8.1 subestaciones

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UNIDAD 3. “FUERZA ELÉCTRICA” Alumnas: Albarán Torres Linda Del Ángel Salgado Anahid Osornio Velázquez Ma. Cecilia Pérez Montoya Luz Mariana Urban Urban Ma. de la Luz Profesor: M. en C. e I. William Sánchez Ortiz Grupo: IQ-181 Asignatura: Ingeniería de Servicios Auxiliares

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UNIDAD 3. “FUERZA ELÉCTRICA”

Alumnas: Albarán Torres Linda

Del Ángel Salgado Anahid Osornio Velázquez Ma. Cecilia Pérez Montoya Luz Mariana Urban Urban Ma. de la Luz

Profesor: M. en C. e I. William Sánchez Ortiz

Grupo: IQ-181

Asignatura: Ingeniería de Servicios Auxiliares

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CONTENIDO GENERAL

Introducción

Subestaciones eléctricas

Transformadores

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¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?

La electricidad es un conjunto de fenómenos físicos referentes a los efectos producidos por las cargas eléctricas tanto en reposo como en movimiento.

Fue Benjamín Franklin quien denomino a los dos tipos de cargas, positiva y negativa; dedujo que cuando una carga se produce, siempre otra de magnitud idéntica pero de carga opuesta se crearía.

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

Figura 1. Electricidad

Figura 2. Benjamín Franklin

3

Page 4: 8.1 Subestaciones

Por lo tanto puede definirse como el movimiento de cargas eléctricas llamadas electrones.

¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD?

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

Figura 3. Átomo

Los átomos de la materia contienen electrones, que son partículas con cargas negativas. Los electrones se mueven alrededor del núcleo de su átomo, el cual contiene partículas cargadas positivamente llamadas protones.

Figura 4. Electrones Figura 5. Cargas positivas y negativas

4

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TIPOS DE ELECTRICIDAD

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

Estática

Dinámica •Corriente Continua (CD)

•Corriente alterna (CA)

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a) Electricidad estática

La electricidad estática es electricidad sin movimiento (estática = estacionario). Ya que la electricidad se define como una forma de energía, se concluye que la electricidad estática debe ser energía eléctrica potencial.

TIPOS DE ELECTRICIDAD

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

A la cantidad de electricidad con que se carga una sustancia se le llama carga eléctrica, se representa por la letra (Q) y se mide en el sistema internacional (S.I.), en culombios (C). 1 culombio = 6.25 x 1018 electrones libres

Figura 6. Electricidad estática

Figura 7. Carga eléctrica 6

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La corriente eléctrica consiste en el movimiento ordenado de cargas eléctricas por un material. Las cargas que se mueven por los aparatos eléctricos que usamos a diario son las cargas negativas.

a) Electricidad dinámica TIPOS DE ELECTRICIDAD

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

La corriente eléctrica son las cargas eléctricas en movimiento

Figura 8. Corriente eléctrica 7

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También conocida como corriente continua (CC), siempre fluye en la misma dirección. Los electrones fluyen en una sola dirección pues la polaridad del voltaje o de la fuente de la FEM es la misma; una de las terminales o polos de la batería es siempre positiva y la otra negativa.

a) Corriente directa

INTRODUCCIÓN CORRIENTE ELÉCTRICA

Figura 9. Corriente directa

8

Page 9: 8.1 Subestaciones

9

b) Corriente alterna

Figura 10. Corriente alterna

Produce un voltaje que regularmente se va alternando, aumentando desde cero hasta un máximo positivo y decreciendo desde este máximo hasta cero, para volver a aumentar hasta un valor máximo negativo y decrecer hasta llegar nuevamente a cero; a esta variación completa se le llama ciclo.

INTRODUCCIÓN CORRIENTE ELÉCTRICA

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Es a partir de una corriente alterna. La corriente eléctrica inducida obtenida tiene una forma llamada sinusoidal. El voltaje y corriente alternas producidos por el movimiento rotatorio de un generador asumen la forma de una onda o curva sinusoidal.

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INTRODUCCIÓN ONDA SINUSOIDAL

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¿QUÉ ES UNA DESCARGA ELÉCTRICA?

Es el pasaje de una corriente eléctrica que se produce entre dos electrodos, a través de un medio que puede ser sólido, líquido o gaseoso.

Para que haya una descarga eléctrica es condición previa la existencia de una diferencia de potencial. La descarga tiende al equilibrio de esa diferencia de potencial, para que no caiga esa diferencia es necesaria una fuente productora de tensión en forma permanente, sino no existiría descarga.

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

Figura 11. Descarga eléctrica

11

Page 12: 8.1 Subestaciones

• Materiales que no dejan pasar la corriente o la dejan pasar muy difícilmente, ejemplo porcelana, madera, etc.

Aislante

• Materiales por los que puede circular la corriente eléctrica con facilidad, como el cobre, el oro, la plata, etc.

Conductores

• Que ocupan una posición especial entre los dos anteriores, tales como el silicio y el germanio.

Semi - conductores

INTRODUCCIÓN CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Figura 12. Madera

Figura 13. Cobre

Figura 14. Silicio 12

Page 13: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Figura 15. Materiales en la electricidad

Figura 16. Materiales en la electricidad

13

Page 14: 8.1 Subestaciones

LEY DE CARGAS: “Los objetos con cargas diferentes se atraen, mientras que

los cuerpos con cargas iguales se rechazan”

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

Figura 17. Ley de cargas

14

Page 15: 8.1 Subestaciones

Hay tres posibles combinaciones de cargas diferentes:

• Neutro/positivo • Neutro/negativo • Negativo/positivo

Hay dos combinaciones posibles de cargas iguales:

• Positiva/positiva • Negativa/negativa

COMPORTAMIENTO DE LOS CUERPOS CARGADOS

INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA

Figura 18. Cargas del átomo 15

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El flujo de electrones requiere mantener una fuerza o presión (voltaje) que empuje los electrones en forma continua. Esta fuerza generalmente se conoce con el termino de fuerza electromotriz o FEM.

El voltaje o la FEM es la diferencia de la carga eléctrica entre dos puntos. Con el fin de mantener esta diferencia, debe existir un exceso de electrones en un cierto lugar y una deficiencia o falta de electrones en otro lugar.

VOLTAJE

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

Figura 20. Símbolo voltaje

Figura 19. Voltaje

16

Page 17: 8.1 Subestaciones

La unidad de medida es el volt o voltio. El aparato que usamos para medir este parámetro eléctrico es el voltámetro o voltímetro, el cual se conecta en paralelo a la línea para efectuar la medición.

El voltaje es comúnmente representado por los símbolos “E o V”.

VOLTAJE

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

Figura 21. Voltímetro

17

Page 18: 8.1 Subestaciones

El flujo de electrones necesita un material que permita por su medio un fácil desplazamiento de los electrones. La oposición que presenta un material al flujo de electrones es conocida como resistencia.

En algunos aisladores, como la cerámica y los plásticos, los electrones están fuertemente amarrados a sus átomos. Mientras el voltaje no sea muy alto generalmente miles de voltios, no se mueve ningún electrón.

RESISTENCIA

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

Figura 23. Choque entre átomos

Figura 22. Resistencia a la fricción

18

Page 19: 8.1 Subestaciones

Es la rapidez o velocidad con que la energía eléctrica asume otra forma. En un sistema mecánico, la potencia es la rapidez con la que se realiza un trabajo, es decir, la cantidad de trabajo que puede hacerse en una cantidad especifica de tiempo.

POTENCIA

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

Figura 24. Potencia 19

Page 20: 8.1 Subestaciones

El Watt es la medida utilizada para representar la Potencia Eléctrica y establece a qué velocidad puede transformarse la Energía Eléctrica

Descubierto por Janes Watt quien fue el creador de las primeras máquinas de vapor

20

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

WATT

Figura 25. WATT

Figura 26. Janes Watt

Page 21: 8.1 Subestaciones

En el caso de la electricidad el Watt se define como la potencia generada de acuerdo a la diferencia entre una corriente eléctrica de 1 amperio y 1 voltio

Es representada con el símbolo W y equivale a 1 Joule por segundo (J/s)

El Joule es la medida utilizada para medir la cantidad de energía que se utiliza

21

Figura 27. Comparación focos

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

WATT

Page 22: 8.1 Subestaciones

La LEY DE WATT debe usarse para calcular potencias, voltajes o corrientes.

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

Figura 28. Ley de Watt 22

Page 23: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

23

Page 24: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS

24

Page 25: 8.1 Subestaciones

¿QUÉ ES UN CIRCUITO ELÉCTRICO?

La fuente generadora de

tensión o electricidad.

Ésta puede ser un

generador, una batería,

la salida de un

transformador o la

alimentación

El medio de transmisión de electricidad, que son los cables.

La carga, que es donde se

utiliza la electricidad;

puede ser un motor, un

foco, una lavadora, una

televisión, una computadora, etcétera.

El medio de

desconexión de

la electricidad,

que se conoce como interruptor.

INTRODUCCIÓN FUERZA ELÉCTRICA

Figura 29. Circuito eléctrico 25

Page 26: 8.1 Subestaciones

1) GENERACIÓN

INTRODUCCIÓN FUERZA ELÉCTRICA

Figura 30. Generación Hidroeléctrica

Figura 32. Generación Solar

Figura 31. Generación Térmica

Figura 33. Generación Eólica

26

Page 27: 8.1 Subestaciones

Generalmente las plantas generadoras de electricidad se encuentran lejos de los puntos de uso, como las ciudades o los centros industriales, por lo que es necesario transmitir la electricidad hasta esos puntos.

2) TRANSMISIÓN

INTRODUCCIÓN FUERZA ELÉCTRICA

Figura 34. Transmisión de energía eléctrica

27

Page 28: 8.1 Subestaciones

PRIMARIA

Cuando las líneas de transmisión

llegan a los lugares de consumo, el

voltaje es reducido en subestaciones

para poder distribuirlo de manera más

segura.

SECUNDARIA

Para poder utilizar la energía

eléctrica, el voltaje de distribución

primaria es reducido a valores

seguros para su uso. La reducción del voltaje se lleva a cabo mediante transformadores.

3) DISTRIBUCIÓN

INTRODUCCIÓN FUERZA ELÉCTRICA

Figura 35. Distribución

28

Page 29: 8.1 Subestaciones

29

INTRODUCCIÓN FUERZA ELÉCTRICA

Figura 36. Proceso de la energía

Page 30: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN

La instalación de los servicios auxiliares eléctricos de una central debe estar fundamentada por tres criterios principales:

1.-Ser técnicamente realizable

2.-Económicamente factible

3.-Disponer de una alta confiabilidad procedente, debido al carácter imprescindible que tienen los servicios auxiliares para el funcionamiento de una empresa.

LOS SERVICIOS AUXILIARES DENTRO DE LA INDUSTRIA:

Figura 37. Factibilidad en una empresa

30

Page 31: 8.1 Subestaciones

DE CORRIENTE ALTERNA

De unidad

De la subestación

No esenciales de la casa de

máquinas

Externos

DE CORRIENTE DIRECTA

Cargador de baterías

Banco de baterías

Tablero de distribución

CLASIFICACIÓN:

INTRODUCCIÓN SERVICIOS AUXILIARES ELÉCTRICOS:

31

Page 32: 8.1 Subestaciones

DE CORRIENTE ALTERNA:

• Esenciales para el arranque, marcha y parada de las máquinas. Requieren una buena confiabilidad y representan una carga baja. De unidad

• No son servicios relacionados directamente con las máquinas, su operación es necesaria para el funcionamiento de éstas por ello requieren una buena confiabilidad.

De subestación

• No son esenciales para el funcionamiento de la central, sin embargo representan una carga grande dentro de los servicios auxiliares.

No esenciales de la casa de maquinas

• Comprende los servicios requeridos por el patio de conexiones así como los demás barrajes* involucrados en la central. Requieren una alta confiabilidad.

Externos

INTRODUCCIÓN SERVICIOS AUXILIARES ELÉCTRICOS:

*Barraje: (barra colectora). Término utilizado en el sector eléctrico para referirse a la conexión de un cuadro eléctrico a la red que lo alimenta. 32

Page 33: 8.1 Subestaciones

DE CORRIENTE DIRECTA:

• Tendrá la capacidad para abastecer toda la carga de corriente directa para la casa de máquinas.* Mantendrá el banco de baterías en flotación.

Cargador de baterías

• Se dimensiona para una autonomía mínima de 10 horas. En caso de fallar el cargador, este llevará a cabo el abastecimiento durante 10 horas.

Banco de baterías

• Distribuye la alimentación para las cargas de corriente directa. Tiene un sistema de control, un sistema de protección, alumbrado de emergencia,…

Tableros de distribución

INTRODUCCIÓN SERVICIOS AUXILIARES ELÉCTRICOS:

*Casa de máquinas: Donde se alojan los equipos que controlan, generan y abastecen los fluidos que se requieren en cada uno de los sistemas. 33

Page 34: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN

Son el conjunto de elementos, aparatos y equipos que se encargan de la recepción, conducción, transformación, control, medición, protección, distribución y utilización de la energía eléctrica.

Algunas instalaciones eléctricas industriales cuentan con su propia planta de generación de energía eléctrica, constituida por los turbogeneradores, tal es el caso de los ingenios azucareros, refinerías de PEMEX, complejos petroquímicos, plataformas petroleras, etc.

INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES:

Figura 38. PEMEX 34

Page 35: 8.1 Subestaciones

Actualmente debido a los altos costos de la energía eléctrica por parte de las empresas suministradoras, algunas empresas utilizan sus plantas de emergencia para su autoabastecimiento de energía eléctrica en las horas de demanda máxima (hora peak), tal es el caso de supermercados a nivel nacional.

INTRODUCCIÓN INSTALACIONES ELECTRICAS INDUSTRIALES:

Figura 39. Hora PEAK

35

Page 36: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN

El sistema de suministro eléctrico comprende el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica.

SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

¿QUÉ ES?

Bajo un sistema integrado que garantiza una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas.

Figura 40. Suministro eléctrico

36

Page 37: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

Etapas:

37

Page 38: 8.1 Subestaciones

El sistema eléctrico está compuesto por las centrales generadoras, líneas de transporte, subestaciones, líneas de distribución y centros de consumo.

COMPOSICIÓN:

Figura 41. Sistema Eléctrico

INTRODUCCIÓN SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

38

Page 39: 8.1 Subestaciones

INTRODUCCIÓN SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO

Figura 42. Sistema de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica 39

Page 40: 8.1 Subestaciones

En toda instalación industrial o comercial es indispensable el uso de la energía, la continuidad de servicio y calidad de la energía consumida por los diferentes equipos, así como la requerida para la iluminación, es por esto que las subestaciones eléctricas son necesarias para lograr una mayor productividad.

SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Figura 43. Productividad

40

Page 41: 8.1 Subestaciones

Las subestaciones son uno de los subsistemas que conforman el sistema eléctrico, su función es modificar los parámetros de la energía para hacer posible su transmisión y distribución.

Figura 44. Central Eléctrica Termal Solar de torre

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

41

¿QUÉ ES UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA?

Page 42: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

BENEFICIOS:

•MAYOR SEGURIDAD EN EL SUMINISTRO

•Por lo general, la alimentación de las subestaciones proviene de líneas de alto voltaje que por estar protegidas hacen que la probabilidad de fallo sea menor. Por lo tanto, existe una mejor regulación del voltaje.

•USO RACIONAL DE ENERGÉTICOS

•Al reducir las caídas de tensión, el uso de conductores de grueso calibre también disminuye, de modo que es posible tener voltajes de distribución de 440 V, 2300 V, 4160 V, etc., con los que habrá menos pérdidas.

•ECONOMÍA

•El costo del suministro de energía de alta tensión es más bajo que el de baja tensión. Además, la instalación de subestaciones en los grandes centros de consumo permite ahorrar materiales como cables y conductos.

42

Page 43: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN

Por su ubicación

Subestaciones cubiertas

A nivel

Subterráneas

Subestaciones a intemperie

Sobre nivel (aérea)

A nivel

43

Page 44: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN

En establecimientos donde las condiciones ambientales lo exigen y en donde existe disponibilidad de espacio cubierto para hacerlo, donde tanto el transformador como los tableros de maniobra están montados en el interior de una cabina, que en algunos casos suele ser presurizada con ventilación forzada para evitar la entrada de polvillo.

Por su ubicación

Subestaciones cubiertas

Figura 45. Subestación eléctrica cubierta

44

Page 45: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN

Por su ubicación Subestaciones cubiertas

a) A NIVEL

Figura 46. Subestación eléctrica cubierta a nivel

El transformador requiere de mucha ventilación y desde el punto de vista ambiental no tiene demasiadas exigencias se suele adoptar un tipo de subestación con los transformadores a intemperie y los dispositivos de maniobra y de protección montados en el interior de la cabina. Esta es tal vez la forma más empleada dentro del tipo de subestaciones cubiertas.

45

Page 46: 8.1 Subestaciones

La construcción subterránea implica mayores costos porque se complica la ventilación y surge el problema de la aislación de paredes respecto al suelo circundante. En las subestaciones subterráneas hay que tener en cuenta también el riesgo de inundación.

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN

Por su ubicación Subestaciones cubiertas

b) SUBTERRÁNEAS

Figura 47. Subestación eléctrica cubierta subterránea 46

Page 47: 8.1 Subestaciones

La protección por sobrecarga no es necesaria ya que en este tipo de subestaciones la carga depende pura y exclusivamente de la cantidad de consumidores conectados a la línea y ese valor no puede variar en forma brusca. En algunas subestaciones aéreas se suele ver un tablerito adicional el cual por lo general es el comando del alumbrado público.

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN

Por su ubicación Subestaciones a intemperie

a) SOBRE NIVEL (AÉREA)

Figura 48. Subestación eléctrica aérea 47

Page 48: 8.1 Subestaciones

Este tipo de subestaciones por lo general se construye a nivel de piso. El tablero de distribución en baja tensión suele ir en un local cubierto y el transformador queda a intemperie para su mejor ventilación.

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN

Por su ubicación Subestaciones a intemperie

b) A NIVEL

Figura 49. Subestación eléctrica a nivel

48

Page 49: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su función:

CLASIFICACIÓN

• Modifican los parámetros de la energía suministrada por los generadores para poder transmitirla en alta tensión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV. La transmisión depende del volumen y la distancia.

Subestaciones en las plantas

generadoras o centrales eléctricas

• Reciben alimentación directa de las líneas de transmisión y reducen la tensión para alimentar los sistemas de subtransmisión o las redes de distribución. Pueden tener en su secundario tensiones de 115, 69, 34.5, 6.9 ó 4.16 kV.

Subestaciones receptoras primarias

• Reciben alimentación de las redes de subtransmisión y suministran la energía a las redes de distribución a tensiones comprendidas entre 34.5 y 6.9 kV.

Subestaciones receptoras

secundarias

49

Page 50: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su función:

CLASIFICACIÓN

Figura 50. Subestación en las plantas generadoras

Figura 51. Subestación eléctrica primaria y secundaria 50

Page 51: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

• Son instalaciones de sistemas de muy alta tensión generalmente, y están habilitadas para resistir las diversas condiciones atmosféricas.

Subestaciones tipo

intemperie

• En estas subestaciones los aparatos y las máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido, generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales que requieran poco espacio para su instalación, generalmente se utilizan en tensiones de distribución y utilización.

Subestaciones tipo blindado

• En este tipo de subestaciones los aparatos y máquinas están diseñados para operar en interiores, son pocos los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las industrias.

Subestaciones tipo interior

Por el tipo de instalación:

CLASIFICACIÓN

51

Page 52: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por el tipo de instalación:

CLASIFICACIÓN

Figura 52. Subestación eléctrica tipo intemperie Figura 53. Subestación eléctrica tipo interior

Figura 54. Subestación eléctrica tipo blindado 52

Page 53: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

• La mayor parte de sus componentes se encuentran completamente aislados en el interior de compartimientos que contienen un gas con altas propiedades dieléctricas: gas hexafluoruro de azufre (SF6).

• Ocupan este tipo de subestaciones un reducido espacio en comparación con las subestaciones tipo intemperie.

• Su operación se efectúa a tensiones que van desde 13.8. 23, 34.5, 115, 230, 400, 735 y 800 K.V.

Subestaciones en

Hexafluoruro de Azufre

(SF6)

• Se encuentran instaladas sobre una plataforma móvil (tipo remolque de tracto camión).

• Son utilizadas por las empresas suministradoras de energía eléctrica para sustituir de manera temporal a toda o parte de una subestación de potencia cuando esta ultima ha fallado.

• Operan en tensiones de 115 K.V. para reducir a 13.8 K.V. y su capacidad promedio es de 10 M.V.A = 10,000 K.V.A.

Subestaciones móviles

Por el tipo de instalación:

CLASIFICACIÓN

53

Page 54: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por el tipo de instalación:

CLASIFICACIÓN

Figura 55. Subestación GIS en SF6

Figura 56. Subestación eléctrica móvil

54

Page 55: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

• Cuando se interconecta a una o varias subestaciones que permiten el respaldo de suministro eléctrico

Subestación receptora y de

enlace

• Destinada a modificar los parámetros eléctricos de entrada y salida del sistema

Subestación transformadora

• Destinada a convertir la corriente alterna en corriente continua, o viceversa.

Subestación convertidora

• Destinada a distribuir la energía eléctrica sin modificar sus características eléctricas

Subestación distribuidora

Por su servicio:

CLASIFICACIÓN

55

Page 56: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su servicio:

CLASIFICACIÓN

Figura 57. Subestación eléctrica receptora Figura 58. Subestación eléctrica transformadora

Figura 59. Subestación eléctrica convertidora Figura 60. Subestación eléctrica distribuidora 56

Page 57: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su servicio:

CLASIFICACIÓN

• Destinada a alimentar una red en corriente continua (subestación de tracción)

De rectificación

• Destinada a la transformación de tensión desde un nivel inferior a otro superior (centrales eléctricas)

De central

57

Page 58: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su servicio:

CLASIFICACIÓN

Figura 61. Subestación eléctrica de tracción Figura 62. Subestación eléctrica de central

58

Page 59: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su servicio – De transformación:

CLASIFICACIÓN

•Destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior.

•Necesario presencia de uno o varios transformadores

•Niveles de transformación: Transporte – Subtransporte – Reparto - Distribución

De transformación

pura

•Destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel

•Uso frecuente

De transformación

/ maniobra

•Destinada a la alimentación de redes con distinto número de fases: Trifásica - hexafásica - monofásica (subestación de tracción)

De transformación

/ cambio del número de

fases 59

Page 60: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN

Figura 65. Subestación eléctrica de transformación / cambio el número de fases

Figura 63. Subestación eléctrica de transformación pura Figura 64. Subestación eléctrica de transformación / maniobra

Por su servicio – De transformación:

60

Page 61: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su posición:

CLASIFICACIÓN

•Situadas en las inmediaciones de las centrales generadoras de energía eléctrica, cuya función es elevar el nivel de tensión, hasta 132, 220 o incluso 400 kV, antes de entregar la energía a la red de transporte.

Subestaciones eléctricas

elevadoras

•Reducen el nivel de tensión hasta valores que oscilan, habitualmente entre 13,2, 15, 20, 45 ó 66 kV y entregan la energía a la red de distribución.

Subestaciones eléctricas

reductoras

•No se modifican los parámetros en la transmisión de 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.

•Destinada a la interconexión de dos o más circuitos.

Subestaciones de maniobra

61

Page 62: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Por su posición:

CLASIFICACIÓN

Figura 68. Subestación eléctrica de maniobra

Figura 66. Subestación eléctrica elevadora

62

Figura 67. Subestación eléctrica reductora

Page 63: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ELEMENTOS

Principales o primarios

Transformador

Interruptor de potencia

Restaurador

Cuchillas fusibles

Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba

Apartarrayos

Transformadores de instrumento

Condensadores

Tablero dúplex de control

63

Page 64: 8.1 Subestaciones

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ELEMENTOS

Secundarios

Cables de potencia y de control

Alumbrado

Estructura

Herrajes

Equipo contra incendio y Equipo filtrado de aceite

Sistema de tierra

Carrier

Intercomunicador

Trincheras, ducto, conductos, drenajes

Cercas

64

Page 65: 8.1 Subestaciones

1. Cuchillas desconectadoras. 2. Interruptor. 3. TC. 4. TP. 5. Cuchillas desconectadotas

para sistema de medición. 6. Cuchillas desconectadoras

de los transformadores de potencia.

7. Transformadores de potencia.

8. Barras de conexión. 9. Aisladores soporte. 10.Conexión a tierra. 11.Tablero de control y

medición. 12.Barras del tablero 13. Sujeción del tablero.

PARTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

Figura 69. Elementos principales de una subestación eléctrica de media potencia y media tensión

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

65

Page 66: 8.1 Subestaciones

Son dispositivos eléctricos formados por dos láminas conductoras, separadas por una lámina dieléctrica* y que al aplicar una diferencia de tensión almacenan carga eléctrica.

ELEMENTOS

Figura 72. Partes de un capacitor

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Capacitores

*Dieléctrica: material de poca conductividad eléctrica

Figura 71. Capacitores

Figura 70. Capacitores

66

Page 67: 8.1 Subestaciones

• Alta tención

• Media tención

• Baja tención

Clasificación

• Cuyo tamaño dependerá del nivel de tensión del sistema al que se conectaran

Estructura

Están sumergidos, en líquidos dieléctricos los cuales están dentro de un tanque pequeño, herméticamente cerrado

Sus dos terminales salen al exterior a través de dos boquillas de porcelana

ELEMENTOS

Figura 73. Estructura de un capacitor

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Capacitores

67

Page 68: 8.1 Subestaciones

APLICACIÓN

• 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.

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Capacitores

68

Page 69: 8.1 Subestaciones

INSTALACIÓN Y DISEÑO

VENTILACIÓN

• La temperatura de operación no debe de exceder a la de diseño.

• La operación a 10°C arriba de la temperatura ideal disminuye la vida medida del capacitor en más de un 70%, debidos a los dieléctricos son muy sensibles.

FRECUENCIA

• Los capacitores deben operar a la frecuencia absoluta; si la frecuencia de alimentación baja, se reduce la potencia reactiva suministrada de acuerdo con la relación siguiente:

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Características de los Capacitores

69

Page 70: 8.1 Subestaciones

• Dónde:

• Qs= potencia reactiva suministrada en kVAR.

• Qn= potencia reactiva nominal en kVAR.

• fo= frecuencia aplicada en Hz.

• fn= frecuencia nominal en Hz.

• Si los capacitores se alimentan con una tensión inferior al

valor ideal la potencia reactiva suministrada se

reduce proporcionalmente

al cuadrado de la relación de las

tensiones

TENSIÓN • Donde:

• Qs y Qn= indicados en la expresión anterior.

• Vr = tensión aplicada en volts.

• Vn = tensión nominal en volts.

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Características de los Capacitores

70

Page 71: 8.1 Subestaciones

• La corriente ideal en un capacitor viene dada por las relaciones:

CORRIENTE

• Dónde:

• In = corriente ideal en amperes

• V =tensión en kV (entre terminales si es monofásico* o entre fases si es trifásico**).

• Q =potencia reactiva ideal en kVAR.

• Conexión del sistema a tierra

• Fusibles de capacitores

• Dispositivos de conexión y desconexión

• Armónicas

CONSIDERACIONES

*Monofásico: una sola línea uso domestico 120 kw **Trifásico: tres líneas 360 kw

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Características de los Capacitores

71

Page 72: 8.1 Subestaciones

Son dispositivos eléctricos de protección 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.

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Apartarrayos

Figura 75. Apartarrayos

Figura 74. Apartarrayos 72

Page 73: 8.1 Subestaciones

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.

DESCRIPCION Y FUNCION DEL EQUIPO DE UNA

SUBESTACION ELECTRICA

• 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.

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Apartarrayos

Figura 76. Apartarrayos

73

Page 74: 8.1 Subestaciones

FUNCIÓN

• No es eliminar las ondas de sobre tensión, sino limitar su magnitud a valores que no sean perjudiciales al aislamiento del equipo

CLASIFICACIÓN:

• Sobretensiones de impulso por rayo: Son generadas por las descargas eléctricas en la atmosfera (rayos); tienen una duración del orden de decenas de microsegundos.

• Sobretensiones de impulso por maniobra: Son originadas por la operación de los interruptores. Producen ondas con frecuencias del orden de 10 kHz y se amortiguan rápidamente. Tienen una duración del orden de milisegundos.

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Apartarrayos: Sobretensiones

Figura 77. Sobretensiones

74

Page 75: 8.1 Subestaciones

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, transformado

res, 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

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Apartarrayos

Figura 79. Apartarrayos

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES QUE DEBE TENER EL APARTAR RAYO INSTALADO:

Figura 78. Apartarrayos

75

Page 76: 8.1 Subestaciones

Dispositivos que sirven para conectar

y desconectar diversas partes de

una instalación eléctrica.

Pueden abrir circuitos bajo la tensión pero nunca cuando está fluyendo corriente a

través de ellas.

Siempre deberá abrirse primero el

interruptor correspondiente.

Efectuar maniobras de operación o bien

para darles mantenimiento.

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Cuchillas

Figura 80. Cuchillas

76

Page 77: 8.1 Subestaciones

Es un Aparato dotado de poder de corte, destinado a efectuar la apertura y el cierre de un circuito, que tiene dos posiciones en las que puede permanecer en ausencia de exterior y que corresponden una a la apertura y otra al cierre del circuito.

ELEMENTOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Interruptores

Figura 82. Interruptores

Figura 81. Interruptores

77

Page 78: 8.1 Subestaciones

Interruptor capaz de establecer, mantener e interrumpir la intensidad de la corriente de servicio, o de interrumpir automáticamente o establecer, en condiciones predeterminadas, intensidades de corriente anormalmente elevadas, tales como las corrientes de cortocircuito.

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores a) Interruptor automático

Figura 83. Interruptor automático

Figura 84. Interruptor automático 78

Page 79: 8.1 Subestaciones

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.

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores b) Interruptor de

Potencia

79

Page 80: 8.1 Subestaciones

Estos Interruptores fueron los primeros que se emplearon para

interrumpir elevadas intensidades de corriente a tensiones

igualmente elevadas.

El aceite sirve como medio

aislante y medio de extinción del

arco eléctrico que se produce al

abrir un circuito con carga.

En los interruptores en aceite, la energía

del arco se usa para "fracturar" las moléculas de aceite y producir

gas hidrógeno

Éste se usa para adelgazar, enfriar

y comprimir el plasma del arco, esto desioniza el arco y efectúa un proceso de auto-

extinción.

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores c) Interruptores GVA (de Gran Volumen de Aceite)

Figura 85. Interruptor GVA

80

Page 81: 8.1 Subestaciones

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores

Características generales

81

Page 82: 8.1 Subestaciones

Características:

• Fallo en barra: se pierden todos los circuitos al despejar los interruptores la falta

• Fallo de interruptor al abrir: se pierden todos los circuitos al abrir el resto de interruptores

• Mantenimiento interruptor: el circuito afectado queda indisponible

• Operación con un nudo eléctrico únicamente

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores d) Interruptor sencillo –

Barra simple

1 Interruptor por circuito

2 Seccionadores por circuito

Figura 86. Interruptor sencillo – barra simple

82

Page 83: 8.1 Subestaciones

Características:

• Fallo en barra: tras una interrupción, sólo se pierde media barra

• Fallo de interruptor: tras una interrupción, sólo se pierde media barra

• Mantenimiento interruptor: el circuito afectado queda indisponible

• Posible operación con 2 nudos ELECTTRICOS

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores e) Interruptor sencillo – Barra partida

Figura 87. Interruptor sencillo – barra partida

1 Interruptor por circuito

2 Seccionadores por circuito + 1 Seccionador de barra

83

Page 84: 8.1 Subestaciones

Características:

• Fallo en barra: Tras un corte, continuidad de servicio. Todos los circuitos quedan protegidos por interruptor de transferencia

• Fallo Interruptor: Tras un corte, continuidad de servicio

• Mantenimiento interruptor: Continuidad de servicio

• Operación con un nudo eléctrico

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores f) Interruptor sencillo – Barra de transferencia

Figura 88. Interruptor sencillo – barra de transferencia

1 Interruptor por circuito + 1 de transferencia

3 Seccionadores por circuito + 2 de transferencia

84

Page 85: 8.1 Subestaciones

1+ ½ Interruptores por circuito

3 Seccionadores por circuito

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores g) Interruptor y medio

Figura 89. Interruptor y medio

Características:

• Fallo en barra: Continuidad de servicio

• Fallo de interruptor en barra: Continuidad de servicio

• Fallo de interruptor central: Se pierde un circuito

• Mantenimiento de interruptor: Continuidad de servicio

• Posible operación con 2 nudos eléctricos

85

Page 86: 8.1 Subestaciones

Características:

•Mantenimiento de interruptor continuidad de servicio

•Flexibilidad

2 Interruptores por circuito

4 Seccionadores por circuito

Fallo en barra: continuidad de servicio

•Fallo de interruptor: continuidad de servicio

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Tipos de Interruptores d) Interruptor doble –

Barra doble

Figura 90. Interruptor doble – barra doble

86

Page 87: 8.1 Subestaciones

MANTENIMIENTO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

87

Page 88: 8.1 Subestaciones

El mantenimiento predictivo

• Efectúa pruebas de equipo

• Se conoce el estado actual

• Conoce el estado futuro

Mantenimiento preventivo programado o sistemático.

• Solo fines de semana

• Coordinación de operación

• El mantenimiento preventivo sistemático

• Normas (IEC-76, IEC-72)

MANTENIMIENTO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Mantenimiento preventivo

Figura 91. Mantenimiento predictivo

Figura 92. Mantenimiento programado

88

Page 89: 8.1 Subestaciones

Inspección termográfica infrarroja

• Se captura imágenes digitales y térmicas

• Equipo energizado

• Mantenimiento preventivo-predictivo

Inspección visual

• Mensualmente

• No se desenergiza la línea

• Exterior de el equipo

MANTENIMIENTO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Mantenimiento preventivo

Figura 93. Inspección IR Figura 94. Inspección visual 89

Page 90: 8.1 Subestaciones

• Implica reparación y remplazo

• Reparación implica anticiparse a los daños de los equipos

Mantenimiento correctivo

programado

• Cuando existe una falla o avería en algún equipo de subestación se presentan por causas ajenas a la voluntad de los responsables de la subestación se deben a factores externos

Mantenimiento correctivo por

avería

MANTENIMIENTO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Mantenimiento correctivo a subestaciones

Figura 95. Mantenimiento a subestaciones

90

Page 91: 8.1 Subestaciones

• Consiste en la revisión física, limpieza, lubricación, apriete de conexiones, así como pruebas mecánicas, eléctricas y dieléctricas.

• Se realiza utilizando el equipo de seguridad y herramienta adecuada, como equipos de prueba, como:

– Medidor de resistencia de aislamiento (megohmetro),

– Medidor de resistencia de contacto (ducter)

– Medidor de resistencia a tierra (terrometro ó telurómetro).

• Norma NOM-029-STPS

Figura 96. Gabinete de subestación eléctrica

Figura 97. Gabinete de subestación eléctrica

MANTENIMIENTO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Mantenimiento a gabinete de subestación eléctrica

91

Page 92: 8.1 Subestaciones

• Juego de tres pértigas seccionables de 1.22 m c/u, se incluye un gancho en la sección superior

• Herramienta tipo alicate para extracción de fusibles, de 2" a 5.5." de diámetro

• Casco dieléctrico

• Gafas de policarbonato

• Botas dieléctricas

• Juego de guantes dieléctricos (algodón, hule, y carnaza) para 30 KV

• Anuncio (PELIGRO ALTA TENSION), dimensiones de 40 x 40 cm.

• Extinguidor de fuego tipo ABC

Figura 98. Accesorios de seguridad

ACCESORIOS DE SEGURIDAD 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

92

Page 93: 8.1 Subestaciones

• Cambiador de Tap Energizado o Tap Desernegizado

– Se revisan las Pruebas Eléctricas para Evitar falsos Contactos y desgaste

Figura 99. Conservador de aceite

Figura 100. Fisuras radiadores

Figura 102. TAP energizado

SISTEMA DE ENFRIAMIENTO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

• Conservador de aceite (silica Gel)

– Se cambia cada 2 años por el contrario aumenta la concentración y esto degrada el transformados

• Se buscan

– Fisuras en los radiadores

– Funcionamiento de abanico

– Válvulas de radiadores/ fugas de aceite

Figura 101. TAP desenergizado

93

Page 94: 8.1 Subestaciones

Figura 104. Daño en el transformador

DAÑOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

Figura 103. Daño en subestación

94

Page 95: 8.1 Subestaciones

Figura 105. Localización en México

EN MÉXICO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

95

Page 96: 8.1 Subestaciones

Voltajes Normalizados

NORMATIVIDAD 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

96

Page 97: 8.1 Subestaciones

• Norma NMX-J-169 (inherentes a métodos de prueba para transformadores de distribución y potencia).

• Norma NOM-029-STPS mantenimiento de Instalaciones Eléctricas en los Centros de Trabajo.

• NMX-J-308 (Gráfica Doernenburg, Método Rogers, Triangulo Duval y/o CSUS).

NORMATIVIDAD 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

97

Page 98: 8.1 Subestaciones

2.1. ESQUEMA GENERAL DE SUBESTACIÓN

Antes de diseñar una subestación, es necesario solicitar a la compañía proveedora de energía eléctrica datos como: • El nivel de voltaje disponible, • La variación del nivel de

voltaje, • El punto de entrega del

suministro y la ruta de la línea, • La corriente de corto circuito

trifásico y monofásico en el punto de suministro y

• Las tarifas.

DISEÑO DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA :

Figura 106. Plano de una Subestación eléctrica

98

Page 99: 8.1 Subestaciones

Los parámetros eléctricos a considerar para definir el tipo de construcción y los equipos y aparatos de las subestaciones son:

• La tensión que requiere la instalación,

• El nivel de aislamiento aceptable en los aparatos,

• La corriente máxima y

• La corriente de corto circuito.

PARÁMETROS ELÉCTRICOS A CONSIDERAR:

Figura 107. Instalación Eléctrica

Las tensiones del sistema eléctrico nacional, según lo reportado por CFE son:

•Para transmisión: 161, 230 y 400 kV.

•Para subtransmisión: 69, 85, 115 y 138 kV.

•Para distribución en plantas industriales: 34.5 kV, 23 kV, 13.8 kV, 4.16 kV, 440 V, 220/127 V.

2.1. ESQUEMA GENERAL DE SUBESTACIÓN

99

Page 100: 8.1 Subestaciones

• Cuenta con la oferta más completa en plantas eléctricas, reconocida por su alta calidad, así como por ser diseñadas y ensambladas bajo los más estrictos estándares a nivel mundial.

• Nuestras capacidades van desde 10 hasta 2,500kW

2.1. ESQUEMA GENERAL DE SUBESTACIÓN EJEMPLO EMPRESA

Figura 108. SELMEC

100

Page 101: 8.1 Subestaciones

¿QUE ES UN TRANSFORMADOR? 2.2. TRANSFORMADORES

101

Máquina electromagnética

que permite aumentar o

disminuir el voltaje o tensión en un

circuito eléctrico de corriente

alterna, manteniendo el

voltaje constante.

Opera bajo el principio de inducción

electromagnética y tiene circuitos eléctricos que

están enlazados magnéticamente

y aislados eléctricamente.

Page 102: 8.1 Subestaciones

TRANSFORMADOR

Transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia constante.

Lo hace bajo el principio de inducción

electromagnética

Usualmente lo hace con un cambio de

voltaje, aunque esto no es necesario.

Tiene circuitos eléctricos que están eslabonados

magnéticamente y aislamiento

eléctricamente

FUNCIONES 2.2. TRANSFORMADORES

102

Page 103: 8.1 Subestaciones

ELEMENTOS 2.2. TRANSFORMADORES

103

Page 104: 8.1 Subestaciones

Está formada por un conjunto de

elementos separados del

tanque principal y que agrupa los

siguientes elementos:

• Este constituye el circuito magnético, que está fabricado en láminas de acero al silicio.

Núcleo

• Estas constituyen el circuito eléctrico, se fabrican utilizando alambre o solero de cobre o de aluminio.

Bobinas

PARTES PRINCIPALES 2.2. TRANSFORMADORES

a) Parte Activa

104

Page 105: 8.1 Subestaciones

Consiste en el tanque donde se aloja la parte activa; se utiliza en los transformadores cuya parte activa va sumergida en líquidos.

El tanque debe ser: • Hermético • Soportar el vacío absoluto sin

presentar deformación permanente, • Proteger eléctrica y mecánicamente

el transformador, • Ofrecer puntos de apoyo para el

transporte y la carga del mismo, • Soportar los enfriadores, bombas de

aceite, ventiladores y los accesorios especiales.

PARTES PRINCIPALES 2.2. TRANSFORMADORES

a) Parte Pasiva

Figura 109. Tanque del transformador

105

Page 106: 8.1 Subestaciones

Un transformador son un conjunto de partes y dispositivos que auxilian en la operación y facilitan en labores de mantenimiento.

Tanque conservador.

Boquillas

Tablero

Placa de características

Conectores a tierra

ACCESORIOS 2.2. TRANSFORMADORES

106

Page 107: 8.1 Subestaciones

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

107

• El uso de este tipo de transformadores es "aumentar" eléctricamente la tensión desde un generador hasta la alta tensión más conveniente para la transmisión de potencia. Los transformadores elevadores de generación se instalan en una central eléctrica

Transformadores elevadores

Page 108: 8.1 Subestaciones

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. Costos

Peligros de las altas tensiones dentro de los tableros de

control y protección

-

Transformadores de potencial (PT)

Transformadores de corriente (CT)

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores de instrumento

108

Page 109: 8.1 Subestaciones

Reduce la tensión de la línea de orden de KV a niveles bajos de tensión para alimentar equipos de control y medición este nivel de tensión es 120 V.

Los parámetros mas importantes para los TP son:

Existe dos tipos:

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores de potencial TP

109

Inductivos

Responden rápidamente a los cambios de tensión, estos

los hace ideales para ser

utilizados en el esquema de protección

Capacitivos

Permite filtrar y sintonizar

determinadas frecuencias.

Page 110: 8.1 Subestaciones

Transforma niveles altos de corriente a valores pequeños para alimentar equipos de medición y control, generalmente el valor para alimentar estos equipos es de 5 A.

TC para medición

TC para protección

TC para protección y medición

Precisión Carga en el secundario

Corriente primaria

Algunas características

importantes son:

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores de corriente TC

Existen diferentes tipos:

110

Page 111: 8.1 Subestaciones

• La precisión para estos efectos debe estar garantizada esto debido a que se deben saturar para valores altos de corriente para proteger los equipos

TC para medición

• No debe saturarse en altos valores de corriente.

TC para protección

• Los núcleos son de alta precisión en cuanto a los niveles de saturación. TC para protección y

medición

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores de corriente TC

111

Page 112: 8.1 Subestaciones

Los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos.

Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas.

Las aplicaciones típicas son para alimentar a granjas, residencias, edificios o almacenes públicos, talleres y centros comerciales.

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores de distribución

Figura 110. Transformador

112

Page 113: 8.1 Subestaciones

Transformador para montaje sobre postes

Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión.

Transformadores Herméticos de Llenado Integral

Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos.

Transformadores Herméticos de Llenado Integral

Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos.

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Tipos de Transformadores de distribución

113

Page 114: 8.1 Subestaciones

Transformadores Subterráneos

• Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza.

Transformadores Rurales

• Están diseñados para instalación monoposte en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares.

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Tipos de Transformadores de distribución

114

Page 115: 8.1 Subestaciones

Los transformadores trifásicos son utilizados para el suministro o el

transporte de energía a grandes distancias de sistemas de potencias

eléctricas.

Lo que normalmente conocemos como la

distribución eléctrica, pero a grandes distancias.

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores Trifásicos

Figura 111. Transformador Trifásico

115

Page 116: 8.1 Subestaciones

Estos transformadores no contienen aceite ni otros líquidos para enfriamiento, el aire es también el medio aislante que rodea el núcleo y las bobinas, por lo general se fabrican con capacidades inferiores a 2000 kVA y voltajes menores de 15 kV.

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores Tipo seco autoenfriados AA

Figura 112. Transformador Tipo Seco

116

Page 117: 8.1 Subestaciones

Es básicamente un transformador tipo AA al que se le adicionan ventiladores para aumentar su capacidad

de disipación de calor.

TIPOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Transformadores Tipo seco autoenfriados / enfriados por la circulación forzada de aire AA / FA

Figura 113. Transformador Tipo AA/FA

117

Page 118: 8.1 Subestaciones

Es necesario a menudo instalar bancos transformadores monofásicos en conexiones trifásicas de acuerdo con las necesidades que se presenten. En los sistemas trifásicos pueden utilizarse. tres transformadores en banco.

Condiciones para la conexión

Que los transformadores tengan la misma capacidad

en K.V.A.

Que sus voltajes primario y secundario sean iguales

Que tengan idénticas marcas de polaridad.

Los diagramas vectoriales o fasoriales resultantes de

las tres fases, formen figuras iguales y de lados

paralelos.

Es recomendable que los transformadores sean del

mismo fabricante

BANCOS DE TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

118

Page 119: 8.1 Subestaciones

La polaridad de los transformadores indica el sentido relativo instantáneo del flujo de corriente en los terminales de alta tensión con respecto a la dirección del flujo de corriente en los terminales de baja tensión.

La polaridad de un transformador de distribución monofásico puede ser aditiva o sustractiva.

La polaridad es aditiva si el voltaje medido entre los otros dos bornes de los devanados es mayor que el voltaje en el devanado de alta tensión.

La polaridad es sustractiva si el voltaje medido entre los dos bornes de los devanados es menor que el voltaje del devanado de alta tensión.

POLARIDAD DE LOS TRANSFORMADORES 2.2. TRANSFORMADORES

Figura 116. Polaridad de los transformadores

119

Page 120: 8.1 Subestaciones

Cuando se desea alimentar una carga que excede o puede exceder la capacidad de un transformador existente, entonces se puede conectar un segundo transformador en paralelo.

REQUERIMIENTOS

La polaridad debe ser la misma.

La relación de transformación debe ser igual.

La impedancia porcentual (en porcentaje) debeser la misma.

La rotación de fases (defasamiento) debe ser igual

Los diagramas vectoriales y los defasamientosdeben ser los mismos.

OPERACIÓN EN PARALELO 2.2. TRANSFORMADORES

120

Page 121: 8.1 Subestaciones

• Se realizar el mantenimiento preventivo, así como pruebas eléctricas y dieléctricas.

• El servicio consiste en la inspección física al transformador, así como pruebas de resistencia de aislamiento, relación de transformación, resistencia óhmica, factor de potencia y resistencia a tierra.

• Se realiza con equipos de medición y prueba diseñados para tal fin

• Norma NMX-J-169

Figura 114. Mantenimiento transformador

MANTENIMIENTO 2.2. TRANSFORMADORES

Figura 115. Mantenimiento transformador

121

Page 122: 8.1 Subestaciones

Se realiza el análisis de las características físicas, eléctricas y químicas del aceite. El servicio consiste en la obtención de una muestra de aceite aislante del transformador, y envío para su análisis correspondiente en un laboratorio acreditado para tal fin.

Figura 116. Análisis del transformador

ÁNALISIS DEL ACEITE 2.2. TRANSFORMADORES

Figura 117. Análisis del transformador 122

Page 123: 8.1 Subestaciones

• El muestreo y diagnóstico del aceite se realiza conforme a la norma NMX-J-308 y los métodos de prueba en el laboratorio conforme a la norma NMX-J-123.

• Se realiza el muestreo de aceite y se envía al laboratorio para identificar y medir la concentración de gases disueltos en el líquido aislante.

• El análisis de gases disueltos en el líquido aislante, se realiza utilizando un Cromatógrafo de Gases y tomando en consideración el método de prueba ASTM D-3612

2.2. TRANSFORMADORES ÁNALISIS DEL ACEITE

Figura 119. Análisis del transformador

Figura 118. Análisis del transformador

123

Page 124: 8.1 Subestaciones

Sus principales accesorios de protección son:

• Bucholtz

• Válvula de sobrepresión

• Temperatura del devanado

• Temperatura de aceite

Figura 122. Accesorio de protección

Figura 121. Válvula de sobrepresión Figura 120. Tanque del

transformador

ACCESORIOS DE PROTECCIÓN 2.2. TRANSFORMADORES

124

Page 125: 8.1 Subestaciones

Las causas de fallas de un transformador proviene por falta de mantenimiento algunas fallas se pueden manifestar como:

Humedad Fugas Carga de voltaje excesiva Una mala protección eléctrica Una mala instalación Un mal manejo y desconocimiento del equipo

Figura 124. Falla de un transformador

FALLAS 2.2. TRANSFORMADORES

Figura 123. Falla de un transformador

125

Page 126: 8.1 Subestaciones

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• CONDUMEX “Manual Técnico de Instalaciones Eléctricas en baja tensión” México D.F. Junio 2009

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• CONDUMEX: SELMEC Subestaciones Eléctricas [Formato pdf]

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Bibliografía

126

Page 127: 8.1 Subestaciones

Gracias por su atención