Subestaciones

MANTENIMIENTO ÁREA INDUSTRIAL

Instalaciones eléctricas.

Unidad I

Grupo:

5MI-G1

Alumno:

Roberto Molina Avendaño

Profesor:

Ing. Gilberto Mancilla Camacho.

Enero 2014

Índice

Introducción 3

Unidad I 4

Objetivo 4

Tema I 4

Tema II 4

Tema III 4

Tema 1 5

Subestación eléctrica 5

Clasificación 5

Partes de una subestación 6

Cálculo y selección de una subestación 11

Mantenimiento a subestaciones eléctricas 11

Conclusión 15

Bibliografía 15

Introducción

En un sistema eléctrico se puede considerar de la siguiente manera: Se inicia desde la central generadora pasando por una subestación cercana a esta la cual es una subestación elevadora de tensión la cual la energía es enviada a través de unas líneas de transmisión y la cual pasa por otra subestación llamada de transmisión y después llega hasta una de distribución la cual se llama reductora o de distribución que es la que hace llegar al usuario o cliente final.

Por el tipo de tensiones en las diferentes tipos de subestaciones se dividen en:

a) Subestación de distribución de 85/6 Kv

b) Subestación de distribución de 85/23 Kv

c) Subestación de distribución de 230/23 Kv

d) Subestación de Subtransmisión de 230/85 Kv

e) Subestación de transmisión de 400/230 Kv

f) Subestación tipo cliente.

En este tema se enfocara a las subestaciónes y la cual se explica brevemente en que consiste cada uno de los temas contenidos en dicho documento.

Primer tema: se describe brevemente desde su clasificación por su construcción y operación de una subestación y cada uno de los elementos que componen una subestación, así como su funcionamiento y propósito de cada uno de los elementos que contiene la subestación y su importancia dentro de la subestación dependiendo de su función.

El segundo tema: se dan unos ejemplos de selección de subestaciones eléctricas.

El tercer tema: se habla del tema central. Como realiza maniobra para librar un equipo con diferentes arreglos unifilares, ya sea para darle su respectivo manteniendo preventivo, remplazarlo o realizar pruebas de rutina al equipo y como normalizar el equipo. Y comparando con otros para aprecia sus pros y contras de su confiabilidad y flexibilidad, y para dar un servicio óptimo. Para lo cual se verá que no se dejara, sin irrupción del servicio y en otras dejando sin servicio a la S.E al cliente.

En general el tema va enfocado al conocimiento y brevemente a lo relacionado a cada uno del conocimiento en materia de la transformación de la energía, del conocimiento y aplicación en materia de llevar el conocimiento a la práctica en campo de las subestaciones eléctricas.

Unidad I

Subestaciones eléctricas

Objetivo

El alumno identificara los elementos de una subestación eléctrica asi como las actividades de mantenimiento requerido para garantizar la continuidad de suministro de energía eléctrica.

Tema I

Clasificación y componentes de las subestaciones eléctricas.

Tema II

Calculo de la capacidad de las subestaciones y la selección de las mismas.

Tema III

Mantenimiento a subestaciones eléctricas.

Tema 1

Subestación eléctrica

Una subestación eléctrica es un conjunto elementos de maquinas, aparatos y circuitos conectados o interconectados entre sí para la distribución, transmisión, elevación, reducción de parámetros eléctricos (tensión y corriente) y de permitir el subministro de la misma al sistema y líneas de transmisión existentes.

Clasificación

Las subestaciones se clasifican de acuerdo a su nivel de tensión, de acuerdo a su configuración, función y nivel de tención.

Nivel de Tensión:

 Ultra Alta tensión (Un>800 kV.),

 Extra Alta Tensión (300 kV. <Un<550 kV.),

 Alta Tensión (52kV<Un<300 kV.),

 Distribución (6.6 kV<Un<44 kV.) y De Baja Tensión.

Configuración

 Barra Sencilla

 Doble Barra

 Doble Barra más By Pass

 Doble Barra más Seccionador de Transferencia

 Doble Barra más Barra de Transferencia, Interruptor y Medio

 En Anillo

 Doble Anillo

 Pirámide.

Función

 Generación

 Transformación

 Mixta (Generación y Transformación)

 Compensación (Capacitiva Serie y Capacitiva Paralelo)

También se pueden clasificar

Por su operación

 Corriente alterna.

 Corriente directa.

Por la función que desempeñan

 Elevadores (elevan la tensión)

 Reductores (reducen la tensión)

 Enlace para interconectar líneas.

 Rectificadores (convertir CA a CD)

Por su composición

 Tipo intemperie (para operación en el exterior)

 Tipo interior (para operar bajo techo)

 Tipo blindada (para operación en interiores o exteriores)

Partes de una subestación

Acometida

Es la parte de la instalación de enlace que une la red de distribución de la empresa eléctrica con la caja general de protección del particular. Es propiedad de la empresa eléctrica y suele haber una por cada edificio.

Las acometidas pueden ser subterráneas o aéreas, dependiendo del tipo de distribución de la zona:

Subterránea, para zonas urbanas.

Aéreas, para las líneas de alta tensión

Cuchillas

Son interruptores que se utilizan ya sea en el lado de alta o de baja tensión, sirven como protección para el transformador o el equipo asociado ya que pueden seccionarse en caso de emergencia. Este tipo de protección se conecta en serie con el circuito. Existen cuchillas individuales, es decir, una cuchilla para cada fase, y cuchillas de operación en grupo. Por la forma en la que operan se pueden clasificar en:

1. Cuchillas des conectadoras

2. Cuchillas fusibles

Cuchillas desconectoras

Este tipo de cuchillas se encuentran sostenidas mecánicamente y pueden operarse ya sea automática o manualmente. Para restablecer basta con volverlas a conectar automáticamente o bien, con ayuda de una pértiga.

Normalmente se diseñaban para operación sin carga, algunas como los seccionadores pueden operar con cargar, pero a niveles de tensión inferiores a 69 kv y en ningún caso desconectan corrientes de corto circuito. También en el caso de las subestaciones eléctricas sirve para la puesta a tierra de equipo o partes de la instalación.

TIPO V CUCHILLA DESCONECTADORA EN AIRE DE OPERACIÓN EN GRUPO TIPO "V" (APERTURA LATERAL CENTRAL OBLICUA), DE OPERACIÓN MANUAL Y MOTORIZADA CON Y SIN CUCHILLA DE PUESTA A TIERRA.

Cuchillas fusible

Este tipo de cuchillas abren al presentarse una sobre corriente. y tienen internamente un elemento fusible calibrado para que con determinada corriente alcance su punto de fusión e interrumpa el paso de la corriente eléctrica a través de el. para restablecer es necesario reponer el elemento fusible a la cuchilla y volver a conectar. las cuchillas fusibles son por lo general de operación unipolar, en caso de fundirse únicamente una fase, únicamente ésta es repuesta y no necesariamente se tienen que abrir las demás fases.

Interruptor de potencia

Los interruptores de potencia tienen la función de desconectar los circuitos eléctricos en cualquiera de las tres condiciones siguientes:

 con carga

 en vacio

 en condiciones de falla

 desconexión con falla kilométrica

Adicionalmente se debe considerar que los interruptores deben tener también la capacidad de efectuar re cierres cuando sea una función requerida por el sistema al cual se va a instalar. Las características constructivas de los interruptores influyen también de alguna manera en su forma de operación dentro de un sistema eléctrico, dependiendo del medio de extinción del arco y la rapidez de separación de los contactos.

Transformadores de corriente

La función de un transformador de corriente es la reducir a valores normales y no peligrosos, las características de corriente en un sistema eléctrico, con el fin de permitir el empleo de aparatos de medición normalizados, por consiguiente más económicos y que pueden manipularse sin peligro.

un transformador de corriente es un transformador de medición, donde la corriente secundaria es, dentro de las condiciones normales de operación, prácticamente proporcional a la corriente primaria, y desfasada de ella un ángulo cercano a cero, para un sentido apropiado de conexiones.

el primario de dicho transformador está conectado en serie con el circuito que se desea controlar, en tanto que el secundario está conectado a los circuitos de corriente de uno o varios aparatos de medición, relevadores o aparatos análogos, conectados en serie.

un transformador de corriente puede tener uno o varios devanados secundarios embobinados sobre uno o varios circuitos magnéticos separados.

Transformador de potencial

En los sistemas eléctricos de potencia se debe tener medición de ciertas cantidades eléctricas y a demás alimentar a los dispositivos de protección tanto de los generadores como de las subestaciones. Parte de los elementos necesarios para hacer estas mediciones en alta tensión son los llamados “transformadores de potencial”.

Estos tienen como función principal reducir los valores de voltaje de sistema a valores lo suficientemente bajos para:

 Sincronización.

 Alimentación a relevadores para protección.

 Medición del suministro o del intercambio de energía.

 Tener indicaciones de los lo voltajes del sistema.

En general los instrumentos de medición, los indicadores y relevadores están diseñados para operar con voltaje secundario (115 v o 120 v). la calibración de los instrumentos se hace de acuerdo con el voltaje primario del transformador de potencial. los transformadores de potencial se clasifican desde el punto de vista de su construcción como :

 transformadores de tipo magnético

 transformadores de tipo capacitivo, también conocidos como dispositivos de potencial.

Transformadores de potencial de tipo magnético

Este tipo de transformadores operan bajo el mismo tipo de inducción que los transformadores de potencia, sin embargo a que existen diferencias en los requerimientos de su diseño es diferente. la carga que se alimenta por los transformadores de potencial es bastante limitada dependiendo de los propósitos para los cuales serán usados.

El principal objetivo en el diseño de los transformadores de este tipo es minimizar los errores de relación y Angulo en las mediciones que se hacen con ellos y se deben principalmente a:

 caídas de voltaje en el devanado primario causadas por las corrientes de excitación.

 caídas de voltaje en ambos devanados causadas por la corriente de carga.

Transformadores de potencial de tipo capacitivo

los transformadores de potencial tipo capacitivo también conocidos como “dispositivos de potencial” han tenido un uso cada vez mas amplio para medición y protección en sistemas de alta y en particular de 115 kv y tensiones mayores debido a que resultan un poco más económicos que los transformadores de tipo magnético, además de facilitar el uso de equipo carrier de comunicación acopladores de frecuencia, etc. para propósitos de tele medición, control de tiempo real y en general aspectos de comunicación.

Tablero de control y medición

Los tableros en general son de lamina a gris con un espesor de 3 mm., pintada de gris, en esos tableros además de instalar los equipos de medición se instalan conmutadores, por la parte posterior los esquemas de protección, así como el bus mímico.

la altura de los tableros es de 2.28 mts. y los equipos de medición son instalados a una altura de 1.70 mts. para ser leídos sin dificultad.

Barras, o tubos conductores

Se define como bus a una barra que sirve de medio de transmisión de la tensión ya sea en una subestación o en un tablero, soportado por aisladores y estas pueden ser de cobre o de aluminio.

De Cobre: Este bus es una combinación de materiales de cobre, plata y otros, siendo un porcentaje mayor de cobre, permitiendo que su característica de conducción sea la más típica en uso, además, por su costo barato.

De Aluminio: Este bus es una combinación de materiales de aluminio, plata y otros, siendo un porcentaje mayor de aluminio, permitiendo que su característica de conducción sea mejor que la de cobre, pero por su costo caro es la menos utilizada.

Puesta a tierra

Los sistemas de tierras están constituidos por una serie de electrodos de cobre que forman una red alrededor de la subestación eléctrica. Nos ofrecen una seguridad para el personal y para el propio equipo eléctrico.

El principal objetivo de esté sistema es drenar las corrientes de falla del sistema principalmente las producidas a causa de disturbios atmosféricos, evitando al mínimo la producción de potencial en distintos puntos del suelo con respecto a partes mecánicas conectadas a tierra que sean peligrosas al ser humano o que puedan afectar de alguna manera el funcionamiento del equipo eléctrico.

Interruptor de transferencia

El interruptor de transferencia estático (by-pass eléctrico interno) debe operar transfiriendo la carga de la línea de suministro de energía eléctrica del inversor a la línea de suministro de energía de respaldo y viceversa.

Esta transferencia deben ser de forma que el suministro de energía eléctrica en la carga no sufra interrupción cuando se cumpla la condición de sincronía y se presenten como mínimo las condiciones siguientes:

 falla del inversor

 sobre corriente en el inversor

 voltaje de salida del inversor mayor o menor a +/--10% del valor nominal.

 desconexión por bajo voltaje de corriente continúa.

 transferencia manual.

 velocidad no mayor de ¼ de ciclo.

Pararrayos

Los pararrayos o puntas de descarga son dispositivos de protección para la subestación y de toda la instalación en general contra descargas atmosféricas. consisten en una varilla de material conductor con terminación en punta. estas varillas se conectan a la red de tierras. el método de los pararrayos es que al existir descargas en la atmósfera, proporcionarles un camino de muy baja impedancia a fin de que se garantice que en caso de ocurrir una descarga, ésta se vaya a tierra a través de las puntas y no a través de otros elementos en donde pudieran ocurrir desgracias que lamentar.

Apartarrayos

Los apartar rayos que se emplean en la protección de las instalaciones y subestaciones son de tipo auto valvular, que tienen la función de limitar las frecuentes apariciones de sobretensiones.

Las sobretensiones que se presentan en el servicio y precisamente las atmosféricas, sobrepasan muy frecuentemente esta curva. El apartarrayo limita todas las sobretensiones hasta alcanzar tensiones residuales no peligrosas.

Hilo de guarda

Este se encuentra en la parte superior de cada una de las torres de la subestación, su función es proteger a las líneas contra descargas. Esta protección consiste en interceptar las descargas atmosféricas y conducirlas a tierra por medio de un conductor conectado a tierra.

Simbología de equipo eléctrico.

Cálculo y selección de una subestación

Mantenimiento a subestaciones eléctricas

(Mantenimiento de una subestación compacta)

ADVERTENCIA

Es muy importante que siempre desenergice este equipo antes de trabajar en él, de lo contrario le pueda causar lesiones serias o incluso la muerte.

La inspección, mantenimiento y reparación de la subestación compacta es responsabilidad del propietario del equipo.

Durante la vigencia de la garantía notifique toda falla al departamento de atención al cliente, para atender cuanto antes su queja. Toda reparación bajo garantía debe ser hecha o aprobada por ZETRAK.

Los trabajos de mantenimiento se pueden dividir en Preventivos y Correctivos. A continuación se describen las actividades que como mínimo se deben considerar para la adecuada conservación de la subestación.

Mantenimiento Preventivo

La subestación compacta generalmente no requiere de cuidados particulares de atención o mantenimiento. De cualquier modo, para asegurarse de una operación segura y confiable, deberá ser necesario una serie de revisiones en intervalos de tiempo definidos, la frecuencia de los cuales dependerá de las condiciones ambientales y de operación.

Dentro de los trabajos de mantenimiento preventivo, le recomendamos que efectúe las siguientes acciones al menos cada año:

Precaución:

• Cerciórese de que el equipo no esté energizado.

• Siga las reglas básicas de seguridad y utilice los accesorios de seguridad requeridos (tarima, guantes, casco, cables para conexión a tierra, etc.)

Mecanismo de Puesta a Tierra.

• Nuestra subestación cuenta con un sistema de puesta a tierra interconectado entre las cuchillas y los apartarrayos, el cual permite aterrizar las cargas residuales y tiene la finalidad de dar mas protección en el momento de efectuar cualquier mantenimiento. Como se muestra en la figura.

Operación:

• Abra la el seccionador de operación con carga como se explica en su apartado correspondiente.

• Tome la palanca de operación y efectué el movimiento lateral hacia abajo para pasar de posición de cerrado a abierto con un movimiento franco y decidido hasta que la cuchilla “cierre” en el mecanismo de puesta a tierra (barras de cobre aterrizadas debajo de los apartarrayos)

• Ya abierta la cuchilla de operación sin carga y en la posición de aterrizamiento cerrar nuevamente el seccionador y de esta forma ya se aterrizo nuestro equipo y se descargo de cargas residuales..

• Volver a abrir el seccionador para efectuar el mantenimiento correspondiente para volver a cerrarlo siga las instrucciones de Puesta en servicio de este mismo manual

PARA QUE FUNCIONE CORRECTAMENTE LA PUESTA A TIERRA DE

NUESTRO EQUIPO SE DEBEN SEGUR ESTAS INSTRUCCIONES TAL Y COMO

SE EXPLICAN EN ESTE APARTADO.

Inspección Visual y Limpieza

Con la finalidad de detectar posibles daños al equipo o accesorios de la subestación se debe comprobar los siguientes puntos:

• Abra el aparato. Limpie las superficies de barras, aislamientos, contactos, boquillas que se encuentran sucias con desengrasante y solvente dieléctrico.

• Verificar que los tornillos de todas las uniones y conexiones se encuentren perfectamente apretadas.

• Solamente aplique parafina como lubricante sobre las superficies de contacto.

Nunca utilice grasa orgánica, aceite o algún tipo de lubricante industrial.

• Lubrique ligeramente las partes móviles del mecanismo de operación (mecanismo operador, puntos de giro flecha accionamiento resorte)

• En el caso de cuchilla de paso de operación sin carga, verifique que las navajas estén alineadas entre sí y con respecto a los contactos fijos.

• En el caso de desconectadores o de cuchilla de paso de operación con

carga, compruebe que las barras o cables conectados a las terminales del desconectador o cuchilla de paso no ejerzan o apliquen fuerza alguna, ya que esto puede provocar que se desalinean las cámaras con respecto a los ganchos o bien desajustes que entorpezcan el buen funcionamiento del equipo.

• Realice varias operaciones de apertura y cierre del equipo a través del mecanismo operador.

• En el caso de desconectadores de operación con carga, cerciórese presionando con ayuda de una pértiga o la mano, de que en la posición cerrado, los ganchos de arqueo hayan entrado hasta su tope en la cámara de extinción del arco.

• No opere el aparato sin haber aplicado antes parafina como lubricante sobre las superficies de contacto.

• Conexiones. Deberán estar sólidamente sujetas y firmes.

• Nivel de Carga. Es importante que el transformador esté suministrando la carga para lo cual fue instalado, ya que al ser rebasadas las sobrecargas no permitidas según las normas, se estará disminuyendo la vida útil del equipo.

Inspección de Acabados

El Acabado de la lámina de una subestación compacta, garantiza un uso en intemperie por 1000 horas en cámara salina, está compuesto de un recubrimiento anticorrosivo que permite la óptima conservación del equipo. Se debe revisar el estado que guarda la pintura, en caso de presentar deterioro de debe efectuar retoque con pintura por aspersión.

Mantenimiento Correctivo

Los trabajos a efectuar dentro del mantenimiento correctivo dependerán de los resultados no satisfactorios obtenidos durante los trabajos periódicos efectuados en el mantenimiento preventivo.

Dentro de las posibles fallas en las subestaciones compactas tenemos:

Fallas en los fusibles: Se pueden presentar fallas de corto circuito en las instalaciones, lo que provoca la operación de los fusibles.

Falla en los apartarrayos: Se pueden presentar fallas de sobretensiones en las instalaciones provocadas por descargas atmosfericas, lo que propicia fallas de los mismos.

Fallas en los devanados del transformador: Para resolver este tipo de fallas es muy importante que sean atendidas por personal capacitado y que sepa interpretar el funcionamiento del equipo, ya que su mala ejecución puede provocar la destrucción del equipo y la invalidez de la garantía.

Dentro de las fallas más frecuentes tenemos:

• Conexiones flojas

• Fallas entre espiras

• Corto Circuito Externo

• Sobretensiones

• Sobrecargas

En caso de desajuste, mal funcionamiento o necesidad de refacciones, favor de comunicarse a fábrica con nuestro departamento de servicio.

POR FAVOR TENGA A LA MANO SU NÚMERO DE SERIE

Seguridad

Las principales condiciones inseguras de la instalación, operación y mantenimiento de un transformador son:

• Modificar arreglo de derivaciones (taps) inapropiadamente

• Voltajes mortales

• Equipo en movimiento

• Partes y componentes pesados

Deben seguirse los procedimientos de seguridad como los requeridos por instituciones como C.F.E., I.M.S.S. y S.T.P.S. u otros aplicables, requerimientos locales y regionales deben ser usados por el personal para instalar y/o dar mantenimiento al equipo, así como también seguir prácticas de seguridad y buen juicio.

Actividad de mantenimiento

Subestación eléctrica compacta

(Libranza y reemplazo de fusible dañado en un interruptor de potencia en media Tensión para operar con carga o sin carga)

Herramienta

• Pértiga con Mordaza

• Lámpara sorda

• Cable para aterrizar con caimán

• Detector de potencial en media tensión

Equipo de seguridad

• Casco de Seguridad

• Guantes de Hule, Carnaza, Algodón

• Botas Dieléctricas

• Tarimas Aislantes

Refacción

• Fusible limitador de Corriente

Pasos para realizar una libranza interna o el remplazo de Fusibles en el Interruptor de Potencia en Media Tensión.

 Portar equipo de seguridad

 Realizar Inspección visual ventanilla del Cuarto de Fuerza o Gabinete de Subestación

 Abrir Interruptor General Lado de Baja Tensión (Quitar Carga)

 Apertura de Interruptor de Potencia de Media Tensión ( Interruptor disparado por corto circuito y fusible abierto con percutor accionado).

 Inspección visual para determinar que hayamos restablecido y abierto el interruptor

 Abrir Cuchillas Seccionadoras de Paso

 Verificación visual de apertura de cuchillas seccionadoras de paso.

 Abrir puerta de gabinete o cuarto de Fuerza

 Conexión de cable con caimán a Tierra Física.

 Descargar (Drenar) energía estática de las terminales de Interruptor de Potencia hacia la tierra física (parte inferior y superior)

 Extracción de Fusible percutido con equipo de seguridad (pértiga con mordaza)

 Instalación de Fusible Nuevo

 Cerrar Cuarto de Fuerza.

 Cerrar Cuchillas Seccionadoras de Paso

 Verificación visual de cierre de cuchillas seccionadoras de paso.

 Cierre de Interruptor de Potencia de Media Tensión

 Verificación visual de cierre de Interruptor de Potencia de Media Tensión

 Toma de Lectura de Voltaje (Tensión) en equipo de Medición del tablero del interruptor general lado de baja.

 Cierre de Interruptor General.

Conclusión

En conclusión se tiene, que se cumple el objetivo de este tema lo referente a las subestaciones eléctricas y maniobras en conjunto con los diferentes arreglos que existen y las más utilizadas. Lo que da las observaciones y sus características diferentes de cada uno de estas subestaciones.

También vemos la función y características que tiene cada uno de los equipos que integran la subestación y al mismo tiempo contemplar en la practica su función y conocer sus características, como son las tensiones en las cuales al principio se observan que en cada subestación tiene diferentes tipos de equipo del cual se observa que cada equipo diseñado para cada tipo de tensión y capacidad, lo cual se observa en la recabada información tanto como saber la diferencia de los Interruptores diferentes existentes para cada función, según sus características de cada uno de ellos, saber su función dentro de la subestación y conocer un poco de la utilidad de las protecciones, la función de cada uno de los otros elementos que componen una subestación. Y como circular con seguridad en una subestación para uno y el personal de mantenimiento. Esto muestra un poco de la aplicación de los conocimientos adquiridos y que se aplican.

Bibliografía

 Manual de subestaciones del equipo primario de subestaciones de distribución.

 Libro de diseño de subestaciones eléctricas, Javier Magaña H.

 Manual de transformadores. Coordinación de distribución Comisión Federal de Electricidad.

 Manual de interruptores de potencia. Publicado por gerencia de subestaciones y líneas de transmisión, Comisión Federal de Electricidad.

 Manual para pruebas a equipos de subestaciones eléctricas, Comisión Federal de Electricidad.

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