Transformadores

SUBESTACIONES ELECTRICAS

UNIDAD I.- INTRODUCCION

Objetivo Específico: Identificar que es una subestación eléctrica, sus componentes y diferentes tipos

Contenido Temático/Actividades de aprendizaje:

1.1 Definición y clasificación de subestaciones

Una subestación es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica, permitiendo el control del flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento.

Clasificación de las subestaciones

1.- Por su operación

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.

• Subestaciones receptoras primarias.

• Subestaciones receptoras secundarias.

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas

Estas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo así la transmisión en alta tensión en las líneas de transmisión. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la transmisión depende del volumen, la energía y la distancia.

Subestaciones receptoras primarias

Se alimentan directamente de las líneas de transmisión, y reducen la tensión a valores menores para la alimentación de los sistemas de subtransmisión o redes de distribución, de manera que, dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en su secundario tensiones de 115, 85, 69.

Subestaciones receptoras secundarias

Generalmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisión, y suministran la energía eléctrica a las redes de distribución a tensiones entre 34.5 y 6.9 kV.

Clasificación de las s.e. por el tipo de instalación

Subestaciones tipo intemperie.

Subestaciones de tipo interior.

Subestaciones tipo blindado.

1.2 Elementos constitutivos de una subestación

Elementos principales y elementos secundarios.

Elementos principales

1. Transformador.

2. Interruptor de potencia.

3. Restaurador.

4. Cuchillas fusibles.

5. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba.

6. Apartarrayos.

7. Tableros dúplex de control.

8. Condensadores.

9. Transformadores de instrumento.

Elementos secundarios

1. Cables de potencia.

2. Cables de control.

3. Alumbrado.

4. Estructura.

5. Herrajes. 6. Equipo contra incendio.

7. Equipo de filtrado de aceite.

8. Sistema de tierras.

9. Carrier.

10. Intercomunicación.

11. Trincheras, conducto, drenajes.

12. Cercas.

1.3 Transformadores de potencia

Utilización de los transformadores de potencia

Los transformadores son máquinas eléctricas estáticas que permiten modificar los valores de voltaje y corriente con el fin de que éstos tomen los valores más adecuados para el transporte y distribución de la energía eléctrica.

La utilidad de los transformadores eléctricos se debe a la economía que se obtiene al efectuar el transporte de la energía eléctrica a altos voltajes.

Acordarse de que, para la misma potencia, a mayor tensión menor corriente circulará por el conductor y el calibre de este será menor. Y un conductor de menor calibre es más barato.

a) Componentes de un transformador

Las principales partes que constituyen a un transformador de potencia son el núcleo magnético, los devanados, el conmutador o cambiador de derivaciones (en vacio o bajo carga), el tanque, los dispositivos de enfriamiento, las boquillas así como algunos otros accesorios (ruedas de rolar, ganchos de sujeción, etc.).

b) Clasificación de los transformadores

Los transformadores desde el punto de vista del medio desde el punto de vista refrigerante se pueden dividir en dos grupos:

-Transformadores con aislamiento en seco.

Transformadores con aislamiento en aceite.

Los transformadores en seco tienen su parte activa en contacto directo con un medio aislante gaseoso (por lo general aire) o bien con algún medio aislante solido como por ejemplo ricinas, materiales plásticos, etc. Estas maquinas por lo general se construyen para potencias hasta de algunos KVA y con tensiones que normalmente no excedan a la clase de 34.5 KV por lo que su empleo es reducido casi a los servicios auxiliares de algunas otras instalaciones o como parte integrante de las instalaciones secundarias industriales o comerciales.

Los transformadores de aceite tienen en cambio su parte activa en aceite mineral (derivado del petróleo) por lo que en estas maquinas de hecho no se tienen limitaciones ni en la potencia ni en las tensiones del orden de 400KV y en algunos casos con valores superiores de potencia y tensión como los usados en las redes eléctricas de Estados Unidos, Rusia y Canadá, solo por mencionar algunos casos.

La evolución de materiales empleados para la construcción y de las técnicas constructivas ha traído como consecuencia una reducción progresiva en el peso y las dimensiones a igualdad de potencia eléctrica.

Para clasificar de forma precisas a continuación se da una breve muestra de la clasificación de transformadores.

c) Controles de los transformadores

Temperatura en aceite

Temperatura devanados.

Equipo inetair

Nivel de aceite

d) Conexiones de los transformadores

Para seleccionar un transformadores necesario conocer las ventajas y las desventajas de cada una de las conexiones mas utilizadas. Dichas conexiones son:

estrella-estrella. Sus características principales son:

a) Aislamiento mínimo.

b) Cantidad de cobre mínimo.

c) Circuito económico para baja carga y alto voltaje.

d) Los dos neutros son accesibles.

e) Alta capacitancia entre espiras, que reduce los esfuerzos dieléctricos durante los transitorios debidos a tensión.

f) Neutros inestables, si no se conectan a tierra.

Estrella-estrella con terciario en delta. Sus características son:

• La delta del terciario proporciona un camino cerrado para la tercera armónica de la corriente energizarte, lo cual elimina los voltajes de la tercera armónica en los devanados principales.

• El terciario se puede utilizar para alimentar el servicio de estación, aunque no es muy recomendable por las altas corrientes de cortocircuito que se obtienen.

• Aumenta el tamaño y costo del transformador.

Delta-delta.

Es una conexión raramente usada. Se utiliza en tensiones bajas y medias. Sus características son:

• En caso de que un banco de transformadores se le dañe una fase, se puede operar utilizando la conexión delta abierta.

• Circuito económico para alta carga y bajo voltaje.

• Las dos deltas proporcionan un camino cerrado para la tercera armónica de la corriente magnetizarte, lo cual elimina los voltajes de la tercera armónica.

• No se puede conectar a tierra los puntos neutros. Se necesita utilizar un banco de tierra, lo cual encarece mas al banco

• Se necesitan mayores cantidades de aislamiento y de cobre.

• La conexión delta se usa con aislamiento total y rara vez se usa para tensiones superiores a 138 KV por el alto costo del aislamiento.

Delta-estrella.

Se acostumbra a utilizar en transformadores elevadores de tensión. Sus características son:

• Al aterrizarse el neutro del secundario se aíslan las corrientes de tierra de secuencia cero.

• Se eliminan los voltajes de tercera armónica se que da circulando dentro de la delta del primario.

• La conexión estrella se usa con aislamiento graduado hasta el valor de la tensión del neutro.

Estrella-delta.

Se acostumbra utilizar en transformadores reductores de tensión. Sus características son:

• No se puede conectar a tierra el lado secundario.

• Se eliminan los voltajes de tercera armónica por que la corriente magnetizante de la tercera armónica se queda circulando dentro de la delta del secundario.

Zig-zag.

Se utiliza en transformadores de tierra conectados a bancos con conexión delta, para tener en forma artificial una corriente de tierra que energice las protecciones de tierra correspondientes.

Autotransformador. Se utilizan cuando la relación de transformación es menor de dos. Son más que los transformadores equivalentes. Sus características son:

• Menor tamaño, peso y costo.

• Como la impedancia entre primario y secundario es menor que en un transformador, se presenta una posibilidad mayor de fallas.

• Debido a que solo existe una bobina, el devanado de baja tensión también debe soportar las sobretensiones que recibe el devanado de alta tensión.

• Las conexiones en el primario y secundario deben ser siempre iguales o se estrella-estrella; estas últimas no son usuales.

e) Operación de los transformadores en paralelo

Para operar en paralelo dos o más transformadores se deben cumplir las siguientes condiciones:

a) Igual tensión en vacio

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