Esquemas caractersticos de E.T.

FACULTAD DE INGENIERIA U.N.C.

DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA.

CATEDRA: ESTACIONES TRANSFORMADORAS

FACULTAD DE INGENIERIA U.N.C.

DEPARTAMENTO DE ELECTROTECNIA.

CATEDRA: ESTACIONES TRANSFORMADORAS

ESQUEMAS CARACTERSTICOS DE ESTACIONES TRANSFORMADORASApunte preparado por:

Ing. H. Rubn Prez

ESQUEMAS CARACTERSTICOS DE ESTACIONES TRANSFORMADORAS

GENERALIDADES

Las estaciones en ALTA TENSIN y MEDIA TENSIN surgen como necesidades para el transporte de grandes cantidades de energa desde los centros de generacin a los centros de consumo, dado que la potencia transmitida est directamente relacionada con la tensin.

Como es sabido, por seguridad y caractersticas de diseo es conveniente construir los generadores hasta niveles de media tensin y del mismo modo se efecta la distribucin en media y baja tensin.

Para realizar la transmisin se debe primero elevar la tensin al nivel de ALTA TENSIN apto para transmitir la energa en condiciones econmicas, ello se realiza en las Estaciones Transformadoras ELEVADORAS, Luego en los centros de carga se reduce el nivel de tensin a los adecuados para distribucin, en las Estaciones Transformadoras REDUCTORAS.

A medida que se ha incrementado el nivel de tensin con grandes incrementos en la potencia de cortocircuito se ha debido estudiar y desarrollar:

Equipos de cortes de energa (interruptores).

Coordinacin de aislacin (Estudios Estadsticos).

Interferencia en equipos y/o cables de control (Estudio de blindajes).

Compensacin de reactivo (gran capacidad de las lneas de EXTRA ALTA TENSIN).

Protecciones ms rpidas y confiables (Reducir esfuerzos trmicos, dinmicos y aumentar la estabilidad de la red).

Mejoras en los transformadores de potencia (Disminuir el tamao a igual potencia).

Mejoras en apartos de proteccin de sobretensiones (Descargadores, resistencias en interruptores).

En general, mejoras en la confiabilidad de los equipos, debido a los grandes lucros cesantes y problemas sociales en juego.

Normalizacin de los niveles de tensin (Unom Umax) y niveles de sobretensin a fin de reducir costos de aislacin.

CARACTERISTICAS BASICAS DE LAS ESTACIONES TRANSFORMADORAS

Las caractersticas bsicas de las Estaciones Transformadoras que definen su proyecto (en particular el elctrico) se pueden desglosar en:

- Tipo de Instalacin (intemperie interior ).

- Caractersticas y ubicacin del terreno.

- Esquema Elctrico (Esquema de barras y aparatos de instalacin).

- Control local nicamente o con telecontrol

- Utilizacin de kioscos en la playa o no: ( define edificios y ubicacin de armarios y rels auxiliares).

- Detalles elctricos particulares:

Sistemas de proteccin (cantidad, tipo)

Niveles de tensiones auxiliares.

Protocolizador de eventos

Repartidores de bornes.

- Niveles de aislacin (define aislacin de aparatos y distancias elctricas )

- Grado de seguridad para el personal (distancias elctricas a tierra, mallas de puesta de tierra, blindajes, enclavamientos, normas operativas, etc.).

ESQUEMA ELECTRICO DE UNA ESTACION TRANSFORMADORA

El esquema elctrico de una Estacin Transformadora (y su solucin constructiva) queda determinado por los siguientes factores:

- Importancia de la instalacin (tensin y potencia instalada).

- Costos de inversin.

- Posibilidades de ampliacin.

- Importancia de la continuidad del servicio (seguridad de alimentacin - seguridad de transmisin).

- Facilidades para el mantenimiento.

En general el esquema elctrico debe tratar de permitir una flexibilidad y continuidad de explotacin con un costo de instalacin y operacin mnimos.

Distintos esquemas tpicos:

1. Un juego de barras.

2. Barras con seccionadores en derivacin.

3. Barras principal y transferencia.

4. Un juego de barras seleccionadas.

5. Sistemas con doble juego de barras sin transferencia.

con transferencia.

6. Sistemas con doble juego de barra y transferencia.

7. Sistemas de tres barras sin transferencia.

con transferencia.

8. Sistema dos interruptores p/ salida.

9. Sistema de interruptor y medio.

10. Sistema poligonal (en anillo).

Surgen de la necesidad de aumentar los factores:

a) Seguridad de alimentacin (entrada energa).

b) Seguridad de transmisin (salida energa).

c) Facilidades de mantenimiento (sin afectar el servicio).

Utilizando los tres criterios a), b), c) se van conformando los distintos esquemas elctricos de las estaciones de acuerdo a la necesidad de posibilitar la transmisin de

energa entre distintas partes de una red en forma permanente y continua, sin cortes, y a un costo mnimo.

Analizando nicamente el problema tcnico, para asegurar un servicio sin cortes (confiabilidad 100 %), se deberan duplicar los sistemas de generacin y transmisin pudiendo llevar c/u la totalidad de energa. Ello llevar a que el sistema de simple barra duplicado en todos los elementos es el mas seguro. Esto se realiza generalmente en sistemas donde es vital esa continuidad (alimentacin a determinadas instalaciones, servicios auxiliares de C.C de estaciones importantes) y en general a sistemas donde el costo de esa duplicidad sea aceptable en funcin con su utilizacin.

Como se ve, ello sera prcticamente imposible econmicamente para los equipos en lneas de ALTA TENSIN y EXTRA ALTA TENSIN, plantendose entonces la necesidad de conflur en nodos (barras) de energa, donde llegan y salen las salidas nicas para cada zona. Una falla en ese nodo sacara de servicio gran cantidad de elementos lo que traera aparejado perdidas de suministro con sus problemas sociales y de lucro cesante.

Por ello, para dar mayor confiabilidad a las transmisiones se conforman distintos esquemas en esos puntos nodales, crticos de la red (las estaciones transformadoras), dndole a los mismos mayor flexibilidad y seguridad de operacin a un costo econmico admisible.

ANALISIS DE LOS ESQUEMAS ELECTRICOS UNIFILARES DE BARRAS

1- Simple juego de barras (Figura 1 a y b)

Es el esquema ms simple y econmico. Se utiliza en las instalaciones de poca importancia, donde la continuidad del servicio no es importante.

Ventajas

Instalacin simple.

Operacin sencilla.

Costo reducido.

Conexiones a los aparatos sencillos.

Proyecto elctrico simple.

Coordinacin de protecciones sencilla.

Desventajas

No dan seguridad y continuidad de la operacin.

La falla en barras, interrumpe todo el suministro.

El mantenimiento de equipos elimina la salida involucrada.

No se puede alimentar las salidas independientemente.

No se puede ampliar la Estacin Transformadora sin ponerla fuera de servicio.

Ejemplos de Utilizacin

Servicios auxiliares de salidas (c/u).

Servicios auxiliares generales en Estaciones Transformadoras pequeas.

Salidas en MEDIA TENSIN.

2- Barras con seccionadores en derivacin (Figura 2).

Para posibilitar el mantenimiento de los interruptores, se pueden instalar seccionadores en derivacin generando un juego de barras con seccionador by pass.

Ventajas

Similares a un juego de barras.

Posibilitar al servicio de salida durante el mantenimiento del interruptor de la misma.

Desventajas

Similares a un juego de barras a excepcin del mantenimiento de los interruptores

Estando una salida en mantenimiento, una falla en la misma pasa a comportarse como fallas en barras, provocando la apertura de los interruptores de las lneas restantes.

Ejemplos de Utilizacin

Salidas de MEDIA TENSIN.

Salidas de ALTA TENSIN en Estaciones transformadoras de poca importancia.

3- Sistema con barras principal y barra de transferencia (Figura 3).

Para evitar el inconveniente en el esquema de la figura 2 para la falla de la lnea en mantenimiento, se agrega una barra de transferencia, acoplada con interruptor con la barra principal, asumiendo dicho interruptor la proteccin de las salidas en mantenimiento (cualquiera de ellas) mediante la conmutacin de la proteccin de cada lnea o mediante una proteccin propia que debera ser ajustada en cada caso a la lnea particular a transferir.

Ventajas

Similares al esquema de la figura 2

Desventajas

Similares a un juego de barras a excepcin del mantenimiento de los equipos.

Costo algo superior al agregar una barra adicional y el equipamiento del acoplamiento

Ejemplos de Utilizacin

Salidas de ALTA TENSIN en Estaciones Transformadoras de mediana importancia.

4- Sistema con un juego de barras seccionadas (Figura 4 a y b)

En el esquema de la figura 1 se puede dividir la barra nica en dos tramos acopladas con interruptor y distribuyendo las alimentaciones y las transmisiones en cada una. Se debe destacar que este no es un esquema duplicado de barras (reserva 100%) sino que la totalidad de las salidas del esquema de una barra, se reparte entre las dos medias barras acopladas.

Ventajas

Mayor continuidad de servicio que el esquema de la figura 1

Falla en barra saca de servicio solo las salidas de sub-barra fallada

Se puede ampliar la Estacin Transformadora sacando fuera de servicio parte de la misma

Se puede operar con dos fuentes de alimentacin donde c/u puede mantener todas las transmisiones (reserva de alimentacin 100%)

Desventajas

El mantenimiento de salida deja fuera de servicio la sub-barra correspondiente.

Falla en barras, elimina las salidas de la misma

El esquema de protecciones es ms complicado.

Ejemplos de Utilizacin

Celdas de MEDIA TENSIN

Servicios auxiliares de Estaciones Transformadoras de mediana importancia.

Se pueden generalizar este sistema de barras seleccionadas para N barras, lo cual mejorara el mismo desde el punto de vista de la continuidad del servicio, y en porciento de reduccin del mismo ante fallas en barras pero elevara el costo de la instalacin y hara mas complicado el esquema de protecciones para ser selectivo.

5- Sistemas con doble juego de barras (figura 5 a y 5 b)

Del anlisis de los esquemas de las figuras 3 y4, se visualiza la posibilidad de mejorar los sistemas sin gran aumento en el costo de la instalacin, transformando la barra de transferencia en otra barra principal, con posibilidad de conexin de las salidas a la misma.

Adicionalmente se puede agregar un seccionador by pass, lo que permitira la posibilidad de mantenimiento del interruptor de la salida sin sacarla fuera de servicio, tomando el interruptor de acoplamiento la proteccin de la misma.

Ventajas

Mantenimiento de una barra no saca fuera de servicio ninguna salida.

Funcionamiento con las dos barras acopladas y las salidas repartidas, la perdida de una barra reduce el servicio pero no lo elimina.

Con by passse puede realizar el mantenimiento de un interruptor sin sacar la salida de servicio.

Desventajas

Mayor costo.

Mayor complicacin del proyecto.

Ejemplos de Utilizacin

Estaciones Transformadoras de ALTA TENSIN de media y alta importancia.

Estaciones Transformadoras de EXTRA ALTA TENSIN de menor importancia.

6- Sistema con doble juego de barras y transferencia (Figura 6)

Agregndole al esquema anterior otra barra que se utilizara nicamente como transferencia, se da mayor flexibilidad al mismo al poder operar con una salida en mantenimiento y el resto de la Estacin Transformadora en un esquema de doble barra.

Ventajas

Similar al esquema de la figura 5 con mayor flexibilidad de operacin

Desventajas

Mayor costo y mayor complicacin del proyecto que el esquema de la figura 5

Ejemplos de Utilizacin

Estaciones Transformadoras de ALTA TENSIN de importancia

Estaciones Transformadoras de EXTRA ALTA TENSIN de menor y media importancia

Este es el esquema utilizado en las playas de 132 kV de la Estacin Transformadora Rosario Oeste y Santo Tome y la Estacin Transformadora Arroyito.

7- Sistema de tres barras (Figura 7 a y 7 b)

Del anlisis del esquema de la figura 6 se puede mejorar y flexibilizar la operacin del mismo, transformando la barra de transferencia en otra barra principal.

Para posibilitar la transferencia, se puede agregar un seccionador by pass utilizando una barra como principal y transferencia, o de forma tal de poder utilizar cualquier barra como transferencia (Figura 7 b).

Ventajas

Propias de la mayor flexibilidad y continuidad de la operacin al posibilitar la utilizacin de mas barras

Desventajas

Mayor costo en la instalacin

Mayor complicacin en el proyecto en especia en el esquema de by pass en los enclavamientos.

Ejemplos de Utilizacin

Estaciones Transformadoras de ALTA TENSIN importantes.

Estaciones Transformadoras de EXTRA ALTA TENSIN de media importancia

8- Sistema de dos interruptores por salida (Figura 8)

En instalaciones de mucha importancia en EXTRA ALTA TENSION o ALTA TENSIN, donde la continuidad de servicio es el criterio fundamental de proyecto, todos los sistemas anteriores tienen como defecto que las reservas en alimentacin o transmisin son fras, es decir que cuando se pierde una barra, todas las salidas conectadas a ella salen fuera de servicio. Posteriormente se realizan las maniobras para conectar esas salidas a otra barra sana y energizarlas nuevamente.

En el caso de que esa perdida momentnea del servicio sea muy perjudicial debe tratar de proveerse una reserva caliente para fallas en barra y/o equipos asociados a la misma.

De ello surge el esquema de los interruptores que opera con dos barras, con un interruptor asociado a cada barra y con los dos asociados a una salida.

Ventajas

Mayor continuidad del servicio

Reserva caliente para fallas en barra y/o equipos asociados.

No necesita acoplador de barras, cada salida cumple esa funcin.

Se puede ampliar la Estacin Transformadora sin sacarla de servicio.

Desventajas

Necesidad, de duplicar los elementos de instalacin: interruptores TV, TI, seccionadores, etc. lo que implica un alto costo de instalaciones (el esquema ms costoso).

Ejemplos de Utilizacin

ET de EXTRA ALTA TENSIN y ALTA TENSIN de mucha importancia.

En playas de 500 kV. de la Estacin Transformadora Rodrguez, Ezeiza y la Estacin Transformadora Abasto utilizan este tipo de esquema.

9- Sistema de interruptor y medio (Figura 9)

Con el fin de reducir el costo del esquema de la figura 8, manteniendo casi la misma flexibilidad de operacin y seguridad en el servicio (reserva caliente), se utilizo el sistema del interruptor y medio, donde existe un equipo compartido entre dos salidas, manteniendo dos equipos asociados a cada salida.

Ventajas

Similares al esquema de la figura 8 a un costo sensiblemente menor.

Desventajas

Mayor complicacin del proyecto, en particular en el esquema de protecciones.

Ejemplos de Utilizacin

Estaciones Transformadoras de EXTRA ALTA TENSIN y ALTA TENSIN. de mucha importancia.

Las playas de 500 kV. de las Estaciones Transformadoras Santo Tome, Rosario Oeste, Malvinas Argentinas, Gran Mendoza, Recreo y el Bracho utilizan este tipo de esquema.

10- Sistema poligonal (o en anillo) (Figura 10)

Generalizando el criterio de mantener dos equipos asociados a cada salida y un equipo compartido entre dos salidas, y uniendo las dos barras en una (cerrando el anillo), se puede llegar a un sistema poligonal (el dibujado es de cuatro lados, muy utilizado en los EE.UU.)

Ventajas

La falla de un equipo no reduce el servicio.

Costo sensiblemente inferior a los esquemas de la figuras 8 y 9.

No tiene proteccin de barras .

Desventajas

Dificultad en operacin para mantener la continuidad de servicio, especialmente a medida que aumente el n( de lados del polgono.

Complejidad en los sistemas de proteccin y medicin.

Para ampliar las instalaciones, se debe sacar fuera de servicio de ET.

FIGURA 1a

FIGURA 1b

FIGURA 2

FIGURA 3

FIGURA 4a

FIGURA 4b

FIGURA 5 A Doble barra sin transferencia

FIGURA 5 B Doble barra con transferencia

FIGURA 6

FIGURA 7 a

FIGURA 7 b

FIGURA 8

FIGURA 9

FIGURA 10

Hoja 1 de 19

10 Hoja 4 de 19

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