Subestación Subestación eléctrica

Subestación eléctrica

Una subestación es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica (corriente y tensión) y de proveer un medio de interconexión y despacho entre las diferentes líneas del sistema.

En cada parte de un sistema eléctrico se utilizan subestaciones. Comenzando con la planta de generación, una subestación eleva el mediano voltaje generado por los generadores síncronos al alto voltaje requerido para transmitir la energía de manera económica.

El alto voltaje en la línea de transmisión se reduce entonces en aquellas subestaciones localizadas cerca de los centros donde se consume la energía. El equipo eléctrico de esas subestaciones es similar al de subestaciones asociadas con plantas de generación.

Clasificación

Elementos constitutivos de una subestación

Los elementos que constituyen una subestación se pueden clasificar en elementos principales y elementos secundarios.

Elementos principales

• Transformadores

• Cortacircuitos o Apartarrayos

• Pararrayos

• Interruptores con cámara de arqueo

• Interruptores de desconexión

• Interruptores de conexión a tierra

• Relevadores y dispositivos de protección

• Relevadores de protección contra sobrevoltajes

• Reactores limitadores de corriente

• Transformadores de instrumentos

Transformador

Máquina eléctrica estática capaz de elevar o disminuir el voltaje en un circuito de corriente alterna manteniendo constante la frecuencia, puede aislar circuitos entre sí y puede incrementar o disminuir el valor aparente de un capacitor, un inductor o un resistor. Además, el transformador nos permite transmitir energía eléctrica a grandes distancias y distribuirla de manera segura en fábricas y hogares.

A la combinación de dos bobinas se le llama transformador, la bobina conectada a la fuente se llama devanado primario y la otra, devanado secundario. Existen diferentes tipos de Transformadores:

1. Por su fabricación pueden ser:

a. Húmedos (enfriados por aceite).

Ilustración 1.- Partes que componen el transformador sumergido en aceite con depósito de expansión.

b. Secos (auto enfriados por aire).

Ilustración 2.- Transformador auto enfriado por aire.

2. Por sus devanados pueden ser:

a. De SUBIDA de voltaje (Elevador), para los casos en que se requiera de elevar la tensión o corriente.

Ilustración 3.- Transformador elevador de Tensión.

b. De BAJADA (Reductor), para los casos en que se requiera de una tensión o voltaje menor al recibido.

Ilustración 4.-Transformador Reductor de Tensión.

Los devanados o bobinas se pueden fabricar de cobre/cobre o aluminio/aluminio.

Los valores de transformación dependerán de la diferencia entre el bobinado de los devanados, es decir, si el primer devanado tiene el doble de vueltas que el secundario la tensión de salida será menor a la de entrada y así, a su vez, en el caso contrario.

3. Por su clase pueden ser:

a. Baja tensión.

b. Media tensión.

c. Y de Alta tensión.

Esto es la tensión de voltaje de entrada (acometida) que soportan en su devanado primario.

Por su diseño y funcionalidad pueden ser:

a. Tipo poste.

b. Tipo pedestal.

c. Tipo sumergible.

d. De aislamiento.

Ilustración 11.- Transformador de aislamiento.

e. De potencia.

Ilustración 12.- Transformador de Potencia.

f. Auto protegidos (protección contra cortocircuito, fallas internas y sobrecargas.

Ilustración 13.- Transformador Auto protegido.

g. Herméticos y Encapsulados con resina epóxica.

Ilustración 14.- Transformador encapsulado.

h. De distribución.

i. Tipo subestación, con y sin gargantas.

j. Tipo estación.

4. Por su factor de aislamiento:

a. K1, K4, Kn… donde “n” es el número armónico que se esta aislando.

5. Por su temperatura pueden ser:

a. Tipo “B”

b. Tipo “F”

c. Tipo “H”

Apartarrayos

Dispositivo destinado a absorber las sobretensiones producidas por descargas atmosféricas, por maniobras o por otras causas que ocasionen interrupciones en el sistema eléctrico, y en muchos casos desperfectos en transformadores, etc.

Los cortacircuitos están diseñados para interrumpir corrientes normales o corrientes de cortocircuito. Funcionan como grandes interruptores que se pueden abrir y cerrar mediante botones locales o mediante señales de telecomunicación distantes emitidas por el sistema de protección. Por lo tanto, los cortacircuitos abrirán automáticamente un circuito siempre que la corriente de línea, el voltaje de línea, la frecuencia, etc., rebasen un límite preestablecido.

Los tipos más importantes de cortacircuitos son los siguientes:

1. Cortacircuitos de aceite (OCB, por sus siglas en inglés)

2. Cortacircuitos de aire comprimido.

3. Cortacircuitos SF6

4. Cortacircuitos de vacío

Normalmente, la placa de identificación de un cortacircuito indica (1) la corriente de estado permanente máxima que puede soportar, (2) la corriente máxima de interrupción, (3) el voltaje de línea máximo y (4) el tiempo de interrupción en ciclos. El tiempo de interrupción puede durar de 3 a 8 ciclos en un sistema de 60 Hz. Para interrumpir grandes corrientes así de rápido, se tiene que garantizar una rápida des-ionización del arco, combinada con un rápido enfriamiento. La interrupción de alta velocidad limita el daño a las líneas de transmisión y al equipo y, lo que es igualmente importante, ayuda a mantener la estabilidad del sistema siempre que ocurre una contingencia.

La acción de activación que hace que un cortacircuito se abra se produce normalmente por medio de un relevador de sobrecarga que puede detectar condiciones anormales en la línea. Por ejemplo, la bobina relevadora está conectada al secundario de un transformador de corriente. El primario conduce la corriente de línea de la fase que tiene que ser protegida. Si la corriente de línea excede un límite preestablecido, la corriente en el secundario hará que los contactos C1, C2 se cierren. En cuanto se cierran, la bobina de activación es energizada por una fuente de cd auxiliar. Esto hace que los tres contactos principales de la línea se abran, con lo cual se interrumpe el circuito.

Cortacircuitos de aceite

Los cortacircuitos de aceite se componen de un tanque de acero lleno de aceite aislante. En una versión tres bornes aislantes de porcelana canalizan las corrientes de línea trifásicas hacia un conjunto de contactos fijos. Tres contactos móviles, accionados simultáneamente por una biela aislada, abren y cierran el circuito. Cuando el cortacircuitos se cierra, la corriente de línea de cada fase penetra el tanque a través de un aislador pasante de porcelana, fluye a través del primer contacto fijo, del contacto móvil, del segundo contacto fijo y luego hacia afuera por un segundo aislador pasante.

Si ocurre una sobrecarga, la bobina de activación libera un poderoso resorte que tira de la biela aislada, lo que hace que los contactos se abran. En cuanto los contactos se separan, se forma un violento arco, el cual volatiliza el aceite circundante. La presión de los gases calientes crea turbulencia alrededor de los contactos. Esto hace que el aceite frío se arremoline alrededor del arco, con lo cual

se extingue. En cortacircuitos de alta potencia modernos, el arco está confinado a una cámara de explosión para que la presión de los gases calientes produzca un poderoso chorro de aceite. Se hace que el chorro fluya en la trayectoria del arco, para extinguirlo.

...