Protecciones en una subestación y comunicaciones entre plantas y subestaciones

Protecciones en una Subestación y Comunicaciones entre Plantas y Subestaciones

Debido al rápido desarrollo económico, la demanda de plantas de potencia se ha visto incrementada, especialmente en los países desarrollados. Los materiales y partes para estos suministros y distribuidores de potencia son muy complejos. La producción de transformadores, condensadores de voltajes variados, y las técnicas de mantenimiento y servicio son muy críticas.
La manufactura de los transformadores requiere de altos conocimientos tecnológicos para asegurar un tiempo de vida largo, un mantenimiento fácil y, por supuesto, costos de producción bajos.  Las funciones de estos aceites para transformadores están referidas al aislamiento eléctrico y al enfriamiento. Los métodos de prueba aplicados a estos aceites variarán en cada país. Las pruebas realizadas para los efectos de aislamiento incluyen resistencia dieléctrica, factor de potencia, resistencia, punto de transmisión, seguridad y estabilidad.

Para efectos de enfriamiento, transferencia de calor de los transformadores al aire o agua para su enfriamiento.

La prueba realizada para este efecto de enfriamiento es la viscosidad. Una alta viscosidad hace difícil el flujo del aceite; disminuyendo el efecto de transferencia de calor.

El aceite para transformadores puede contaminarse con facilidad durante su proceso de empaque, transporte, filtrado en depósitos e incluso durante su proceso de prueba.  Las otras materias primas, tales como partes de acero, materiales de aislamiento y pinturas también pueden contaminar estos aceites.

 Tipos de subestaciones

Una subestación de distribución o centro de transformación es el conjunto de instalaciones y equipos eléctricos encargado de realizar la transformación de niveles de alta, media o baja tensión a niveles adecuados para la distribución de energía eléctrica, operadores de Red utilizan las siguientes relaciones de transformación 230-34,5 kV, 115-34,5 kV, 115-11,4 kV, 115-34,5 kV, 34,5-11,4 kV, 34,5-13,2 kV,13.2-0.208/0.120kV, 13.2-0.220/0.127kV, 13.2-0.440/0.266kV, 11.4-0.208/0.120kV, 11.4 -0.220/0.127kV, 11.4 - 0.440/0.266kV

TIPOS DE SUBESTACIONES:

Las subestaciones de distribución se pueden clasificar según su ubicación en:

• Subestación aérea

• Subestación de piso

• Subestación subterránea

SUBESTACIÓN AÉREA:

La subestación aérea o tipo poste es empleada en zonas rurales, y urbanas, para prestar el servicio a usuarios industriales o residenciales de estratos 1,2 y 3. La subestación aérea esta conformada por un transformador de distribución, acompañado de su respectiva protección contra sobretensión (Descargadores de sobretensión DST) y protección contra sobrecorriente (cortacircuitos), como también de algunos accesorios indispensables para su montaje como apoyos, aisladores y herrajes.

Los transformadores utilizados en este tipo de subestación pueden ser monofásicos o trifásicos y los fabricantes ofrecen transformadores de distribución con potencias nominales normalizadas que no exceden los 150 kVA, cuando la potencia nominal excede los 112.5KVA o el peso del transformador sobrepasa los 650kg, se requiere utilizar para su instalación una estructura tipo H. La estructura tipo H se compone de dos apoyos (postes). 

La alimentación de los transformadores que conforman una subestación aérea puede hacerse por red aérea o subterránea.

   

SUBESTACIÓN DE PISO:

La subestación de piso se utiliza en zonas urbanas, para prestar el servicio a usuarios industriales, comerciales, alumbrado público y residencial.

Las subestaciones de piso presentan variantes que determinan su clasificación en: subestación tipo patio, subestación tipo pedestal o pad mounted y subestación capsulada.

SUBESTACIONES TIPO PATIO:

Las subestaciones tipo patio son empleadas a la intemperie en algunas industrias, habitualmente son alimentadas por redes subterráneas a 34,5 kV y en el lado de baja tensión se pueden manejar niveles de tensión según la necesidad del usuario.

La subestación debe estar provista de una puesta a tierra a la cual se conectaran las partes metálicas no conductoras del equipo empleado en la subestación, así como las crucetas metálicas, los cables de guarda, la carcaza del transformador, los DST y el neutro del transformador.

SUBESTACIÓN PEDESTAL O PAD MOUNTED (TIPO JARDÍN)

La subestación pedestal o pad mounted (tipo jardín) puede ser utilizada a la intemperie o al interior de edificios, ofrecen seguridad para ser instalada en lugares en que existe paso de personas como en parques o avenidas.

La subestación de pedestal está conformada por dos gabinetes, uno en el que se encuentra alojado el transformador el cual lleva sus protecciones internas y otro para la caja de maniobras, estos gabinetes cuentan con cerradura que impiden el ingreso de personal no autorizado. La subestación de pedestal debe contar con una puesta tierra a la que se conectan las partes metálicas de la subestación, al neutro del transformador y la tierra de los descargadores de sobretensión.

   

La subestación de pedestal posee seccionadores de maniobras que pueden ubicarse en la celda de maniobra o a la intemperie. Los seccionadores deben poseer aislamiento en aceite o en SF6 y la cámara de interrupción del arco debe ser en aceite, vacío ó SF6; son seccionadores tripolares de operación manual bajo carga.

El área de la subestación se encuentra encerrada por una malla instalada como mínimo a un metro del perímetro de los equipos y de 2.5 metros de altura, con avisos de peligro y alta tensión, también su puede instalar en un local en el que la puerta dé al exterior del inmueble.

TRANSFORMADORES DE PEDESTAL

El transformador pedestal se divide en dos compartimientos cada uno con puerta y separados uno del otro por una lámina metálica, en el del lado izquierdo se alojan los terminales de alta tensión del transformador y al lado derecho los terminales de baja tensión.

El transformador de pedestal es protegido en el lado de alta tensión por un fusible de expulsión tipo bayoneta en serie con un fusible limitador de corriente el cual opera cuando hay fallas internas en el transformador, se encuentra ubicado en el interior de su tanque, por esta razón cuando este actúa el transformador debe ser retirado para someterlo a revisión y en el lado de baja tensión el transformador para su protección cuenta con un interruptor automático escogido según la corriente de cortocircuito y la curva de capacidad térmica que pueda soportar el transformador.

La capacidad de los transformadores pedestal empleados para alumbrado público son: 30, 45 y 75 kVA y para distribución se maneja una relación 11.4 – 0.208/0.120 kV con capacidades de 45, 75, 112,5 150 225, 300, 400 y 500 kVA.

CAJA DE MANIOBRA

En la caja de maniobra se realiza la conexión o desconexión individual de los transformadores de las redes de distribución y acometidas por medio de interruptores, la caja de maniobra puede ser en aceite o en SF6 para acometidas subterráneas.

SUBESTACIONES CAPSULADAS:

Las subestaciones o centros de transformación capsuladas, son aquellas en las que existe un recinto cerrado en el cual se encuentran alojadas varias celdas, una de ellas destinada para el transformador de distribución, una celda para el equipo de protección y maniobra, es decir el seccionador tripolar de trabajo bajo carga con nivel de aislamiento de 15 kV; otra celda alberga el grupo de medida compuesto por los transformadores de potencial y de corriente. 

  

En las subestaciones capsuladas se utilizan transformadores en aceite o transformadores tipo seco, se protegen con fusibles limitadores de corriente, el cual se selecciona dependiendo de la potencia nominal del transformador.

Los transformadores en aceite se alojan en un local reforzado (bóveda) independiente al local de las celdas de entrada, salida, protección y en algunos casos la celda de medida. El transformador tipo seco se instala en el mismo local de las celdas.

  

Las celdas son elaboradas en lámina, poseen una puerta metálica con cerradura, una ventana de inspección con vidrio templado de seguridad y rejillas de ventilación.

En las subestaciones capsuladas se pueden emplear seccionadores tripolar en aire con tensión nominal de 17.5 kV y corriente nominal de 630 A para conductor 2/0 y 400 A para conductor 4/0, seccionador en aire con fusibles limitadores de corriente con tensión nominal de 17.5 kV y corriente nominal de 400 A, o celda con seccionadores en SF6, la cual se utiliza también como celda de entrada y celda de salida, consta de un tanque lleno de SF6 en el que se sumerge un seccionador tripolar de trabajo bajo carga de tres posiciones: conectado (cerrado), desconectado (abierto) y puesto a tierra.

SUBESTACIONES TIPO LOCAL:

Las subestaciones tipo local en la actualidad no son permitidas, debido al peligro latente al que esta expuesto el personal, ya que tanto el transformador de distribución, los seccionadores de operación bajo carga o el barraje, se encuentran a la vista en el interior de un recinto cerrado de 3.5 x 2.5 x 3 m.

  

SUBESTACIÓN SUBTERRÁNEA:

La subestación subterránea se instala bajo el nivel del piso en andenes, zonas verdes, o en un predio particular, están conformadas por dos bóvedas una para el transformador y otra para el seccionador de maniobras, estas se encuentran unidas por un banco de ductos. El seccionador debe ser de tipo inundable de operación bajo carga de 200 A, debe contar con codos premoldeados sin partes vivas expuestas, para la conexión de los terminales de media tensión.

   

El transformador puede ser sumergible u ocasionalmente sumergible de capacidad hasta 200 kVA, con la propiedad de permanecer hasta tres horas en agua, si el transformador no cuenta con el conjunto de protección y seccionamiento interno, se deben instalar seccionadores independientes en aceite o en SF6 sumergibles; los bornes de conexión de baja tensión deben ser aislados y los de alta deben ser codos premoldeados resistentes a la humedad; entre el tanque del transformador y el piso de la bóveda debe existir una distancia superior a 4 centímetros. 

La bóveda del transformador debe disponer de una cubierta removible en la parte superior que permita el acceso a los fusibles internos y los bujes de media y alta tensión del transformador sin tener que ingresar a la bóveda.