunos transformadores sonempleados para elevar el voltaje,como es el caso de lostransformadores usados a la salidadel generador, mientras que los máscomunes son diseñados para reducirel voltaje (reductores).
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.Principio de funcionamiento.
La transformación de la energía se realiza al hacer circular una corriente alterna por
una bobina, la cual se convierte en un imán que producirá un campo magnético
variable proporcional a la cantidad de corriente que circule por la bobina. Si se coloca
otra bobina dentro del campo magnético producido por la primera, en la segunda
bobina se inducirá un voltaje que podrá hacer circular una corriente de igual
frecuencia a la que se produjo.
Los transformadores trabajan
bajo el principio de inductanciamutua.
C.A.C.A.
200
V.
VO
LT
S
100
V.
VO
LT
S
EMBOBINADO
PRIMARIO
EMBOBINADO
SECUNDARIO
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.
Principio de funcionamiento.
La potencia que ingresa al un transformador, esigual a la que se obtiene a la salida. (Despreciando las
pérdidas).
Los parámetros que se convierten al pasar del devanado primario al secundario de un transformador son el VOLTAJE y la CORRIENTE.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.Relación de transformación
La relación de transformación nos indica el número deveces que se eleva o reduce el voltaje en un transformadorrespecto al voltaje de entrada.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.Relación de transformación
Un transformador que recibe 20,000 V en el primario y entrega 400,000 V en el secundario tiene una RT de (400,000/20,000= 20). Esto quiere decir que por cada volt que entre en el lado primario saldrán 20 en el lado secundario.
La relación de transformación de un
transformador se determina por el número
de vueltas del devanado primario y el
número de vueltas del devanado
secundario.
Por ejemplo un transformador que recibe 23,000 V yentrega 220 V tiene una relación de transformaciónigual de 105.54 (23,000/220=105.54). Esto indicaque por cada 105.54 V en el lado primarioobtendremos 1V en el lado secundario.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.Relación de transformación
La relación de transformación sedetermina de la siguiente manera:
Numero de vueltas primario (n1) = Voltaje primario (V1) = Corriente secundario (I2)
Numero de vueltas secundario (n2) Voltaje secundario(V2) Corriente primario (I1)
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.Relación de transformación
EJEMPLO:
Un transformador cuya relación detransformación es de 480 V a 220 V,suponiendo que el devanado primario tiene100 vueltas podemos sacar el número devueltas del devanado secundario.
Para esto hay que recordar la fórmula de la relación
de transformación de un transformador V1/V2 es
igual a n1/n2.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.EJEMPLO:
Sustituyendo los datos que tenemos solamente tendríamos que hacer una regla de 3 para conocer el número de vueltas del secundario.
480/220 = 100/xx= (220 x 100) / 480 =46 Vueltas en el secundario.
Relación de transformación
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.EJEMPLO:
480/x = 110/46X= (480 x 46) / 110 = 200 v
Tendríamos un voltaje de salida de 200 v.
Relación de transformación
Que voltaje obtendríamos en el secundario si en vez de
tener 100 vueltas en el devanado primario tuviéramos
110? Sabiendo que el voltaje de entrada al
transformador no lo podemos modificar y el número de
vuelas en el secundario es constante.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR.EJEMPLO:
480/x = 90/46X = (480 x 46) / 90 =
245 v.
Relación de transformación
Y si el devanado primario estuviera formado por 90
vueltas?
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR. ¿Qué es un TAP?
La relación de transformación de untransformador depende directamente delnúmero de vueltas de ambos devanados.
Pues bien un tap, también conocido como derivación es cable
que sale del devanado después de haber recorrido cierto
número de vueltas, posterior a ése tap y dependiendo del
diseño, vendrá otra derivación después de determinadas
vueltas y así sucesivamente hasta llegar a “n” vueltas.
Para una mejor explicación, ver página 16 del manual.
Estos arreglos (taps o derivaciones) se
hacen en el devanado del lado de alta
tensión por ser de menor calibre de
manera que existen varias derivaciones
en distintos números de vueltas para que
éstas proporcionen un voltaje distinto a
su salida.
Equipos de las Subestaciones.
TRANSFORMADOR. ¿Qué es un TAP?
Lo más común en un transformador es
encontrarte con 5 taps
Siendo el tap número tres el que corresponde
al voltaje nominal de alta tensión y existiendo una
diferencia del 2.5% entre cada tap de tal manera que el tap en el
que corresponde a un 5% mayor al voltaje nominal del lado de AT
y el tap 5 correponde un 5% menor.
Equipos de las Subestaciones.
AUTOTRANSFORMADOR.
El autotansformador es una máquina eléctrica cuya función y
construcción es similar a la de un transformador. Están
formados por un único devanado alrededor del núcleo y
trabajan bajo dos principios eléctricos que son el de
inductancia mutua y el de conexión galvánica.
Podemos decir que en un
autotransformador el devanado primario
y el secundario están conectados en
serie.
Equipos de las Subestaciones.
AUTOTRANSFORMADOR.
Esta es una representación
de cómo está conformado
un autotransformador. Note
que el devanado serie (primario) está
conectado directamente al devanado
común (secundario) y observe que una de
sus conexiones viene de una fase y la del
devanado común va a tierra.
Equipos de las Subestaciones.
AUTOTRANSFORMADOR.
Por ejemplo 400 kv a 230 kv, o bien
138 kv a 66 kv, etc.
Equipos de las Subestaciones.
AUTOTRANSFORMADOR.
Algunas de las ventajas de utilizar un autotransformador son:
•Menor costo.•Mayor eficiencia.•Mejor regulación.•Menor tamaño, menor peso.•Pequeña corriente de excitación.