Subestaciones Partes y Componentes

PDVSA CIED, Mayo 2000 Diseño Gráfico: Jorge FernándezFacilitador: Domenico Vaccariello

Subestaciones: Subestaciones: Partes y Partes y

ComponentesComponentes

CIED

Universidad Corporativa


Objetivo General

• Comprender los conceptos básicos en el diseño de Comprender los conceptos básicos en el diseño de las subestaciones eléctricas, los equipos y las partes las subestaciones eléctricas, los equipos y las partes que las componenque las componen

• Utilizar las herramientas de la corporación para la Utilizar las herramientas de la corporación para la inspección y evaluación de las subestaciones inspección y evaluación de las subestaciones eléctricaseléctricas


Contenido

• Tipos y Configuración de Subestaciones EléctricasTipos y Configuración de Subestaciones Eléctricas

• Principales Componentes de una Subestación EléctricaPrincipales Componentes de una Subestación Eléctrica

• Otros Elementos de una Subestación EléctricaOtros Elementos de una Subestación Eléctrica

• Planos de una Subestación EléctricaPlanos de una Subestación Eléctrica

• Aspectos Generales de Construcción de una Subestación Aspectos Generales de Construcción de una Subestación EléctricaEléctrica

• Guía General de Especificación para el Diseño de una Guía General de Especificación para el Diseño de una Subestación Eléctrica Subestación Eléctrica


Tipos y Configuración de Tipos y Configuración de Subestaciones EléctricasSubestaciones Eléctricas


Contenido

• Concepto de Subestación Concepto de Subestación

• Función de una SubestaciónFunción de una Subestación

• Tipos de SubestacionesTipos de Subestaciones

• Configuración de Subestaciones Configuración de Subestaciones

TIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICASTIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS


Concepto de Subestación

Grupo de elementos que se combinan para recibir y Grupo de elementos que se combinan para recibir y

transmitir la energía eléctrica, de manera segura y transmitir la energía eléctrica, de manera segura y

confiable, variando de ser necesario los niveles de confiable, variando de ser necesario los niveles de

tensióntensión



Recibir y trasmitir de manera segura y confiable la Recibir y trasmitir de manera segura y confiable la energía eléctricaenergía eléctrica

Función de la Subestación



Función de la Subestación

Tipos básicos de Subestaciones, de acuerdo a su función:Tipos básicos de Subestaciones, de acuerdo a su función:

• ElevadoraElevadoraAsociadas principalmente a plantas de generación de electricidad y/o a líneas de transmisión

• InterconexiónInterconexiónSirven de enlace para dos o mas sistemas eléctricos que podrían operar independientemente

• ReductoraReductoraPrincipalmente asociadas a líneas de transmisión y próximas a la carga

• DistribuciónDistribuciónEncargadas de alimentar cargas finales u otras S/E’s, dentro de un área geográfica relativamente pequeña. Dentro de una planta industrial estas S/E’s están conformadas principalmente por Centro Control de Motores (CCM)



Tipos de SubestacionesTipos de SubestacionesDe acuerdo al montaje o construcciónDe acuerdo al montaje o construcción

Bajo Perfil

Alto PerfilExterior

Interior

Abierta

Híbrida

Blindada

AireSF6

AceiteResina

Exterior

Interior

ESTACIONARIA

PORTÁTILTransformación

Transformación y Seccionamiento



De acuerdo a la confiabilidad y a la continuidad de De acuerdo a la confiabilidad y a la continuidad de servicio requerida, las S/E’s se diseñan con un arreglo de servicio requerida, las S/E’s se diseñan con un arreglo de barras, entre las cuales se destacan:barras, entre las cuales se destacan:

• Barra SimpleBarra Simple

• Barra Simple SeccionadaBarra Simple Seccionada

• Doble BarraDoble Barra

• Barras en AnilloBarras en Anillo

• Barra Principal y de TransferenciaBarra Principal y de Transferencia

• Interruptor y MedioInterruptor y Medio

Configuración de Subestaciones Eléctricas (Arreglos básicos de barras)



Características:Características:

• Arreglo mas sencillo

• Dispone de una sola alimentación

• Asociadas a cargas que requieren poca confiabilidad

• Bajo factor de servicio

• Fácil de ampliar


Barra Simple


Barra Simple Seccionada

Características:Características:• Similar al arreglo de Barra Simple, pero con un

interruptor de acople, para la unión de las barras.

• Es alimentada desde dos fuentes, una para cada barra

• Usualmente asociada a cargas que requieren cierta confiabilidad y continuidad de servicio, pero si dispone de un sistema de transferencia automática, se incrementa considerablemente la confiabilidad

• Conocida también como S/E tipo secundario selectivo

• Fácil de ampliar

• Requiere mayor inversión en el ámbito de protecciones y control

• Requiere verificación de sincronismo para el interruptor de acople, cuando los alimentadores de barras provienen de fuentes o barras distintas aguas arriba




• Similar a la Barra Simple Seccionada, solo que la carga se puede conectar a cualquiera de las barras

• Presenta una alta confiabilidad y factor de servicio

• Asociada a cargas importantes

• Gran flexibilidad para labores de mantenimiento y operación

Doble Barra




• Es similar a la Doble Barra, pero con todos los extremos de las barras unidos, formando un anillo

• Puede estar formado por mas de dos barras

• Para cargas que requieren extrema continuidad de servicio y confiabilidad, se combinan este tipo de S/E’s aguas arriba, y próxima a la carga se instala una S/E tipo doble barra con transferencia automática


• Sistema de protecciones bastante complicado

• Difícil de ampliar

Barras en Anillo




• Similar al arreglo de barra simple o simple seccionada, pero con una barra adicional, para permitir labores de mantenimiento de cualquier interruptor, sin interrumpir el suministro eléctrico a la carga respectiva

• Sólo se le puede hacer mantenimiento a un interruptor a la vez, manteniendo el principio de no desenergizar la carga

Barra Principal y de TransferenciaTIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICASTIPOS Y CONFIGURACIÓN DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS



• Similar al caso de doble barra, pero se requiere un interruptor y medio para cada carga


• Presenta una alta confiabilidad y continuidad de servicio para la carga

• Sistemas de control y protección bastante complicados

Interruptor y Medio



Barra SimpleBarra Simple

Diversidad de Esquemas de Barras



Barra Simple SeccionadaBarra Simple Seccionada




Barra Principal y de TransferenciaBarra Principal y de Transferencia




Barra simple con seccionador en derivación y barra Barra simple con seccionador en derivación y barra seccionada con seccionador en derivaciónseccionada con seccionador en derivación




Barras en anilloBarras en anillo




Doble juego de barras con acoplamientoDoble juego de barras con acoplamiento




Doble juego de barras y una de transferenciaDoble juego de barras y una de transferencia




Doble juego de barras con dos interruptoresDoble juego de barras con dos interruptores




Doble juego de barras con dos interruptoresDoble juego de barras con dos interruptores



SISTEMA ELÉCTRICOPRINCIPAL

SIN

TG-350 MVA

T1

TX 115 - 34.5 kV90/120 MVA

T2 T4

ENELCO

T3

BARRA I

E&PPTO. MIRANDA

S/E PEQUIVEN115 kV

S/E TABLAZO II115 kV

BARRA II

CLOROSODA LGN IIPOLILAGO SIST. 13.8 kV RESILIN

OLEFINAS IIETANO

CALDERAS15/16/17

PTA.ELÉCTRICA

MVCII AIRE VAPOR

S/E EST.-VIN.

OLEFINAS I PLASTILAGO

S/E OLEF.-PLAST.

CTA/CALDERAS

FERTILIZANTES

VINILOS I

S/E JET PACK

S/E PQV34.5 kV

PROPILVEN

TG-450 MVA

TG-530 MVA

TG-630 MVA

TG-1050 MVA

PVC II ACPV

Complejo El Tablazo - Pequiven




480 V

4.16 kV

S/E PRINCIPAL34.5 kVBARRA I

ALIMENTADOR I ALIMENTADOR II

M M

MC15

BARRA II

BARRA IIBARRA I

TG-440 MW

TG-1033 MW

S-1 S-2

S/E 115 kV

MC17


Principales componentes de Principales componentes de una Subestación Eléctricauna Subestación Eléctrica


• Transformadores de Potencia

• Interruptores de Potencia

• Seccionadores de Potencia

• Fusibles de Alta Tensión

• Aisladores

• Terminales de potencia

• Conductores

• Conectores

• Descargadores de Sobretensiones (pararrayos)

Principales componentes de una Subestación Eléctrica

• Resistencia y Reactores de Puesta a Tierra

• Malla y Sistema de Puesta a Tierra

• Transformadores de Corriente

• Transformadores de Potencial

• Relés de Protección

• Baterías y Cargador

• Equipos UPS

• Generador de Emergencia


• Núcleo

• Devanados

• Tanque y aceite

• Terminales

• Cambiador de tomas

• Sin Carga

• Con carga (regulador automático de voltaje)

Componentes PrincipalesComponentes Principales

Transformadores de PotenciaPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Tipos de Transformadores de PotenciaTipos de Transformadores de Potencia

Número de fase

Monofásico

Polifásicos

Número de devanados

Forma de regulación de voltaje

Sin regulación Regulación con carga Regulación sin carga

Método de enfriamiento (de acuerdo a normas ANSI) OA (Oil-Air /Aire-Aceite)

FA (Forced Air / Aire Forzado)

OW (Oil-Water / Agua – Aceite)

FOA (Forced Oil-Air)

FOW (Forced Oil-Water) (agua con circulación forzada)

Tipo de núcleo Laminado

Acorazado

PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

SegúnSegún


Partes y componentes de un Transformador de Potencia



• Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 7.

• Engineering specification: PDVSA Nº N-252, “GENERAL SPECIFICATION FOR ELECTRICAL ENGINEERING DESIGN”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 3.2.

• Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-13-06-03, “INSPECCIÓN EN EL CAMPO PARA RECEPCIÓN DE TRANSFORMADORES”, Manual de Inspección, Volumen 7.

• IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 10.4.

Referencia prácticaReferencia práctica

Transformadores de PotenciaPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Interruptores de Potencia: TiposInterruptores de Potencia: Tipos

Al medio de extinción del arco Aire

Aceite

Hexafluoruro de azufre (SF6)

Vacío

Al tipo de construcción "Open terminal type" (tipo abierto)

"Metal-clad type" (tipo blindado)

Al potencial de la envoltura de las cámaras

"Live tank (tanque energizado) "Dead tank (tanque muerto)

Al número de cámaras de interrupción

A una sola cámara

Múltiples cámaras

Al número de polos o fases por tanque

Monopolar

Tripolar


De acuerdoDe acuerdo


Interruptor Uso InteriorInterruptor Uso InteriorPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Sección de un interruptorSección de un interruptorPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Oscilagrama de tensión durante apertura para Oscilagrama de tensión durante apertura para despeje de una falladespeje de una falla


Fase “A”

Fase “B”

Fase “C”

0.00 25.00 50.00 75.00 100.00 125.00 150.00 175.00 200.00 225.00 ms

INICIO FALLA

DESPEJE FALLA


Interruptores de PotenciaInterruptores de Potencia



• Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-99-17-02, “CONMUTADORES DE ALTO VOLTAJE Y RELES DE POTENCIA”, Manual de Inspección, Volumen 10.

• IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 10.2.4.




Tipos de Seccionadores de PotenciaTipos de Seccionadores de Potencia

Forma de construcción y operación Apertura vertical

Apertura lateral

Apertura doble

Apertura central

Método de accionamiento

Manual

Motorizado

Con pértiga

Función Seccionamiento

Puesta tierra

Capacidad de interrupción de corriente

Sin capacidad de interrupción

Con capacidad de interrupción de pequeñas corrientes

Con capacidad de interrupción de corriente de carga


SegúnSegún


Tipos de seccionadores de uso intemperie


Vertical

Lateral

Doble

Central


Tipos de seccionadores de uso intemperie


Puesta a tierra

Acceso vertical

(OK)

Apertura central


• Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.053, “SUBESTACIONES UNITARIAS”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II.

• Guía de inspección: PDVSA Nº PI-99-17-02, “CONMUTADORES DE ALTO VOLTAJE Y RELES DE POTENCIA”, Manual de InSPECCIÓN, Volumen 10.


Seccionadores de PotenciaPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


FunciónFunción

En las subestaciones, los fusibles de alta tensión generalmente están

destinados a proteger transformadores de potencia de poca

capacidad y de baja y media tensión, así como transformadores de

servicios auxiliares, transformadores de potencial y bancos de

condensadores

Fusibles de Alta TensiónFusibles de Alta TensiónPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Tipos de Fusibles de Alta TensiónTipos de Fusibles de Alta Tensión

Medio de extinción del arco En material sólido

En material líquido

Aceite

Capacidad de interrupción

De capacidad de interrupción definida

Con limitador de corriente de falla (capacidad de interrupción infinita)

Tipo de montaje Vertical

Horizontal

Horizontal invertido

Inclinado

Curva característica tiempo-corriente. Standard Lenta Muy lenta Tipo "K" (normas ANSI)

Indicación de operación Con indicación

Sin indicación

Tipo de instalación En el interior

A la intemperie

Sumergido en aceite


SegúnSegún


Fusible Tipo SeccionadorFusible Tipo SeccionadorPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Fusibles de Alta TensiónFusibles de Alta Tensión


• Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.061, “SELECCIÓN DE RELES Y FUSIBLES DE PROTECCIÓN”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II.

• IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 10.2.3.




AisladoresAisladores

Están destinados a servir como soportes o medios de sujeción (no

conductores) de las partes energizadas de los equipos y barras de

alta tensión

FunciónFunción



Tipos de AisladoresTipos de Aisladores

Forma de construcción y montaje

1) Suspensión tipo

Clevis Type (tipo horquilla)

Ball and socket type (tipo rotula esférica)

2) Post type (solid-core station post type) (columna)

3) Cap and Pin type (tipo casquete)

Material de fabricación Porcelana

Resina

Vidrio

Ambiente de utilización

Standard

Anticontaminante


SegúnSegún


Aisladores

• IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 6.3.




Terminales de PotenciaTerminales de Potencia

• Sirven de medio de conexión entre el exterior y las partes internas y activas de equipos tales como interruptores tipo tanque muerto, transformadores de potencia, transformadores de corriente y potencial, manteniendo las condiciones de aislamiento y hermetismo, que esos equipos generalmente requieren

• Son usados en Subestaciones tipo interior como medio de conexión entre el exterior e interior de las edificaciones

FunciónFunción



• Material de Material de construcciónconstrucción Porcelana sólida

Porcelana y aceite

Resina sintética

Papel impregnado en aceite (tipo condensador)

Papel y resina sintética (tipo condensador)

• Forma de controlar Forma de controlar gradiente de potencialgradiente de potencial

Normal (sin control de gradiente)

Tipo condensador

Terminales de Potencia: Tipos PrincipalesTerminales de Potencia: Tipos PrincipalesPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

SegúnSegún

• Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.058, “TERMINALES DE CABLES”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II.


Alta tensiónAlta tensión

Desnudo

Cable trensado

Concéntrico

Hueco

Barra

- Rectangular

- Tubular

- Cuadradas

- Estructural

Aislado

- Resina sintética

- Goma (plásticos)

Baja tensiónBaja tensiónCable monoconductor

TW (PVC, Resistente a la Humedad, 600 V, 60 ºC)

THW (PVC, Resistente a la Humedad y calor, 600 V, 75 ºC)

105 ºC (PVC, Resistente al calor, 600 V, 105 ºC)

Cable multiconductor Aislamiento

- PVC (Cloruro de Polivinilo)

- PE (Polietileno)

Goma Chaqueta Protectora

- PVC- PE- Neopreno

Según su utilizaciónSegún su utilizaciónTipos deTipos de ConductoresConductores



Tipos deTipos de ConductoresConductores

• CobreCobre

•Duro

•Suave (recocido)

• AluminioAluminio

•Puro

•Reforzado con acero (ACSR)

Según el material conductorSegún el material conductor



• Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 14 Y 15.


• Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.057, “SELECCIÓN DE CABLES”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II.

• Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.082, “CALIBRE DE LOS CONDUCTORES PARA POTENCIA E ILUMINACIÓN”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II.

• Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-13-02-01, “CONDUCTORES ELÉCTRICOS”, Manual de Inspección, Volumen 7.

• IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 12.


ConductoresConductoresPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


• Material de Material de construcciónconstrucción

•Cobre

•Aluminio

•Bimetálico

• Su aplicaciónSu aplicación

•Baja tensión

•Media y alta tensión

•Muy alta tensión

Tipos de ConectoresTipos de ConectoresPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

SegúnSegún


Tipos deTipos de ConectoresConectores

Conector en "T" Para barras tubulares Atornillados Soldados Para barras planas Para cables

Acopladores

• Para barras tubulares

• Fijo

• Expansión

• Para cables

• Compresión

• Atornillado

Soporte de barras

Para Barras tubulares

Fijo

Expansión

Para barras planas

Para cables

Según su forma o clase de conexiónSegún su forma o clase de conexión

Codos (para barras tubulares)

Terminales Barras tubulares • Fijo

Recto En ángulo

• Expansión Cables

Presión Atornillado

En ángulo Recto

Un cableVarios

cables

Conectores para puesta a tierra (Apernados / Exotérmicos)

Equipos Estructuras Cercas



ConectoresConectores

IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 12.




Descargadores de Sobretensiones (pararrayos)Descargadores de Sobretensiones (pararrayos)

FunciónFunción

Proteger los equipos (transformadores, interruptores, etc.) contra

sobretensiones, bien sea internas del sistema o de origen

atmosférico, limitando a valores admisibles, las magnitudes de

dichas sobretensiones



Tipos de Descargadores de Sobretensiones Tipos de Descargadores de Sobretensiones (pararrayos)(pararrayos)

De acuerdo al principio De acuerdo al principio de funcionamientode funcionamiento

• Current limiting gap

• Gapless (cerrados) (Oxido de Zinc)

De acuerdo a su utilizaciónDe acuerdo a su utilización

• Subestación

• Intermedio

• Distribución

• Secundario







Descargadores de Cargas (pararrayos)Descargadores de Cargas (pararrayos)PRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


FunciónFunción

Limitar las sobretensiones producto de: descargas atmosféricas,

suicheos (maniobras), estática, fallas a tierra, fallas a tierra a través

de arcos, o resonancia del sistema, que podrían causar severos

daños a los equipos e instalaciones

Resistencia y Reactores de Puesta a TierraResistencia y Reactores de Puesta a TierraPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Tipos de Puesta a Tierra del NeutroTipos de Puesta a Tierra del Neutro

• Neutro aislado

• Sólidamente puesto a tierra

• A través de resistencia

• A través de reactancia

• A través de transformador

• A través de neutralizador de fallas a tierra (bobina Petersen)

Resistencia y Reactores de Puesta a TierraResistencia y Reactores de Puesta a TierraPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA

• Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº N-201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I, capitulo 17 y 18.





FunciónFunción

• Mantener todas las partes metálicas a potencial “cero”, a fin de Mantener todas las partes metálicas a potencial “cero”, a fin de

proveer protección a las personas y equipos, bajo una condición proveer protección a las personas y equipos, bajo una condición

de fallade falla

• Proporciona un medio seguro de disipación de las corrientes de Proporciona un medio seguro de disipación de las corrientes de

falla a tierrafalla a tierra

Malla y Sistema de Puesta a TierraMalla y Sistema de Puesta a TierraPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Para el diseño de una malla de tierra se deben considerar los Para el diseño de una malla de tierra se deben considerar los siguientes aspectos:siguientes aspectos:

• Función de la puesta a tierra:

Para protección

Para funcionamiento

Para trabajo

• Mediciones de resistencia y resistividad del suelo

• Análisis del comportamiento de las corrientes de falla

• Selección de los elementos de la malla de tierra

• Calculo de voltajes de paso y toque

• Diseño de la malla de tierra de una subestación eléctrica

Malla y Sistema de Puesta a TierraMalla y Sistema de Puesta a TierraPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Voltaje de pasoVoltaje de paso


Rpies = /(4b)

RMpies = /(2dpies)

donde:Rpies = autoresistencia de cada pie a la

resistencia remota en

RMpies = resistencia mutua entre los pies en

b = Radio equivalente de un pie en m

dpies = distancia de separación entre los pies en m


Voltaje de toqueVoltaje de toque



Resistencia Típica del Cuerpo Humano

0


IEEE Std 80-1986, Practical Applications of ANSI/IEEE Guide for Safety.



Malla y Sistema de Puesta a TierraMalla y Sistema de Puesta a Tierra


ConstrucciónConstrucciónToroidalBarraSoporte Tanque vivoTanque muerto TerminalNúcleo partido

Clase de precisión (normas ANSI)Clase de precisión (normas ANSI)Medición (0.6 F.P 1.0)0.3% 0.6%1.2%

Protección10% 2.5%

Carga máxima admisible (manteniendo precisión)Carga máxima admisible (manteniendo precisión)Medición (F.P: 0.9)B-0.1 B-0.2 B-0.5

Protección (F.P: 0.5) Clase "C" (precisión de 5 a 20 In) Clase "T" (precisión de 5 a 20 In)

B-1B-2 B-4 B-8

Tipos de Transformadores de CorrienteTipos de Transformadores de Corriente


SegúnSegún


Tipos de Transformadores de CorrienteTipos de Transformadores de Corriente

Tipo de instalaciónTipo de instalación

InteriorIntemperie

Material aislanteMaterial aislante Resina sintética Envoltura de porcelana y partes activas

sumergidas en aceite Envoltura de porcelana y partes activas

cubiertas con papel impregnado en aceite Combinación de los anteriores Sin aislamiento (con aislamiento de baja

tensión)

Tipo de relación de Tipo de relación de transformacióntransformación

Relación única

Multirelación

Aplicación (factor de Aplicación (factor de saturación)saturación)

• Medición

• Protección


SegúnSegún


Tipos de Transformadores de Corriente


ToroidalToroidal


Tipos de Transformadores de Corriente


Tipo BarraTipo Barra


Transformadores de Corriente

IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 11.8.




Tipos de Transformadores de PotencialTipos de Transformadores de Potencial

Principio de funcionamiento Electromagnético Capacitivo

Número de fases

Monofásico

- Conexión fase a fase

- Conexión fase a tierra

• Trifásico

Su aplicación Protección Medición

Tipo de instalación

Interior Exterior

Clase de precisión (Normas ANSI).(0.6 FP. 1.0)

0.3 % 0.6 % 1.2 %

Carga máxima admisible (manteniendo precisión, normas ANSI)

Tipo Cap. F.P. W 12.5 VA 0.1 X 25 VA 0.7 Y 75 VA 0.85 Z 200 VA 0.85 ZZ 400 VA 0.85


SegúnSegún


• Tipo de relación de Tipo de relación de transformacióntransformación

Relación única

Multirelación

• Número de devanados Número de devanados secundarios.secundarios.

Secundario único

Varios secundarios (generalmente dos)


Tipos de Transformadores de PotencialTipos de Transformadores de Potencial

SegúnSegún

IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 11.8.



Transformadores de Potencial




Esquema tipico de MediciónEsquema tipico de Medición


Reles de Protección Reles de Protección

Parámetro de entrada Voltaje Corriente Voltaje y corriente (potencia, distancia) Temperatura Presión (En transformadores) Flujo

Tipo de conexión Polarizable No polarizable

Grado de prioridad asignado

• Principal• Respaldo

Forma de operación Sobrecorriente de tiempo inverso Sobrecorriente de tiempo definido Direccional de sobrecorriente Distancia Potencia inversa Bajo o alto voltaje Diferencial Frecuencia Comparación de fase Hilo piloto Falla de interruptor

Construcción Electromecánicos Electrónicos (analógicos) Electrónicos (digitales)Forma de montaje

Panel Bastidor (rack)


De acuerdo alDe acuerdo alFunción ProtecciónFunción Protección


Ejemplo Esquema Protección Ejemplo Esquema Protección SobrecorrienteSobrecorriente



Ejemplo Esquema de Protección en Ejemplo Esquema de Protección en Sistemas InterconetadosSistemas Interconetados


SEN

GENERACIÓNPROPIA

T1

TX 115 - 34.5 kV

T4

S/E SISTEMA 1

T3

BARRA I

S/E SISTEMA 2

115 kV

T2

67II

67I

81 81P 27

32

81 81P 27

32

81 81P 27

32

81 81P 27

32

BARRA II

CARGAS NO CRITICAS CARGAS CRITICAS

S/E 34.5 kV

81

3281P

27

67I

67II

LLAVE

SEPARACIÓN

ESQUEMA EDA


Ejemplo Esquema de Protección DiferencialEjemplo Esquema de Protección DiferencialPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Tipos de Reles de ProtecciónTipos de Reles de Protección

SupervisiónSupervisión

•Verificación de sincronismo

•Detección de avería de relés o de los elementos asociados AuxiliarAuxiliar

ProgramaciónProgramación Recierre

Sincronización automática


• Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.061, “SELECCIÓN DE Guía de ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.061, “SELECCIÓN DE RELES Y FUSIBLES DE PROTECCIÓN”, Manual de Ingeniería y RELES Y FUSIBLES DE PROTECCIÓN”, Manual de Ingeniería y Diseño, Volumen 4-II.Diseño, Volumen 4-II.

• IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric IEEE Std 141-1993, IEEE Recommended Practice for “Electric Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 5.3.Power Distribution for Industrial Plants”, capitulo 5.3.


Otras FuncionesOtras Funciones


FunciónFunción

• Independizar de la red a todos los circuitos de control, protección, Independizar de la red a todos los circuitos de control, protección,

señalización, de la Subestación, a fin de garantizar la operación de señalización, de la Subestación, a fin de garantizar la operación de

los mismos, al ocurrir una eventualidad que afecte el suministro los mismos, al ocurrir una eventualidad que afecte el suministro

normal de dicha rednormal de dicha red

Baterías y cargadorBaterías y cargador



Plomo-ÁcidoPlomo-Ácido(Plomo antimonio)/(+: Peróxido de plomo) / (-: Plomo) /Elect.: (Plomo antimonio)/(+: Peróxido de plomo) / (-: Plomo) /Elect.: Ácido Sulfúrico Ácido Sulfúrico

Problemas de sulfatación Poca resistencia mecánica Voltaje nominal por elemento: 2.0 V Voltaje máximo de carga: 2.25 V. (flotante) Voltaje final de descarga: 1.75 V Recarga debe ser 110% de descarga Fuga: 1% diario de la capacidad a 10 horas Puede entregar altas corrientes Bajo costo Vida limitada Requiere ecualización

Tipos de Tipos de Baterías y CargadorBaterías y CargadorPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICAPRINCIPALES COMPONENTES DE UNA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA


Plomo-ÁcidoPlomo-Ácido

(Peróxido de Plomo) / (Aleación Plomo-Calcio) / Elt: Ácido (Peróxido de Plomo) / (Aleación Plomo-Calcio) / Elt: Ácido SulfúricoSulfúrico

• Características generales similares a las de plomo ácido, excepto eliminado el problema de sulfatación

• Incrementada la vida útil

• Mayor resistencia mecánica

• Mayor costo

• No requiere ecualización a carga flotante


Tipos de Tipos de Baterías y CargadorBaterías y Cargador


Niquel-CadmioNiquel-Cadmio(Compuesto de Níquel) / (-:Cadmio) / Elect.: Hidróxido de Potasio(Compuesto de Níquel) / (-:Cadmio) / Elect.: Hidróxido de Potasio

No produce sulfatación Resistencia mecánica muy alta Voltaje nominal por elemento: 1.2 V Voltaje máximo de carga: 1.4 V (flotante) Voltaje final de descarga: 1.1 V Recarga debe ser 140 % de descarga No experimenta fuga Alto consuno de agua destilada Compactas y livianas Larga vida Muy alto costo


Tipos de Tipos de Baterías y CargadorBaterías y Cargador


Régimen de DescargaRégimen de Descarga

Cargas Transitorias:Cargas Transitorias:•Operación de apertura y cierre de la combinación de disyuntores que ocasionen la condición mas desfavorable para el cálculo. Esta carga deberá registrarse al principio del ciclo – por un tiempo de un minuto.

•Operación de cierre de los disyuntores para restablecer el servicio al final del ciclo por un tiempo de un minuto.

Cargas Fijas:Cargas Fijas:

•Sistema de comunicaciones

•Sistema de protección

•Sistema de alarmas y señalización

•Operación de disyuntores bajo condiciones normales. Se tomará el que tenga la

carga mayor.

•Sistemas de control.

•Otras cargas no mencionadas

•Carga de iluminación de emergencia

•La suma de todas las cargas fijas se registrará por un tiempo de cuatro horas.



Cálculo de Bancos de BateríasCálculo de Bancos de BateríasRégimen de DescargaRégimen de Descarga



• Guía de Ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.056, “BATERÍAS DE LA ESTACIÓN Y EQUIPOS ASOCIADOS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-II.

• Procedimiento de inspección: PDVSA Nº PI-13-10-01, “ACUMULADORES ELÉCTRICOS (GENERAL)”, Manual de Inspección, Volumen 7.



Baterías y CargadorBaterías y Cargador


Equipos UPSEquipos UPS

FunciónFunción

• Proveer un suministro ininterrumpido de energía eléctrica, para cargas de baja tensión y control que así lo requieran, debido al impacto que ocasionaría una salida de servicio inesperada de la misma



Configuraciones Configuraciones PrincipalesPrincipales

• Sencillo

• Redundante en paralelo

• Redundante en cascada

• Dinámico

TiposTipos

• Corriente continua

• Monofásicos

• Trifásicos




Principales Componentes de un UPS ConvencionalPrincipales Componentes de un UPS Convencional

• Rectificador / Cargador de Batería

• Batería

• Inversor Estático

• Suiche Estático

• Suiche Manual de transferencia

• Tablero de distribución

• Transformadores de Aislamiento, cuando se requieran

• Guía de Ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.055, “EQUIPOS UPS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-II.





FunciónFunción

• Proveer suministro eléctrico a equipos que se requieren mantener en servicio durante una parada imprevista de una planta o proceso, por falla del suministro eléctrico normal

Generador de EmergenciaGenerador de Emergencia

• Guía de Ingeniería: PDVSA Nº 90619.1.052, “GENERADORES DE EMERGENCIA”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-II.


• Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº 201, “OBRAS ELÉCTRICAS”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 4-I.

• Especificación de Ingeniería: PDVSA Nº GE-211, “CONJUNTO GENERADOR ELÉCTRICO DE RESPALDO CON MOTOR DISIEL”, Manual de Ingeniería de Diseño, Volumen 14.



Otros Elementos de una Otros Elementos de una Subestación EléctricaSubestación Eléctrica


• Reactores series

• Condensadores sincrónicos y estáticos

• Trampas de onda

• Bandejas porta cables

• Instrumentos de medición

• Transformadores de servicio auxiliar

• Dispositivos de control y supervisión local o remota

• Paneles de servicio auxiliar

• Sistema de detección y extinción de incendios

Otros Elementos de una Subestación EléctricaOtros Elementos de una Subestación Eléctrica


Planos de una Planos de una Subestación Eléctrica Subestación Eléctrica


• Diagrama unifilar

• Diagramas trifilares y de C.A.

• Esquemas funcionales de mando, control, medición, indicación, protección, señalización, enclavamientos, comunicación, disparos transferidos, etc.

• Telemando, telemetría, teleseñalización, esquemas funcionales de servicios auxiliares

• Cableado interno de equipos y tableros

• Cableado de interconexión entre equipos y/o tableros

• Lista de cables, equipos, materiales y planos

Planos de una Subestación EléctricaPlanos de una Subestación Eléctrica


Planos de una Subestación Eléctrica Planos de una Subestación Eléctrica Esquemas de EnclavamientoLeyenda

Enclavamiento con contactos auxiliares

Enclavamiento mecánico con perno

Enclavamiento mecánico a través de mecanismos

Llave trabada con el equipo en posición “cerrado” y libre con el equipoen posición “abierto”.

Llave trabada con el equipo en posición “abierto” y libre con el equipoen posición “cerrado”.

Llave libre con el equipo en cualquier posición.

A1, A2,...

B1, B2,... Identificación de la llave

C1, C2,...

T1, T2,...


Planos de una Subestación Eléctrica Planos de una Subestación Eléctrica Esquemas de EnclavamientoSalida de Línea Simple


Planos de una Subestación Eléctrica Planos de una Subestación Eléctrica Esquemas de EnclavamientoSalida de Línea con Transferencia

89BT


Aspectos Generales de Aspectos Generales de Construcción de una Construcción de una

Subestación EléctricaSubestación Eléctrica


• Distancias mínimas

• Paredes

• Puertas

• Sistemas de recolección y contención de derrames de aceite

• Tanquillas

• Ventanas

• Ductos de aire acondicionado

• Calefacción y control de humedad

• Ventilación y presurización

Aspectos Generales de Construcción de una Aspectos Generales de Construcción de una Subestación EléctricaSubestación Eléctrica

• Canales y trincheras

• Fundaciones de tableros

• Vías de escape

• Cuartos de baterías

• Sótano de cables

• Alumbrado

• Piedras para el suelo

• Cercas

• Áreas clasificadas

• Entrada de cables


Distancia Mínimas de Seguridad para Labores de Mantenimiento

Dimensiones medias del operador

Distancias de seguridaden áreas de trabajo

Área destinada a la circulación de vehículos


Distancia Mínimas de Seguridad para Labores de Mantenimiento

Tensión de fase afase KV.

Altura mínima de laspartes vivasdescubiertas en M.

Distancia horizontalmínima a las partesvivas descubiertas enM.

6.6 2.40 1.00

11 2.70 1.05

22 2.80 1.15

33 2.90 1.20

44 3.00 1.30

66 3.20 1.50

88 3.35 1.70

110 3.50 1.85

132 3.70 2.00

230 4.70 3.00


Esquema de recolección de derrames de aceite en transformadores


Guía General de Guía General de Especificación para el Especificación para el

Diseño de una Subestación Diseño de una Subestación EléctricaEléctrica

• Elementos de Diseño de Subestaciones Eléctricas, Autor: Gilberto Enrique Harper


• ComentariosComentarios

• PreguntasPreguntas

Curso Subestaciones: Partes y Componentes

Subestaciones Partes y Componentes

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