Transformador y subestaciones electricas by Victor Martinez

TRANSFORMADORES Y SUBESTACIONES ELECTRICAS Transformadores su clasificación y uso en subestaciones eléctricas

Maquinas Eléctricas

TRANSFORMADORES Y SUBESTACIONES ELECTRICAS

GERMAN EDUARDO POVEDA ROA NIXON ALEXIS SILVA LIMA VICTOR MANUEL MARTINEZ CUERVO

UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA ELECTRONICA VILLAVICENCIO-META 2015

Contenido 1.

INTRODUCCION ........................................................................................................ 3

TRANSFORMADORES .............................................................................................. 4

2.1.

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS ........................................................... 4

2.2.

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS ................................................................ 5

CLASIFICACION DE LOS TRANSFORMADORES ................................................... 6 3.1.

3.1.1.

Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi........................ 7

3.1.2.

Transformadores Herméticos de Llenado Integral................................... 7

3.1.3.

Transformadores Rurales .......................................................................... 8

3.1.4.

Transformadores Subterráneos ................................................................ 8

3.1.5.

Transformadores Auto protegidos ............................................................ 9

3.2.

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN ...................................................... 6

TRANSFORMADORES DE POTENCIA ............................................................. 9

3.2.1.

Transformadores Tipo Seco .................................................................... 10

3.2.2.

Transformadores En Aceite ..................................................................... 10

3.2.3.

Gestion De Calidad ................................................................................... 12

SUBESTACIONES ELÉCTRICAS ........................................................................... 16 4.1.

CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LAS SUBESTACIONES ............... 16

4.1.1.

Flexibilidad ................................................................................................ 17

4.1.2.

Confiabilidad ............................................................................................. 17

4.1.3.

Seguridad .................................................................................................. 17

4.1.4.

Modularidad .............................................................................................. 17

4.2.

ELEMENTOS PRINCIPALES DE LAS SUBESTACIONES .............................. 17

4.2.1.

Equipo de patio......................................................................................... 18

4.2.2.

Equipos de tablero ................................................................................... 18

4.2.3.

Servicios auxiliares .................................................................................. 18

4.2.4.

Otros .......................................................................................................... 18

4.3.

CLASIFICACIÓN............................................................................................... 19

4.3.1.

Clasificación por su tipo de operación ................................................... 19

4.3.2.

Clasificación por función dentro del sistema de potencia .................... 23

4.3.3.

Clasificación por su forma constructiva ................................................. 24

CUNCLUSIONES ..................................................................................................... 28

REFERENCIAS ........................................................................................................ 28

1. INTRODUCCION Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otra energía, o bien, en energía eléctrica pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa, de almacenamiento en un campo magnético, este trabajo describe el funcionamiento de uno de los tipos de maquina eléctrica el transformador, su calificación por diferentes factores, también encontraremos las normas y las instituciones encargadas de ellas, para su fabricación y así garantizar calidad y la seguridad al consumidor, su uso en la distribución de energía y subestación eléctricas. Las subestaciones eléctricas son instalaciones destinadas a modificar y establecer los niveles de tensión de una infraestructura eléctrica, para facilitar la transmisión y distribución de la energía, podremos también encontrar la clasificación de las subestaciones eléctricas y la forma en que se utilizan para la distribución de energía.

2. TRANSFORMADORES Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo constante la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo no varía en el caso de un transformador ideal (sin perdidas) pero las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc. Su funcionamiento se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primarios y secundarios según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario. 2.1.

TRANSFORMADORES MONOFÁSICOS

En un transformador monofásico existen 2 circuitos eléctricos (primario y secundario), y un circuito magnético que es el verdadero “conductor” del flujo. Los núcleos de los transformadores están construidos de chapas ferro magnéticas eléctricamente aisladas entre sí. La chapa suele estar constituida por una aleación de acero y silicio (éste entre cantidades del 3% - 5%). La misión del silicio es la disminuir las pérdidas por histéresis y la de evitar el envejecimiento en el núcleo. Lo normal en la fabricación de transformadores es que los arrollamientos sean de cobre, pero ahora veremos unos constituidos a base de banda de aluminio, o de folio. En el caso de los arrollamientos a base de folios, el ancho de cada espira es igual al de la bobina. Folio o banda se arrollan conjuntamente con otro folio de material aislante. Los arrollamientos de alta tensión suelen ser a base de folios, y frecuentemente suelen estar constituidos por varias bobinas en serie. Por el contrario, los de baja tensión a base de banda de aluminio, suelen tener el ancho de la ventana del núcleo. Las pérdidas en los devanados, en el núcleo, y en otros elementos motivan el calentamiento del transformador, los cuales, hemos de evitar. Los principales medios refrigerantes que se utilizan, en contacto con los arrollamientos, son el aire y aceite mineral (también sustituido a veces por otros líquidos incombustibles como el pyraleno). El transformador, se calienta en virtud de las pérdidas en el hierro y en los arrollamientos. En términos usuales, se considera que un transformador podrá trabajar, en régimen permanente y en condiciones nominales (potencia, tensión, corriente y frecuencia), sin deterioro alguno (lo cual requiere que las distintas partes del transformador no excedan de ciertos límites).

Figura 1 Conformación de un transformador monofásico 2.2.

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS

Un transformador trifásico es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico trifásico, manteniendo una relación entre sus fases la cual depende del tipo de conexión de este circuito. Este tipo de transformador se ocupa tanto en generación cerca de los generadores para elevar la insuficiente tensión de estos, así como también en transmisión y distribución en donde se transporta la energía eléctrica a voltajes menores hacia casas, comercio e industria. Un transformador trifásico se puede construir de varias formas: 

Mediante un banco de tres transformadores monofásicos idénticos.

Figura 2 Construcción de un transformador trifásico con 3 transformadores monofásicos 

Mediante un transformador trifásico de 3 columnas.

Figura 3 Transformador trifásico de 3 columnas

3. CLASIFICACION DE LOS TRANSFORMADORES Se clasifican según la potencia y tensión de alimentación en: 

Transformadores de distribución



Transformadores tipo subestación



Transformadores de potencia

3.1.

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN

Se denomina transformadores de distribución, generalmente los transformadores de potencias iguales o inferiores a 500 kVA y de tensiones iguales o inferiores a 67 000 V, tanto monofásicos como trifásicos. Aunque la mayoría de tales unidades están proyectadas para montaje sobre postes, algunos de los tamaños de potencia superiores, por encima de las clases de 18 kV, se construyen para montaje en estaciones o en plataformas. Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica.

Figura 4 Transformador de distribución

3.1.1. Transformadores Secos Encapsulados en Resina Epoxi

Se utilizan en interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, en lugares donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendio imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Son de aplicación en grandes edificios, hospitales, industrias, minería, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislación clase F, utilizándose resina epoxi como medio de protección de los arrollamientos, siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 2500 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

Figura 5 Transformador seco 3.1.2. Transformadores Herméticos de Llenado Integral Se utilizan en intemperie o interior para distribución de energía eléctrica en media tensión, siendo muy útiles en lugares donde los espacios son reducidos. Son de aplicación en zonas urbanas, industrias, minería, explotaciones petroleras, grandes centros comerciales y toda actividad que requiera la utilización intensiva de energía eléctrica. Su principal característica es que al no llevar tanque de expansión de aceite no necesita mantenimiento, siendo esta construcción más compacta que la tradicional. Se fabrican en potencias normalizadas desde 100 hasta 1000 kVA, tensiones primarias de 13.2, 15, 25, 33 y 35 kV y frecuencias de 50 y 60 Hz.

Figura 6 Transformador Hermético 3.1.3. Transformadores Rurales Están diseñados para instalación mono poste en redes de electrificación suburbanas monofilares, bifilares y trifilares, de 7.6, 13.2 y 15 kV. En redes trifilares se pueden utilizar transformadores trifásicos o como alternativa 3 monofásicos.

Figura 7 Transformador Rural 3.1.4. Transformadores Subterráneos Transformador de construcción adecuada para ser instalado en cámaras, en cualquier nivel, pudiendo ser utilizado donde haya posibilidad de inmersión de cualquier naturaleza. Se fabrican en potencias normalizadas desde 150 hasta 2000 kVA, tensiones primarias de 15,24.2 kV.

Figura 8 Transformador Subterráneo 3.1.5. Transformadores Auto protegidos Este transformador incorpora componentes para protección del sistema de distribución contra sobrecargas, corto-circuitos en la red secundaria y fallas internas en el transformador, para esto posee fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión, montados internamente en el tanque, fusibles de alta tensión y disyuntor de baja tensión. Para protección contra sobretensiones el transformador está provisto de dispositivo para fijación de pararrayos externos en el tanque. Se fabrican en potencias normalizadas desde 45 hasta 155kVA, tensiones primarias de 15,24.2 kV.

Figura 9 Transformador Auto Protegido 3.2.

TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Son los que se utilizan para subestaciones y transformación de energía en media y alta tensión. Se aplican en subestaciones, centrales de generación y usuarios de grandes potencia.

Se construyen en potencias, voltajes y frecuencias estandarizadas según la región o país en donde va trabajar. A continuación detallo los dos principales tipos de transformadores de potencia: 3.2.1. TRANSFORMADORES TIPO SECO Se utiliza en interiores, donde los espacios reducidos y los requerimientos de seguridad en caso de incendios imposibilitan la utilización de transformadores refrigerados en aceite. Su principal característica es que son refrigerados en aire con aislamiento clase F utilizándose resinas epoxi como medio de protección de los arrollamientos siendo innecesario cualquier mantenimiento posterior a la instalación. A continuación describimos algunas especificaciones técnicas de las principales partes que conforman el transformador tipo seco: Circuito magnético Puede ser de chapa de acero al silicio de grano orientado, aislada por óxidos minerales y protegida contra la corrosión mediante una capa de esmalte. Arrollamientos de BT Las espiras están separadas por una película aislante de clase F y se dispondrá radialmente en el centro de las bobinas de canales de ventilación para permitir una fácil disipación del calor. La construcción es de banda (platina) o folio (plancha) de aluminio para conseguir buena resistencia mecánica a los esfuerzos de corto circuito, se impregnará con una resina de clase F bajo vacío, con el objetivo de garantizar una buena resistencia a las agentes ambientales y conseguir una masa homogénea. Arrollamientos de MT Es Independiente de los arrollamientos de BT y se realiza en banda o folio de aluminio con aislantes de clase F sin excepción, garantizando un diseño resistente geométricamente y un gradiente de tensión reducido entre espiras y entre galletas, de modo que el material aislante resulta escasamente solicitado dieléctricamente ósea con menores esfuerzos dieléctricos y no se produce su envejecimiento prematuro. 3.2.2. TRANSFORMADORES EN ACEITE Se caracterizan principalmente por que el núcleo ferromagnético se encuentra totalmente sumergido en aceite, consta de un tanque con tapa, intercambiadores de calor, bombas y cubículo para el aceite. Núcleo El circuito magnético es del tipo ensamblado compuesto por columnas y yugos constituidos de láminas de acero silicio de grano orientado laminado en frió y de alta permeabilidad magnética recubierto de aislamiento orgánico en ambas caras que son cortadas

asegurando la ausencia de nubosidades que permiten obtener bajos valores de corriente de excitación y perdidas en vació. Arrollamientos Los devanados están formados por bobinas concéntricas de cobre electrolítico de alta conductividad y el aislamiento es papel impregnado en aceite (clase A). Su diseño permite que el transformador pueda suministrar la potencia nominal en cualquier posición del conmutador de derivaciones. Las bobinas son compactas, ensambladas y aseguradas. Las conexiones al conmutador de derivación y a los aisladores pasa tapas de alta y baja tensión son realizadas de manera que aseguren una correcta conexión eléctrica y mecánica a prueba de vibraciones durante el transporte y la operación del transformador. Tanque El tanque es del tipo corrugado con tapa empernada en el cual las paredes están conformadas por aletas onduladas soldadas a la estructura y constituyen el sistema de refrigeración del transformador. Con esta construcción en plancha de acero estructural se obtiene una robustez de gran resistencia a los esfuerzos mecánicos y se permite el despacho de los transformadores llenos de aceite listos para entrar en servicio. La protección contra la intemperie incluye la eliminación de todo oxido mediante granallado previo a la aplicación de puntura base anticorrosivo (2 capas) y de puntura de acabado (2 capas). Aceite Es mineral constituyendo el elemento aislante y refrigerante del transformador. Sus características destacables son las siguientes: - Baja viscosidad para obtener una buena transferencia de calor.     

Alta rigidez dieléctrica Ausencia de ácidos inorgánicos y azufre corrosivo, para prevenir un deterioro en los aislamientos y los conductores. Resistencia a la oxidación y a la formación de lodos Resistencia a emulsiones con agua Bajo punto de congelación. Antes de ser introducido al tanque el aceite se somete a proceso de filtrado y secado. El llenado se hace bajo vació para asegurar la eliminación de la humedad.

Sistema de conservación del aceite Consiste en un tanque de expansión de sección circular conectado mediante tubos al

tanque del transformador. El tanque conservador cuenta con indicador de nivel y puede equiparse con Relé Bounholz y respiradero deshidratante lleno de costales de silicagel.

Aisladores pasa tapas Son de porcelana marrón, de material denso y homogéneo libre de porosidades, burbujas e imperfecciones que puedan afectar sus características eléctricas o mecánicas. Las características eléctricas de los aisladores pasa tapas cumplen con las normas respectivas. Los aisladores se encuentran montados sobre la tapa y pueden ser reemplazados sin necesidad de desencubar el transformador. Accesorios normales Conmutador de tomas en vació con mando exterior sobre la tapa.      

Indicador de nivel de aceite Placa de características Válvula de Filtrado Perno de puesta a tierra del tanque Ganchos de suspensión Pozo termométrico.

3.2.3. GESTION DE CALIDAD

Definimos como gestión de calidad al conjunto de características que cumplen con los requerimientos para satisfacer al cliente CALIDAD, NORMAS Y POTENCIA

ENSAYOS

LOS TRANSFORMADORES

NORMAS La norma estipula los requisitos para establecer un sistema de aseguramiento de calidad o para dar confianza de que un producto satisface los requisitos para la calidad. Las normas más conocidas para los transformadores de potencia son: IEC (internacional electrotechnical comisión) ANSI (American Nacional Standarda Institute) IEE (The Institution of Electrical Engineers) NEMA (National Electrical Manufacturers Association) Todas estas normas tienen diferente nivel de exigencia y las empresas fabricantes y comercializadoras de transformadores de potencia se caracterizan por las normas que rigen su proceso de fabricación y control de la calidad. PROTOCOLO DE PRUEBAS A LOS TRANASFORMADORES Es la comprobación para la aceptación de las exigencias mínimas del comprador. La empresa seleccionara las pruebas de acuerdo al tipo de instalaciones que decepciona, pudiendo ampliar el número de ellas según la considere necesarias.

Ensayos de Rutina        

Verificación dimensional Medición de la resistencia de los arrollamientos. Medición de la relación de transformación y grupo de conexión. Ensayo de vacío para la determinación de pérdidas de vacío y corriente de excitación. Ensayo para la determinación de pérdidas y tensión de cortocircuito. Ensayo dieléctrico de tensión aplicada. Ensayo dieléctrico de tensión inducida. Ensayo de descargas parciales.

Ensayos de Tipo Estos ensayos podrán solicitarse en opción pero tendrán que acordarse previamente con el proveedor:    

Ensayo de calentamiento por el método de simulación de puesta en carga definido en la norma IEC 726. Ensayo con tensión de impulso. Ensayo de resistencia al cortocircuito franco. El proveedor deberá presentar antecedentes de ensayo. Medición del nivel de ruido según IEC 551.

Pruebas Mecánicas Impregnaciones De Aceite.

Para el control de calidad durante la impregnación de aceite primero se tiene que verificar que el aceite sea el adecuado según la orden de producción. Adicionalmente a esto se debe de verificar las propiedades físicas químicas del aceite así como su contenido de gases, para esto antes de ingresar el aceite al transformador se toma una muestra y se analiza en el laboratorio determinándose si los valores están dentro de lo que piden las normas IEEE C57.106 y IEC 60599 respectivamente. Prueba De Vació. La prueba de vació se realiza con la finalidad de comprobar la resistencia mecánica de la estructura metálica y de medir la deformación en los principales puntos de flexión. Se aplica a la estructura metálica después del proceso de encubado y con todos sus accesorios montados, el transformador deberá estar completo y sin aceite. Esta prueba se realiza mediante la aplicación de una presión de vació mínimo de 0.5mm de Hg. Dos horas después de la desconexión de la bomba de vació en el transformador la presión no debe de haber

subido en mas de 1.5mm de Hg. Para realizar las mediciones se contara con micrómetros radiales los cuales serán ubicados en las zonas más críticas del tanque. Luego de las dos horas de sometido al vació y luego de quitar la presión, las deformaciones deberán de volver a su estado inicial, quiere decir que el material debe de haber sido sometido una deformación ubicada en la zona elástica. Prueba De Punto De Roció. En esta prueba se hará la medida de la humedad del transformador de potencia relleno de nitrógeno (N2) para ello el transformador se llenara de N2 UHP de alta pureza hasta conseguir una presión de 0.2Atms, después se dejara reposar por espacio de 24 horas luego de las cuales se procederá a realizar la extracción de las muestras para medir la humedad del transformador. Prueba De Hermetismo. En esta prueba lo que se quiere es comprobar la completa hermeticidad y resistencia a presión de los transformadores de potencia. Se verifica que no existan fugas entre los componentes montados del transformador como aisladores, conmutadores, válvulas, bridas, etc. Para realizar esta prueba a el transformador se le inyecta N2 UHP hasta una presión máxima de 3 PSI después se dejara reposar por 12 horas y se controlara la presión y se verificara la existencia de fugas. Pruebas Eléctricas Prueba de Vació La prueba de vació proporciona atreves de las medidas de tensión, intensidad y potencia en el bobinado primario, los valores directos de la potencia en el hierro, y deja abierto el bobinado secundario. Por lo tanto, este bobinado no será recorrido por ninguna intensidad, y no se tendrán en cuenta los ínfimos valores de las perdidas en el cobre para este ensayo. Los principales datos que hay que determinar en el ensayo en vació son: las pérdidas en el hierro a través de la lectura del vatímetro (W1) en el bobinado primado, entendiendo que la P10 es la potencia medida en el vatímetro (W1), la intensidad en vació del primario a través del amperímetro (A1) La relación de transformación (m): También podemos calcular, con la ayuda de los resultados: La impedancia La potencia aparente El Angulo de desfase. Prueba de Cortocircuito Con la prueba de cortocircuito, conseguimos las intensidades nomínales en los dos bobinados, aplicando una pequeña tensión al primario y cortocircuitando el secundario con un amperímetro (el amperímetro tiene una resistencia prácticamente nula) como se muestra en la figura. En muchos ensayos en cortocircuito la ICC supera el 25% de la intensidad nominal

Prueba de Temperatura Se utilizan varios métodos para medir la temperatura en el transformador: Método por termómetro Consiste en tomar la temperatura en el aceite refrigerante y sobre el núcleo a aquellos transformadores que tienen cuba de aceite. A los transformadores secos se les toma en el núcleo, en otras partes metálicas y en el bobinado, si se tiene acceso a él, mediante unas sondas específicas para cada punto de contacto que se introduce en la parte del transformador que vayamos a medir y se conecta a un termómetro digital.  Método por variación de resistencias. Consiste en medir la resistencia en frío, y después de un tiempo estipulado de aproximadamente cuatro horas, una vez que el transformador está funcionando en régimen nominal, volver a medir las resistencias de los bobinados y calcular la variación de la temperatura en función de la diferencia de resistencia en los mismos.  Método por detectores de internos de temperatura. Consiste en introducir durante la construcción del transformador unos sensores de temperatura que actúan en forma de señal al detectar la temperatura que se le ha marcado. Prueba de Aislamiento La medida de aislamiento consiste en verificar el total aislamiento de los circuitos eléctricos del transformador entre sí, y entre estos y las partes metálicas del transformador. Un aislamiento defectuoso no detectado por el comprobador de continuidad puede provocar cortocircuito en el transformador y generar mayores problemas en el funcionamiento, además de poner en peligro a las personas que estén cerca de estos. Para ello se utiliza un aparato de medida llamado megóhmetro para que la resistencia de aislamiento cumpla los límites establecidos por el comité electrotécnico internacional IEC, el valor mínimo será R = U.1000 Donde: R = resistencia de aislamiento en Mohm con un mínimo de 250000Mohm U = tensión más elevada de la maquina en voltios Prueba de Rigidez Dieléctrica La rigidez dieléctrica es la tensión por unidad de espesor que aguanta el aislante sin perforarse. Se expresa en KV/cm. Esto no es suficiente para que el aislante sea adecuado a la tensión de funcionamiento, ya que existen muchos factores que pueden complicar el aislamiento, como por ejemplo la humedad, el envejecimiento, el calentamiento excesivo, etc. Para ello se establecen unas normas que deben respetarse para el buen funcionamiento de la máquina. La rigidez dieléctrica depende de la naturaleza del aislante, y la tensión que este puede soportar es el producto de la rigidez dieléctrica por el espesor Prueba de tablero de control

Para realizar las pruebas de los tableros de control se tiene que verificar los planos y características principales del tablero. Se comienza verificando los equipos que han sido inalados en el tablero mediante la verificación de la lista de aparatos. Después se verifica lo siguiente:             

Medidas generales Revisión de soldadura Ejecución de las platinas de cobre Conexiones de las platinas de cobre Revisión de terminales de cables Prueba de continuidad Conexiones de bornes Conexiones de medición Conexiones de enclavamiento Conexiones a tierra Distancias mínimas de barras Revisión de puertas Funcionamiento eléctrico Funcionamiento mecánico Símbolos y placas de identificación Espesor de pintura

Adicionalmente se verifica que el grado de protección que debe de tener el tablero según lo solicitado por el cliente, en casos extremos como en la aplicación de la norma NEMA 250-2003 grado de protección IP4X se deben de realizar pruebas especiales que garanticen el correcto funcionamiento y hermeticidad del tablero. Para los guarda motores se realizan las pruebas de accionamiento simulando las corrientes de fallas monofásicas y trifásicas.

4. SUBESTACIONES ELÉCTRICAS Una subestación es un punto dentro del sistema de potencia en el cual se cambian los niveles de tensión y corriente con el fin de minimizar pérdidas y optimizar la distribución de la potencia por todo el sistema. Es además el centro donde se recibe y reparte la energía producida en las centrales generadoras, maniobrando y controlando su destino final a los diferentes centros de consumo, con determinados requisitos de calidad. 4.1.

CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LAS SUBESTACIONES

Características tales como flexibilidad, confiabilidad, seguridad, y modularidad, determinan la forma de una subestación, y se definen de la forma siguiente:

4.1.1. Flexibilidad La flexibilidad es la propiedad de la instalación para acomodarse a las diferentes condiciones que se puedan presentar, bien sea por mantenimiento, por cambios en el sistema o por fallas. 4.1.2. Confiabilidad La confiabilidad se define como la propiedad de que una subestación pueda mantener el suministro de energía, bajo la condición que al menos un componente de la subestación pueda repararse durante la operación. 4.1.3. Seguridad La seguridad es la propiedad de una instalación de operar adecuadamente bajo condiciones normales y anormales de manera que se evite el daño en los equipos o riesgo para las personas. 4.1.4. Modularidad Es la facilidad que tiene una subestación para cambiar de configuración cuando sus necesidades o el sistema lo requieran. Estas características pueden conjugarse en el momento de decidir la configuración de una subestación, dependiendo de la ubicación de esta dentro del sistema de potencia, de acuerdo con su función o por su capacidad. Si la subestación es de una capacidad e importancia tales que su salida del sistema de potencia produzca suspensiones y problemas de racionamiento en todo este, entonces la subestación requiere de un alto grado de seguridad. Si la subestación tiene un gran número de circuitos y ellos pertenecen a diferentes sistemas, dicha subestación requiere de un alto grado de flexibilidad. Si la subestación tiene como objetivo primordial el suministro de energía la necesidad principal de esta subestación es la confiabilidad. 4.2.

ELEMENTOS PRINCIPALES DE LAS SUBESTACIONES

La disposición, característica y cantidad de equipo para cada subestación, depende directamente de la configuración escogida. Por lo tanto se hará una descripción general y esencial aplicable a cualquier configuración. Son las subestaciones del tipo convencional las que se tomarán como referencia, dado que es este el tipo de subestación más común en Colombia. En ellas se encuentran además de las estructuras y soportes que facilitan la llegada y salida de las líneas, un conjunto denominado "elementos principales de la subestación". Estos elementos se clasifican en 3 categorías así:  

Equipo de patio Equipo de tablero



Servicios auxiliares

4.2.1. Equipo de patio Son elementos constitutivos del sistema de potencia que se encuentran instalados en el patio de conexiones, generalmente a la intemperie, estando expuestos a las condiciones ambientales. Son estos:       

Transformador de Corriente (T.C) Transformador de Potencial (T.P) Transformador de Potencia Interruptor (I) Seccionador (S) Pararrayos (P) Trampa de onda (T.O) Barrajes y Estructuras.

El espacio ocupado por el conjunto de equipos pertenecientes a una misma salida de la subestación se denomina "Campo" o "Bahía", por ejemplo Campo de Línea, Bahía de Transformador, etc. 4.2.2. Equipos de tablero Son todos los elementos de control, medición y protección, indicadores luminosos y alarmas, instalados en la casa de control y soportados por los tableros de la subestación. Su función es facilitar la supervisión y manejo de la subestación, por parte del operador. 4.2.3. Servicios auxiliares Son todo el conjunto de instalaciones formadas por las fuentes de alimentación de corriente continua y de corriente alterna, de baja tensión que se utilizan para energizar los sistemas de control, protección, señalización, alarmas y alumbrado de una subestación, así como el sistema contra incendio. Las partes del sistema auxiliar son las siguientes:  

Servicio de DC: Interruptores, tableros, baterías, alumbrado de emergencia, cargadores. Servicio AC: Calefacción, alumbrado, aire acondicionado, ventilación, sistemas contra incendio, etc.

4.2.4. Otros Caseta de control La Caseta de control o Casetas de relés es una pequeña edificación opcional para instalar equipos de protección y realizar agrupamiento de señales de medición y de control.

Malla de tierra Los sistemas de puesta a tierra son un elemento fundamental de cualquier instalación eléctrica, protegiendo tanto a los equipos como a las personas de descargas potencialmente peligrosas. Sistema de apantallamiento El rayo es un fenómeno meteorológico de origen natural, cuyos parámetros son variables espacial y temporalmente. La mayor incidencia de rayos en el mundo, se da en las tres zonas de mayor convección profunda: América tropical, África central y Norte de Australia. Colombia, por estar situada en la Zona de Influencia Intertropical, presenta una de las mayores actividades de rayos del planeta; de allí la importancia de la protección contra dicho fenómeno. 4.3.

CLASIFICACIÓN

Las subestaciones pueden clasificarse bajo unos criterios básicos que cubran los tipos existentes dentro de nuestro medio:   

Por su tipo de operación. Por su función dentro del sistema de potencia. Por su forma constructiva.

4.3.1. Clasificación por su tipo de operación De maniobra Destinada a la interconexión de dos o más circuitos:   

Todas las líneas que concurren en la subestación a igual tensión Permite la formación de nudos en una red mallada Aumenta la fiabilidad del sistema

Figura 10 Esquema de subestación de maniobra De transformación pura Destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior.  

Necesario presencia de uno o varios transformadores Niveles de transformación  Transporte → Subtransporte  Subtransporte → Reparto  Reparto → Distribución

Figura 11 Esquema de subestación de transformación pura

De transformación/maniobra Destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro inferior, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel. 

Uso frecuente

Figura 12 Esquema de subestación de transformación/maniobra De transformación/cambio del número de fases Está destinada a la alimentación de redes con distinto número de fases.  

Trifásica Trifásica

→ →

hexafásica monofásica (subestación de tracción)

Figura 13 Esquema de subestación de transformación/cambio del número de fases

De rectificación Está destinada a alimentar una red en corriente continua (subestación de tracción)

Figura 14 Esquema de subestación de rectificación De central Destinada a la transformación de tensión desde un nivel inferior a otro superior (centrales eléctricas).

Figura 15 Esquema de subestación de central

Figura 16 C.T. San Juan de Dios (Mallorca)

4.3.2. Clasificación por función dentro del sistema de potencia Subestación de generación Es la estación primaria de la energía producida por las plantas generadoras, su objetivo esencial es transformar el voltaje a niveles altos para lograr economía con la reducción de la corriente. Subestación de transmisión Su función es interconectar las diferentes líneas de transmisión de 115 kV o 220 kV. Estas generalmente alimentan también barrajes de 34.5 kV y/o 13.2 kV. Subestación de subtransmisión Son aquellas que alimentan o interconectan líneas de nivel intermedio de tensión, 44 kV o 34.5 kV, para transporte a distancias moderadas y de cargas no muy altas, con cargas distribuidas a lo largo de la línea. Subestación de distribución Su función es reducir la tensión a niveles de distribución 13.2 kV para enviarla a los centros de consumo industrial o residencial, donde los transformadores de distribución instalados a lo largo de los circuitos, se encargan de reducir los niveles a baja tensión (440, 220, 108 V), para alimentar a los usuarios.

4.3.3. Clasificación por su forma constructiva Por su montaje Subestaciones Interiores: Donde sus elementos constitutivos se instalan en el interior de edificios apropiados. Los elementos se encuentran protegidos frente a agentes atmosféricos ocupan menos espacio pero son mucho más costosas. Los transformadores suelen estar a la intemperie

Figura 1.2 Subestación tipo interior (encapsulada) Subestaciones Exteriores o a la Intemperie: Sus elementos constitutivos se instalan a las condiciones ambientales.

Figura 17 Subestación tipo exterior encapsulada

Figura 18 Subestación tipo exterior Por su tipo de equipo a. Subestación Convencional: Es del tipo exterior pero la instalación de su equipo es abierta, sin que nada los proteja.

Figura 19 Subestación convencional b. Subestación Encapsulada: Es una subestación cuyas partes vivas y equipos que soportan tensión están contenidos dentro de envolventes metálicos. Se encuentran aisladas en gas SF6 (Hexafluoruro de Azufre), requieren de un mínimo espacio y generalmente son empleadas en ciudades, en zonas de alta contaminación.

Figura 20 Subestación encapsulada

Figura 21 Subestación encapsulada tipo exterior

c. Subestación Móvil: Se caracteriza porque todo el conjunto de equipos están instalados sobre un remolque. Su objetivo básico es el de ser utilizado bajo circunstancias de emergencia, en cualquier punto del sistema.

Figura 22 Subestaci贸n m贸vil

5. CUNCLUSIONES   

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Los transformadores eléctricos son de suma importancia en la actualidad ya que estos se utilizan en para la transición y distribución de la energía eléctrica. Las organizaciones que establecen los estándares de calidad son fundamentales para garantizar la calidad de funcionamiento y seguridad para el usuario. la transmisión de energía eléctrica A.C se hace en alta potencia ya que se reducen las pérdidas de esta forma, esto hace necesario que existan subestaciones eléctricas, ya que estas nos ayudad a la distribución y transmisión de la energía Las medidas de seguridad en una subestación o estación de generación eléctrica son muy importes, ya que nos permiten minimizar los riesgos, por esto es muy importante usar los dispositivos correctos según las instalaciones y sus riesgos.

6. REFERENCIAS        

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http://www.wmsas.co/documentos/Normas%20sector%20electrico/Transformadore s/NTC317.PDF http://www.monografias.com/trabajos104/transformadorespotencia/transformadores-potencia.shtml http://es.slideshare.net/yosymerlyesquivelzavala/clasificacion-de-transformadores http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap3/c 3trafos.php http://patricioconcha.ubb.cl/transformadores/tipos.htm http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/el-transportede-electricidad/xvi.-las-subestaciones-electricas https://es.wikipedia.org/wiki/Subestaci%C3%B3n_el%C3%A9ctrica https://www.google.com.co/search?q=subestaciones+electricas&oq=subestaciones +electricas&aqs=chrome..69i57.12110j0j7&sourceid=chrome&es_sm=93&ie=UTF8 http://www.puntoelectrico.com.co/index.php/soluciones/apantallamiento/18soluciones http://www.puntoelectrico.com.co/index.php/soluciones/apantallamiento http://www.sagradocorazon.edu.ar/web/sexto_elect_a/Inst_Aplic_Ener/sub%20esta ciones.pdf http://www.javierbotero.com/Javier_Botero/SUBESTACIONES.html http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c 2tsubestaciones25.php