Subestación elevadora
Introducción
¡Hola!
¡Vaya qué momento más grato el poder saludarte! Es un orgullo que continúes estudiando este curso. Espero que sigas perseverando hasta el final, por lo pronto te invito a revisar esta octava clase en la cual veremos la selección del generador eléctrico de una central generadora de energía eléctrica.
En esta clase digital se verán los conceptos de la subestación elevadora de energía. El sistema eléctrico de potencia es un conjunto de elementos que tiene como fin generar, transformar, transmitir, distribuir y consumir la energía eléctrica. Con el fin de que la energía eléctrica llegue a los distintos centros de consumo, recorre un largo camino que inicia en las centrales generadoras y tiene como punto final los diferentes tipos de consumidores.
En relación con lo anterior, te invito a continuar la clase.
Desarrollo del tema
Las subestaciones son unos de los subsistemas que conforman el sistema eléctrico, su función es modificar los parámetros de la energía para hacer posible su transmisión y distribución. Las subestaciones eléctricas intervienen en la generación, transformación, transmisión y distribución de la energía eléctrica. Una subestación eléctrica está compuesta por dispositivos capaces de modificar los parámetros de la potencia eléctrica (tensión, corriente, frecuencia, etc.) y son un medio de interconexión y despacho entre las diferentes líneas de un sistema eléctrico.
Función que desempeñan
- Flexibilidad. Es la propiedad de la instalación para acomodarse a las diferentes condiciones que se puedan presentar por cambios operativos en el sistema, y además por contingencias y/o mantenimiento de esta.
- Confiabilidad. Es la probabilidad de que una subestación pueda suministrar energía durante un periodo de tiempo dado, bajo la condición de que al menos un componente de la subestación no pueda repararse durante la operación.
Tipos de subestaciones
- Subestación elevadora. Es una estación de transformación en la cual la potencia de salida de los transformadores está a una tensión más alta que la potencia de entrada.
- Subestación reductora. Estación de transformación en la cual la potencia que sale de los transformadores tiene una tensión más baja que la potencia de entrada.
- Subestación de maniobra. Es una estación donde se interconectan varios sistemas y en la cual se distribuye la energía eléctrica a otros sistemas.
Parámetros de selección de componentes
- Tensión de operación
- Corriente máxima
- Corriente de corto circuito
- BIL
Nivel de aislamiento admisible en los aparatos por instalar. El nivel básico de aislamiento al impulso (Basic Impulse Level BIL), es la medida de la capacidad que tiene el sistema para soportar sobrevoltajes debidos a descargas atmosféricas u operaciones de conexión y/o desconexión. El nivel de aislamiento se define por las tensiones soportadas bajo lluvia, a 60 Hz, durante un minuto y con onda de impulso de 1,2/50 microsegundos, según Normas IEC e IEEE
Principales componentes de una subestación
Transformador de potencia
Los transformadores de potencia constituyen, quizá el equipo más importante de una subestación eléctrica. La función principal de estos equipos es elevar o disminuir el nivel de tensión de la energía que requiere ser transportada a través del sistema eléctrico.
Otro de los propósitos de los transformadores de potencia, es regular el voltaje en el lado de alta y baja tensión, manteniendo los niveles de tensión dentro de límites de operación seguros para lograr una operación adecuada del sistema eléctrico. Los niveles de operación en subestaciones manejan una tensión nominal y un nivel de tensión máximo del sistema.
A continuación, se mencionan los niveles de operación utilizados en subestaciones de transmisión, siendo el primer valor la tensión nominal y el segundo valor la tensión máxima del sistema:
- 115 – 123 kV
- 138 – 145 kV
- 161 – 168 kV
- 230 – 245 kV
- 400 – 420 kV
Los interruptores de potencia son dispositivos cuyo propósito es efectuar la conexión y desconexión de circuitos con o sin carga de una subestación. Dichos aparatos deben ser capaces de interrumpir el flujo de corriente en caso de que se presenten condiciones anormales o fallas que puedan afectar la instalación.
Cuchillas desconectadoras
Las cuchillas desconectadoras son elementos electromecánicos. Se usan para dar aislamiento físico a una parte de la subestación o equipos que requieran ser desenergizados para su mantenimiento. Las cuchillas constituyen, junto con los interruptores, los principales equipos de maniobra en una subestación. La cuchilla desconectadora es un equipo que debe ser utilizado sin carga, es decir, no debe existir un flujo de corriente durante su apertura.
Cuchilla de puesta a tierra
Son un elemento fundamental en el sistema de redes, subestaciones y en general sistemas eléctricos, al estar encargadas de poner físicamente a tierra las secciones de línea y del equipo con el fin de garantizar condiciones seguras en su mantenimiento.
Transformadores de instrumento
La función principal de los transformadores de instrumento es transformar la tensión o corriente del circuito donde son instalados, a cantidades menores, las cuales son empleadas para alimentar equipos de protección y medición en una subestación.
Apartarrayos
Son elementos empleados en subestaciones eléctricas para proteger equipos e instalaciones contra sobretensiones. Su función principal es limitar sobretensiones por descargas atmosféricas y operación de equipos de maniobra. La ubicación de los apartarrayos debe ser lo más cercana posible a los equipos a proteger, con la finalidad de brindar la mayor seguridad posible. Su instalación se realiza con una conexión de fase a tierra, debiendo comportarse como un aislador en condiciones normales de operación y comportándose como una impedancia muy pequeña en caso de una sobretensión.
Estructuras
Las estructuras son aquellos elementos metálicos en los que se rematan las barras de la subestación, cables de aguarda, acometidas de líneas de transmisión y equipos de transformación. El uso de estructuras se realiza en función del nivel de tensión y del arreglo de barras a utilizar.
Conductores
Los conductores son elementos de gran importancia en la construcción de una subestación, mediante estos se realiza la conexión entre los diferentes equipos primarios y bahías que constituyen el área eléctrica de una subestación, La función principal de los conductores eléctricos que forman parte de una subestación, es permitir el flujo de energía eléctrica a través de sus barras y circuitos en los diferentes niveles de tensión.
Aisladores
Los aisladores son elementos no conductores que tienen la función de separar las partes energizadas entre el potencial al que se encuentran sujetos conductores y equipos eléctricos, con relación al potencial de tierra, de manera que se cumpla con las distancias dieléctricas y de seguridad que requiera la instalación. Los aisladores utilizados en una subestación deben ser capaces de soportar los esfuerzos eléctricos y mecánicos a los que sean sometidos los conductores y los equipos primarios, además, se deben considerar otros factores para su buen funcionamiento, como es el caso de las condiciones climáticas y el grado de contaminación.
Coordinación de aislamiento
La Coordinación de Aislamiento es una etapa muy importante en el diseño de una subestación, ya que el aislamiento de los equipos e instalaciones es primordial para asegurar un correcto funcionamiento en caso de una sobretensión.
Esta etapa se refiere a la selección de la tensión de aguante en los equipos e instalaciones, conforme a las sobretensiones que puedan presentarse en el sistema donde se encuentran operando.
La coordinación de aislamiento precede al desarrollo de otras etapas de diseño de una subestación, especialmente la selección de apartarrayos y el diseño del sistema de blindaje. Los sistemas de blindaje en una subestación son instalaciones que brindan protección a sus partes energizadas, éstas se conforman por dos partes principales: los cables de guarda y las bayonetas.
Coordinación de aislamiento
Los objetivos de un sistema eléctrico de protección y coordinación son prevenir el daño al personal, minimizar el daño a los componentes del sistema y limitar la extensión y duración de la interrupción del servicio cuando una falla en el equipo, error humano o condicionas naturales adversas ocurran en cualquier porción del sistema, las circunstancias que causan un mal funcionamiento del sistema son usualmente impredecibles, con base a un excelente diseño y un programa de mantenimiento preventivo pueden reducir que las fallas sucedan. El sistema eléctrico debe ser diseñado y mantenido de modo que se proteja automáticamente. La prevención del daño humano es el objetivo más importante de un sistema eléctrico de protecciones. Los dispositivos de interrupción deben tener adecuada capacidad interruptiva y las partes energizadas deben estar lo suficientemente aisladas o contenidas dentro de un gabinete, esto para no exponer al personal a una explosión, fuego o arqueo.
Te invito a ver el siguiente recurso en apoyo a tu aprendizaje:
Conclusión
A manera de conclusión diremos que, al ir estudiando más a fondo lo que son las subestaciones nos damos cuenta de que son demasiado complejas, que cuentan con muchos parámetros y variables que se deben de tomar en cuenta a la hora de diseñar una subestación eléctrica, pero no hay que perder de vista cuál es la principal función de estas, la cual se concreta en elevar o reducir el voltaje, y el interconectar varios sistemas de potencia, con diferentes niveles de tensión.
Con esto llegamos al final de la clase. ¡Felicidades, has concluido un tema muy interesante! No olvides la tarea, recuerda enviarla en tiempo y forma. Hasta la siguiente clase.
Fuentes de información
- Klempner, G., & Kerszenbaum, I. (2008). Handbook of Large turbo-generators, operation and maintenance. (2a ed.). Wiley-IEEE Press.
- Nag. P. K. (2002). Power Plant Engineering. (2a ed.).Tata McGraw Hill Education.
- Drbal, L., Westra, K., & Boston, P. (Eds). (1996). Power Plant Engineering. Springer EE. UU.