subestación eléctrica de potencia
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ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN DE
POTENCIA
M.C. Victor Manuel Andrade ZamoraM.C. Victor Manuel Andrade Zamora
Dirección General de Educación Tecnológica Industrial.
• Centro de Estudios Tecnológicos industrial y de servicios No. 80.
• Carrera: Electricidad.
• Módulo: V. Mantiene instalaciones eléctricas de media y baja tensión.
• Submódulo: 2. Realiza mantenimiento de subestaciones eléctricas (128 horas).
Dirección General de Educación Tecnológica Industrial.
• Competencias profesionales: Determina los elementos que conforman una subestación eléctrica.
• Competencia disciplinar: CE4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes.
• Competencia genérica: 8.4. Asume una actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades con los que cuenta dentro de distintos equipos de trabajo.
EL RETO:
• Los elementos aquí presentados son poco conocidos por la población en general. Sin embargo, para un estudiante de la carrera de electricidad, resulta fascinante explorar, discutir y analizar los principios y fundamentos técnicos y científicos que rodean a los elementos de una subestación de potencia.
• En equipos, observen la presentación y al final analicen y contesten las preguntas planteadas.
LA SUBESTACIÓN DE POTENCIA
• Una subestación de potencia es la encargada de recibir la energía que se transporta por líneas de alta tensión desde las centrales generadoras hasta las ciudades.
• La transmisión de la energía en México corre a cargo de la Comisión Federal de Electricidad (C.F.E.) y se realiza a 400,000 volts hasta llegar a estas subestaciones.
• Una subestación de potencia está conformada por tres grandes partes:
• Casa de control: Es el lugar en el que se encuentran alojados todos los tableros, los cargadores, las baterías e inversores.
• El patio de transformadores.
• Patio de conexiones: En el patio de conexiones se encuentran agrupados los interruptores, seccionadores, transformadores de corriente y de potencial, los descargadores de sobretensión y las trampas de onda, entre otros.
Lo primero que se ve al acercarse a estas subestaciones, es la enorme cantidad de torres de alta tensión con sus respectivas líneas aéreas.
Se reciben a una tensión de 400,000 volts.
Al ingresar a la subestación, se inicia observando el apartarrayos. Dispositivo conectado en paralelo a la línea y que sirve como válvula de drene a tierra, en caso de sobretensiones en la línea.
Los más comunes son los de óxido de zinc.
• A continuación se muestran sus rangos de operación.
• No solo se encargan de operar con las sobretensiones por descarga atmosférica, sino también por las producidas por operación de interruptores de potencia o accidentes.
Después del apartarrayos, observamos el transformador de potencial capacitivo. Se trata de un grupo de capacitores en serie que permiten enviar voz y datos por las líneas de transmisión (actualmente la fibra óptica es la que hace casi siempre ese manejo de voz y datos).
Continuamos con la trampa de onda. es un elemento utilizado para evitar la suma de armónicos a la señal de transmisión que puedan causar perturbaciones, esta conformado por una bobina por la cual pasa la corriente a la frecuencia industrial (60 Hz) de la línea de transmisión.
Paralelo a esta se encuentra el equipo sintonizador el cual ofrece una alta impedancia, está constituido por condensadores, inductancias y resistencias; y en paralelo a la bobina y al equipo sintonizador se encuentra el equipo de protección, el cual protege la trampa de onda de contra sobretensiones transitorias que puedan ocurrir en ella.
Pasamos al reactor. Se trata de una bobina aterrizada conectada en estrella, el montaje interno se hace sobre un núcleo laminado de níquel-cobalto.
Se encarga de «aportar» a la línea reactivos inductivos en las horas no-pico, o sea, cuando las empresas y fábricas no trabajan. En ese periodo la corriente es muy pequeña y por ello el voltaje tiende a elevarse.
• Este pequeño se le conoce como reactor de neutro, y sirve para cerrar la estrella del reactor anterior y no tener que conectarlo directamente a tierra.
El transformador de corriente (TC). Es encargado de reducir el valor de la corriente para alimentar equipos de medida como voltímetros, amperímetros, etc.
Se conecta en serie con el circuito que hace la medición.
Se puede clasificar por su construcción:
Tipo devanado.
Tipo ventana
Tipo barra.
Por su conexión:
Primario simple.
Primario serie paralelo.
Secundario múltiple.
El transformador de potencial (TP).
Es encargado de reducir el valor del voltaje para alimentar equipos de medida como voltímetros, amperímetros, etc.
Se conecta en paralelo con el circuito que hace la medición.
Disyuntor de Hexafloruro de Azufre (SF6).
Aparece desplazando a los de gran volumen de aceite.
El SF6 (hexafloruro de azufre) es un gas inerte que se encarga de extinguir el arco en una cámara aislada del exterior.
Disyuntor de Hexafloruro de Azufre (SF6).
El gas extingue el arco a alta presión.
Sus ventajas es que el gas no es tóxico, el disyuntor ocupa poco espacio y no es ruidoso al operar.
Estos tienen una I nominal de 200 A. y una capacidad interruptiva de 400KA.
Cuchillas seccionadoras de operación horizontal (columna central giratoria).
• Este tipo de cuchillas son giratorias y aparecen en el área de 400Kv.
Cuchillas seccionadoras de operación horizontal (columna central giratoria).
• Así se observan cuando están abiertas.
La sección de buses.
• En estas estructuras están montados los buses, que transmiten la energía dentro de la subestación. En la parte alta hay hilos de guarda y en el suelo hay un sistema de tierra, estos dos últimos como protección de la instalación.
La sección de buses.
• Para detectar a simple vista posibles fallas en los aisladores, se prefiere instalar los que son de vidrio. Las instalaciones más antiguas todavía cuentan con aisladores de porcelana.
Transformador de potencia.
Una parte esencial de la subestación es el transformador. Es un tipo acorazado en aceite, con una capacidad de 100MVA, un voltaje de 400Kv (Y)/230Kv (Y) y un devanado terciario de 13.8 Kv en delta, así conectado para restringir armónicas.
Transformador de potencia.
(vista trasera)
Se trata de un autotransformador y es monofásico, por lo que una subestación de potencia cuenta al menos con 4 de éstos (uno por fase y otro para servicio o emergencia).
Transformador de potencia.
¿Para que sirve ese pequeño tanque?
Es un tanque compensador. Por lo general se encuentra a la mitad de su nivel y sirve para compensar el aceite del transformador, que baja y sube con el cambio de la temperatura exterior.
Cuchillas de operación vertical.
En voltajes menores a los 400 Kv se pueden ver otro tipo de cuchillas seccionadoras como las de operación vertical.
Cuchillas tipo pantógrafo.
• Otras son las tipo pantógrafo. Que hacen su operación moviéndose hacia arriba (para conectar) y hacia abajo (desconectar).
Transformadores de potencial y de corriente.
• Nótese que en las secciones de 115 Kv y 69 Kv las dimensiones de los TPs y TCs se reducen (se considera una distancia de seguridad de 1 cm. Por cada Kv).
Disyuntor neumático.
Otro tipo de interruptores en esta sección es el neumático. Como su nombre lo dice, operan extinguiendo el arco con aire a presión.
Tableros de control
En los recintos cerrados están los tableros desde donde se monitorean y vigilan la operación de todos los elementos de la subestación. Además, aquí es donde se establece comunicación con el CENACE.
Bancos de baterías.
Para que los sistemas de protección operen en forma continua e independiente de la energía suministrada a la subestación se cuenta con bancos de baterías. La capacidad total del banco es de 600 Amperes durante 8 horas.
Sistemas de comunicación.
En las partes más modernas, se tienen complejos y sofisticados sistemas de transmisión de datos en enormes tableros y con sistemas de aire acondicionado, ya que la temperatura de estos recintos se eleva por su operación.
Actividad de metacognición:PREGUNTAS PARA ANALIZAR EN
EQUIPO Y REPONDER EN PLENARIA:
• 1. ¿Por qué el primer elemento de la subestación de potencia es un apartarrayos?
• 2. ¿Por qué se deben aportar reactivos inductivos a una línea de transmisión en horas no-pico?
• 3. ¿Cuál es la razón por la que a veces se usa el TC y otras el TP?
• 4. ¿Cómo protege un hilo de guarda a una instalación?
• 5. ¿Por qué se dice que una conexión en delta restringe las armónicas?
• 6. De la anterior ¿Qué tipo de armónicas debe de restringir?
• 7. ¿Por qué es más fácil detectar una falla en un aislador de vidrio?
• 8. ¿Qué ventajas tiene es SF6 como «gas inerte»?
Referencias:
• Curso virtual de redes eléctricas.
• http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2equipos24.php
• Curso Redes Eléctricas 1
• http://iie.fing.edu.uy/ense/asign/redelec91/redesi_cap7.pdf
• http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/tydee/seccionadores.pdf
• ¡GRACIAS!