Escuela Mexicana de Electricidad

Presentación del tema: "Escuela Mexicana de Electricidad"— Transcripción de la presentación:

1 Escuela Mexicana de Electricidad
Subestaciones Eléctricas Compactas “Características Generales y Equipos”

2 Subestaciones Eléctricas Compactas:
Definición de subestación Compacta: Una subestación compacta dentro de una red eléctrica, es una estructura que contiene maquinas, aparatos y circuitos encargados de la conexión, desconexión, y en algunos casos, de la medición, de las líneas de media tensión pertenecientes a la acometida de la compañía suministradora de energía eléctrica.

3 Subestaciones Eléctricas Compactas:
Ésta cumple además, la función principal de intermediar entre dicha acometida y el transformador, protegiendo así al mismo, y a la instalación de media y baja tensión. En estas subestaciones, el equipo se encuentra protegido por gabinetes y generalmente se emplean en donde los espacios son muy reducidos. Se pueden construir tipo interior y de tipo intemperie

4 Subestaciones Eléctricas Compactas:
Los gabinetes albergan un conjunto de equipos adecuadamente dispuestos, como interruptores seccionadores, apartarrayos, y cuchillas de paso, entre otros dispositivos

5 Subestaciones Eléctricas Compactas:
En cuanto a la seguridad para el operario, esta está diseñada con un laminado exterior y con un sistema de enclavamiento en sus puertas que protege al mismo, manteniéndolo a una distancia segura de la instalación de alta tensión o “las partes vivas” de las conexiones internas de la subestación. A este tipo de gabinetes se los denomina de “frente muerto”, y también se aplica a otros equipos como tableros de distribución y CCMs.

6 Subestación compacta Siemens
Estudio de las subestaciones eléctricas compactas, diferentes arreglos y equipos

7 Secciones de la subestación (celdas)
Celdas: Todas las subestaciones compactas cuentan con estructuras desmontables llamados celdas. Dichas celdas contienen todos los dispositivos de conexión, desconexión, y protección, y a su vez dividen la subestación en bloques que pueden cambiar de posición dependiendo de la necesidad o utilidad que se le de a la subestación. Simbología Siemens

8 Secciones de la subestación (celdas)
Celdas de acometida: Es una celda prevista para recibir el cable de energía de alta tensión o acometida, las líneas de acometida pueden ser regularmente por trinchera( subterráneo) y en algunas ocasiones por charola (aéreo). Simbología Siemens

9 Secciones de la subestación (celdas)
Celdas de medición: en estas celdas, además de encontrarse la acometida como en el caso anterior, se encuentra el equipo de medición de la compañía suministradora, con sus respectivos transformadores de medición. La misma se encuentra diseñada con el espacio adecuado de acuerdo a las normas de la Comisión Federal de Electricidad, para alojar sin problemas dicho equipo.

10 Secciones de la subestación (celdas)
Celda de seccionador principal y celda de seccionador derivado: En estas celdas se aloja el seccionador de carga tripolar encargado de proteger la instalación, y de conectar o desconectar la energía eléctrica de forma segura. Simbología Siemens

11 Secciones de la subestación (celdas)
Celda de acoplamiento a transformador: Como su nombre lo indica esta celda es adecuada para el acoplamiento directo del transformador a la subestación, contiene en su interior las soleras de cobre necesarias para la conexión del transformador, apoyadas en aisladores de resina sintética, diseñados de acuerdo a la tensión nominal del sistema. Esta celda puede estar situada a la derecha o izquierda de acuerdo a las necesidades del proyecto Simbología Siemens

12 Secciones de la subestación (celdas)
Celda de transición: Es una celda por medio de la cual se establece la interconexión entre un seccionador general con uno o más seccionadores derivados, contiene las barras de cobre (comúnmente llamadas camino de barras) adecuadas para la conexión de la salida del seccionador con la alimentación de los seccionadores derivados, montadas sobre aisladores adecuados Simbología Siemens

13 Estructuración de las subestaciones Compactas, diferentes arreglos:
Las subestaciones pueden estar compuestas por varias celdas. Dependiendo de la utilidad , las celdas van a variar en su ubicación para conformar diferentes tipos de arreglos, dando así lugar a poder crear una subestación para cada necesidad.

14 Tipos de Arreglos más comunes en subestaciones compactas:
Subestación receptora o Principal: En este tipo de arreglo, la celda de medición se encuentra al principio luego se encuentra la celda de seccionador, y luego la celda de acoplamiento al transformador. Este tipo de arreglo es el que comúnmente encontramos en las industrias, dado que es la subestación principal.

15 Tipos de Arreglos más comunes en subestaciones compactas:
Subestación derivada: En este tipo de arreglo, al principio se encuentra la celda de acometida, luego se encuentra la celda de seccionador, y luego la celda de acoplamiento al transformador. Este tipo de arreglo de subestación lo encontramos siempre y cuando ya exista en la industria o en la planta una subestación principal, y podemos tener varias subestaciones derivadas a lo largo de la planta.

16 Tipos de Arreglos más comunes en subestaciones compactas:
Subestación con medición al centro: En este tipo de arreglo se encuentra la celda de medición al centro, con dos cuchillas de paso a sus lados para conectar a dos celdas de seccionador principal, con sus respectivas celdas de acoplamiento a transformador. Este tipo de arreglo, lo encontramos en plantas industriales donde se tiene dividida la carga desde la subestación, y funciona como subestación principal.

17 Tipos de Arreglos más comunes en subestaciones compactas:
Subestación con celda de Transición: En este tipo de arreglo, se conecta a una subestación principal con celda de medición con interruptor principal con celda de transición, y dos celdas de seccionador derivados. Este tipo de arreglo es usado en plantas industriales muy grandes donde solo se quiere tener una subestación principal y varios seccionadores derivados en una misma subestación y de aquí podemos a ir a subestaciones derivadas como tantos seccionadores derivados tengamos en dicha estación o bien cuando vamos a conectar transformadores a distancia.

18 Tipos de Arreglos más comunes en subestaciones compactas:
Configuración de la subestación según su orientación: Dependiendo de la ubicación que tenga la subestación con respecto a la acometida, las mismas pueden ser de configuración izquierda-derecha, o derecha –izquierda. Esto es, que si la celda de acometida o de medición se encuentra a la izquierda, visto de frente a la subestación, estaríamos frente a una configuración “izquierda-derecha”, en caso contrario, si dichas celdas se encuentran a la derecha, entonces la configuración sería “derecha-izquierda”. Este dato es importante, ya que los elementos de la subestación tales como cuchillas de paso y las soleras o barras de cobre conductoras, están hechas para una determinada orientación, y por esto mismo la adaptación de los mismos a otro tipo de orientación es volver a montar la cuchilla de paso y voltear las celdas para poner el nuevo sentido, y por lo tanto tenemos que realizar nuevos dobleces a las soleras de cobre. Averiguar sobre los tornillos de las subestaciones de que material son.

19 Diferentes tipos de arreglos para subestaciones Siemens

20 Subestación compacta Siemens
Datos y características técnicas de una subestación

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22 Datos y características técnicas de una subestación:
A la hora de elegir una subestación compacta, se deben tener en cuenta ciertos datos y características técnicas a saber: 1) Tensión nominal (kV): La tensión nominal es aquella a la que esta diseñada la subestación para trabajar bajo condiciones normales. Los datos de esta tensión están dados por la tensión de la red. 2) Tensión máxima de servicio (kV): es la tensión máxima de servicio para la que esta diseñada la subestación. Conseguir catalogo de soleras.

23 Datos y características técnicas de una subestación:
A la hora de elegir una subestación compacta, se deben tener en cuenta ciertos datos y características técnicas a saber: 3) Corriente nominal (A): La corriente nominal es aquella con la que va a trabajar la subestación bajo un régimen normal, al máximo de su carga. Esta magnitud característica se diseña para el máximo de calentamiento admisible de los conductores bajo condiciones normales de trabajo. Conseguir catalogo de soleras.

24 Datos y características técnicas de una subestación:
A la hora de elegir una subestación compacta, se deben tener en cuenta ciertos datos y características técnicas a saber: 4) Frecuencia nominal Hz: Frecuencia para la que esta diseñada la subestación. 5) Tensión auxiliar para circuito de control (V.c.c.) : Algunas subestaciones pueden incluir un circuito de control para accionar el interruptor principal. Conseguir catalogo de soleras.

25 Datos y características técnicas de una subestación:
A la hora de elegir una subestación compacta, se deben tener en cuenta ciertos datos y características técnicas a saber: 6) Tipo de protección: Dependiendo de donde se instale la subestación, y el tipo de ambiente a la que se expone, estas se diseñan de diferentes formas según normas. Normalización de gabinetes según su uso (Normas Nema): - NEMA 1: fabricación del tablero para uso interior

26 Datos y características técnicas de una subestación:
A la hora de elegir una subestación compacta, se deben tener en cuenta ciertos datos y características técnicas a saber: - NEMA 12: fabricación del tablero para uso donde haya polvo y pelusas. - NEMA 3R: fabricación del tablero a prueba de lluvia. Estas normas se aplican a los gabinetes en general, pudiendo ser CCMs o Subestaciones, o cualquier otro tipo.

27 Datos y características técnicas de una subestación:
A la hora de elegir una subestación compacta, se deben tener en cuenta ciertos datos y características técnicas a saber: 7) Altura sobre el nivel del mar (m): Los diferentes componentes de la subestación, van a variar dependiendo de la altura con respecto nivel del mar, ya que las diferencias de presión influyen en el funcionamiento de los equipos.

28 Datos y características técnicas de una subestación:
A la hora de elegir una subestación compacta, se deben tener en cuenta ciertos datos y características técnicas a saber: Datos de prueba: 8) Tensión de impulso: Es el pico de impulso de tensión (descarga atmosférica) que soporta un aislamiento bajo condiciones preestablecidas en laboratorio por medio de una maquina llamada generador de impulso. .

29 Datos y características técnicas de una subestación:
Datos de prueba: 9) Corriente de corto circuito (kA) en caso de cortocircuito, además del aumento de temperatura, existe esfuerzos mecánicos sobre los diferentes componentes de la subestación. Los componentes y las barras están diseñadas para soportar un máximo de corriente producida por el cortocircuito en un máximo de tiempo determinado. El tiempo se maneja de forma inversamente proporcional a la corriente. Si el tiempo de cortocircuito aumenta, la intensidad de corriente del mismo tendría que ser menor para que los equipos la soporten.

30 Equipos de la subestación:
Seccionador de carga o bajo carga: Este sirve para la conexión y desconexión con carga, además de que protege contra corto circuito y sobrecarga, lo cual se logra a través de los fusibles de media tensión y alta capacidad interruptiva. El seccionador también protege la línea contra operación monofásica o bifásica gracias a su mecanismo percutor, el cual desconecta automáticamente las tres fases cuando se funde un fusible. Cuando el seccionador se instala en una celda principal, debe de incluir tres apartarrayos, los cuales se montan en la parte posterior del seccionador. Cuando la celda es para seccionador derivado, normalmente no se instalan apartarrayos.

31 Equipos de la subestación:
Seccionador de carga o bajo carga:

32 Equipos de la subestación:
Cuchilla de paso de operación Sin Carga: Este es un dispositivo de seccionamiento de circuitos para operar sin carga, sirve básicamente para aislar el resto de la subestación de la celda de acometida, librando barras y circuitos de la fuente de alimentación de alta, para poder hacer tareas de mantenimiento u otras actividades de rutina.

33 Equipos de la subestación:
Cuchilla de paso de operación Sin Carga: 1. Contacto fijo 2. Pieza porta-tuerca conexión de acometida 3. Cuchilla seccionadora con contacto móvil 4. Acoplador mecánico de resina sintética epóxica (conexión en grupo) 5. Flecha de accionamiento en grupo 6. Contacto porta-tuerca 7. Aislador de apoyo 8. Contacto de giro de la cuchilla

34 Equipos de la subestación:
Cuchilla de paso de operación Sin Carga: Esta funciona por medio de un juego de tres cuchillas que se accionan con un mismo eje, que a su vez se comandado desde el exterior de la subestación usando una palanca. Los elementos de conexión se hallan firmemente montados sobre aisladores acanalados de resina sintética y sobre una placa base de lámina de acero, la flecha de accionamiento gira dentro de bujes de material anticorrosivo de baja fricción. En los aisladores están las partes vivas construidas de cobre electrolítico. La operación es manual en grupo y se realiza por medio de pértiga o accionamiento de disco. Debido a la flecha extendida en ambas direcciones la posición de mando puede ser tanto derecha como izquierda.

35 Equipos de la subestación:
Apartarrayos: El apartarrayos es un dispositivo que sirve para la protección contra descargas atmosféricas o sobretensiones en la línea. Las ondas que se presentan durante una descarga atmosférica viajan demasiado rápido para la capacidad de reacción de los fusibles, haciendo que este sistema sea insuficiente en esos casos. El apartarrayos, que se encuentra conectado permanentemente en el sistema, opera cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud, descargando la corriente a tierra.

36 Equipos de la subestación:
Apartarrayos: Funcionamiento y características de construcción Su principio general de operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre dos explosores cuya operación esta determinada de antemano de acuerdo a la tensión a la que va a operar, esto es, cuando existe una tensión mayor a la nominal en la línea, el apartarrayos actúa desviándola a tierra. Se fabrican diferentes tipos de apartarrayos, basados en el principio general de operación; por ejemplo: los más empleados son los conocidos como “apartarrayos tipo autovalvular” y “apartarrayos de resistencia variable”.

37 Equipos de la subestación:
Apartarrayos: Funcionamiento y características de construcción El apartarrayos tipo autovalvular consiste de varias chapas de explosores conectados en serie por medio de resistencias variable cuya función es dar una operación más sensible y precisa. Se emplea en los sistemas que operan a grandes tensiones, ya que representa una gran seguridad de operación. El apartarrayos de resistencia variable funda su principio de operación en el principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene mucha aceptación en el sistema de distribución. La función del apartarrayos no es eliminar las ondas de sobretensión presentadas durante las descargas atmosféricas, sino limitar su magnitud a valores que no sean perjudiciales para las máquinas del sistema.

38 Equipos de la subestación:
Apartarrayos: Apartarrayos de distribución Apartarrayos de media tensión:

39 Equipos de la subestación:
Fusibles: De la misma forma que cualquier fusible normal, estos protegen la instalación contra fallas de cortocircuito y sobrecargas, con la diferencia en alta y media tensión, de que además de poseer un distinto tamaño y capacidad, tienen un sistema de percutor que acciona un mecanismo en el seccionador bajo carga, que hace que se disparen las tres cuchillas desconectando las tres fases a la vez.

40 Equipos de la subestación:
Fusibles: características de construcción: Los elementos fusibles tienen una serie de perforaciones espaciadas regularmente a todo lo largo, calibrados de acuerdo a las características de cada fusible, al circular una corriente de corto circuito se produce la fusión de los elementos en las áreas perforadas y se establece un arco eléctrico durante la primera parte de la onda de la corriente. El diseño de los fusibles contempla un sistema de varios compartimentos o cámaras de arqueo en serie, en las cuales se extingue una parte del arco eléctrico producido al fundirse los elementos fusibles. El interior del fusible se llena de arena sílica de granulación y formulación específica para una adecuada extinción del arco y enfriamiento del fusible.

41 Equipos de la subestación:
Fusibles: Estos fusibles son empleados principalmente para la protección contra corrientes de corto circuito, debido al efecto limitador de corriente, capacidad para interrumpir la corriente de corto circuito antes de que alcance su valor pico máximo. Al llegar a la corriente de fusión, los elementos fusibles se funden interrumpiendo el circuito en varios puntos en los que aparecen múltiples arcos eléctricos. La tensión se incrementa hasta llegar a un máximo (tensión de ruptura), limitándose la corriente. La arena sílica enfría y reduce la conductividad rápidamente.

42 Equipos de la subestación:
Fusibles: En el caso en el cual los fusibles estén instalados en los seccionadores interruptores bajo carga los valores de la corriente mínima de interrupción son de 1.8 a 2 veces la corriente nominal del fusible, esto es debido a la respuesta instantánea del perno percutor del fusible que provoca el disparo del mecanismo y la apertura de las tres fases simultáneamente. Los fusibles de alta tensión cuentan con un dispositivo de disparo (sistema percutor) accionado por un mecanismo de energía almacenada mediante un resorte precomprimido, que opera con una fuerza de 120 N (12 Kgf) y un recorrido de 35 mm, suficiente para accionar el mecanismo de disparo del seccionador

43 Equipos de la subestación:
Fusibles: 1) Envolvente tubular de porcelana mas fibra de vidrio 2) Caperuzas de contacto 3) Núcleo de material aislante eléctrico, resistente a la temperatura, 4) Elementos fusibles de plata, cobre u otros materiales conductores, inmersos en arena de sílice. 6) Conjunto percutor

44 Equipos de la subestación:
Aisladores: Se usa para soportar las barras conductoras de la subestación, como soporte para cables, como bases aisladas para mordazas y para fusibles, etc. Son cilíndricos y su superficie es acanalada, con el objeto de aumentar la superficie de aislación entre las partes vivas y la estructura donde están sujetos. Construcción: Los aisladores de apoyo están fabricados de resina sintética y, en ambos extremos frontales están fundidos niples de rosca, con el objeto del montaje de los mismos a las estructuras soporte de la subestación y por el otro extremo para sujeción de soleras y otras partes vivas pertenecientes a equipos por medio de tornillería y solera metálica de apoyo.

45 Equipos de la subestación:
Aisladores instalados:

46 Equipos de la subestación:
Aisladores: Los hay de diferentes tamaños, dependiendo de la tensión a la que estén expuestos y tengan que aislar, con respecto a tierra (generalmente la estructura de la subestación y el laminado), como también entre otras partes vivas (entre fase y fase). La Superficie acanalada aumenta la superficie de separación entre las partes a aislar, evitando también en caso de que estén expuestos a la intemperie, que la humedad se forme como una capa conductora en la parte externa, ya que el acanalamiento ofrece un obstáculo para la formación de dicha película de humedad, cosa que no pasaría en una superficie lisa. En forma general y práctica, se toma como norma para la separación entre partes vivas y tierra como entre fases, la relación de 1cm por kilovolt, si bien en cálculos quizá esta distancia se acorta, para los fines prácticos, y por seguridad, se toma la anterior relación como convención. Por lo mismo, al ver un aislador se puede inferir inmediatamente para que tensión máxima están diseñados, con solo apreciar sus dimensiones: Por ejemplo, un aislador preparado para una tensión nominal de 15 Kv , tendrá un largo aproximado de 15 cm, uno de 23 Kv alrededor de 23 cm, etc.

47 Equipos de la subestación:
Soleras o barras de cobre: Estas están hechas con cobre electrolítico, anteriormente se utilizaba aluminio como material conductor, pero sus dimensiones tenían que ser mas grandes. En cuanto a las dimensiones: las Soleras de 1/4” x 1” pueden trabajar con una intensidad máxima de corriente nominal de 400 A, tomando en cuenta una densidad de 1600 A/ Pg2 (amperes por pulgada), para el caso de necesitar una corriente nominal de hasta 600 A se necesitarán soleras de 1/4” X 1 ½”, basándose en la misma densidad. Las soleras de cobre se fabrican para soportar temperaturas de 90 grados centígrados Hacer calculo de soleras