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

CONTENIDO GENERAL
Introducción
Subestaciones eléctricas
Transformadores

¿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

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

TIPOS DE ELECTRICIDAD
INTRODUCCIÓN ORIGEN DE LA FUERZA ELÉCTRICA
Estática
Dinámica •Corriente Continua (CD)
•Corriente alterna (CA)
5

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

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

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

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

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.
10
INTRODUCCIÓN ONDA SINUSOIDAL

¿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

• 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

INTRODUCCIÓN CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES
Figura 15. Materiales en la electricidad
Figura 16. Materiales en la electricidad
13

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

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

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

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

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

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

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

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

La LEY DE WATT debe usarse para calcular potencias, voltajes o corrientes.
INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS
Figura 28. Ley de Watt 22

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS
23

INTRODUCCIÓN PARÁMETROS ELÉCTRICOS
24

¿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

1) GENERACIÓN
INTRODUCCIÓN FUERZA ELÉCTRICA
Figura 30. Generación Hidroeléctrica
Figura 32. Generación Solar
Figura 31. Generación Térmica
Figura 33. Generación Eólica
26

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

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

29
INTRODUCCIÓN FUERZA ELÉCTRICA
Figura 36. Proceso de la energía

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

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

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

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

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

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

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

INTRODUCCIÓN SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO
Etapas:
37

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

INTRODUCCIÓN SISTEMA DE SUMINISTRO ELÉCTRICO
Figura 42. Sistema de generación, transmisión y distribución de energía eléctrica 39

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

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?

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

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS CLASIFICACIÓN
Por su ubicación
Subestaciones cubiertas
A nivel
Subterráneas
Subestaciones a intemperie
Sobre nivel (aérea)
A nivel
43

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

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

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

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

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

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

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Por su función:
CLASIFICACIÓN
Figura 50. Subestación en las plantas generadoras
Figura 51. Subestación eléctrica primaria y secundaria 50

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

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

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

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Por el tipo de instalación:
CLASIFICACIÓN
Figura 55. Subestación GIS en SF6
Figura 56. Subestación eléctrica móvil
54

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

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

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

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Por su servicio:
CLASIFICACIÓN
Figura 61. Subestación eléctrica de tracción Figura 62. Subestación eléctrica de central
58

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

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

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

2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Por su posición:
CLASIFICACIÓN
Figura 68. Subestación eléctrica de maniobra
Figura 66. Subestación eléctrica elevadora
62
Figura 67. Subestación eléctrica reductora

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

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

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

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

• 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

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

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

• 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

• 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ELEMENTOS: Interruptores 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Tipos de Interruptores
Características generales
81

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

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

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

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

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

MANTENIMIENTO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
87

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

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

• 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

• 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

• 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

• 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

Figura 104. Daño en el transformador
DAÑOS 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
Figura 103. Daño en subestación
94

Figura 105. Localización en México
EN MÉXICO 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
95

Voltajes Normalizados
NORMATIVIDAD 2. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
96

• 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

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

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

• 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

¿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.

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

ELEMENTOS 2.2. TRANSFORMADORES
103

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

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

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

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

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

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.

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

• 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

• 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

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

• 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

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

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

• CFE [En línea] [Citado el: 20 de Marzo de 13.] www.cfe.gob.mx
• Conceptos y leyes fundamentales de la electricidad [Formato pdf] [Citado el: 20 de Marzo de 13.]
• Mar Pérez José Guillermo y Vidal López Eric Darío “Descripción y función del equipo de una subestación eléctrica” [Tesina Profesional] Poza Rica, Ver. Abril 2011
• Hidalgo Quesada Josué Daniel “Guía Básica de diseño de subestaciones eléctricas con énfasis en el arreglo de barras colectoras de interruptor y medio”. Universidad de Costa Roca. Facultad de Ingeniería Eléctrica. Diciembre 2008
• Sosa Escalada Julio. “Subestaciones Eléctricas de Alta Tensión Aisladas en Gas” Octubre 2002
• Ventura Nava Isaías Cecilio. Manual Técnico de Instalaciones Eléctricas Industriales. Abril 2007
• CONDUMEX “Manual Técnico de Instalaciones Eléctricas en baja tensión” México D.F. Junio 2009
• Revisa “Eléctrica: La guía del electricista” [www.revistaelectrica.com.mx] Tema: Subestaciones eléctricas: transformando y distribuyendo energía. 2011
• Monsalve Ismael. Servicios Auxiliares [Formato pdf]
• González Olguín Reyes. Manual de Subestaciones Eléctricas. Universidad Tecnológica de Puebla. 2004
• CONDUMEX: SELMEC Subestaciones Eléctricas [Formato pdf]
• “Subestaciones Eléctricas” [Formato pdf]
• Mosconi Luis. Subestaciones Transformadoras. Área Electrónica y máquinas eléctricas [Formato pdf]
• Guevara Razo Jose Antonio. “Subestaciones eléctricas” [Formato ppt]
• Máquinas Eléctricas: El transformador [Formato pdf]
• Enríquez Harper, Gilberto, Elementos de diseño de subestaciones eléctricas, Limusa, México, 1980.
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Bibliografía
126

Gracias por su atención