diseÑo de subestaciÓn blindada 132/15 kv, 90 … · on the other hand, the technology used will...

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA

Grado en Ingeniera Electromecnica

DISEO DE SUBESTACIN BLINDADA

132/15 kV, 90 MVA

(NUEVO PUERTO DE A CORUA)

Autor: Javier Cortizas Arnoso

Director: Gerardo Fernndez Magester

Madrid

Junio 2016

Agradecimientos

A mi director Gerardo, por toda la ayuda prestada

durante la elaboracin de este proyecto.

A mis padres y hermana, por estar siempre conmigo.

AUTORIZACIN PARA LA DIGITALIZACIN, DEPSITO Y DIVULGACIN EN RED DE

PROYECTOS FIN DE GRADO, FIN DE MSTER, TESINAS O MEMORIAS DE

BACHILLERATO

1. Declaracin de la autora y acreditacin de la misma.

El autor D. Javier Cortizas Arnoso

DECLARA ser el titular de los derechos de propiedad intelectual de la obra: Diseo de Subestacin

Blindada 132/15 kV 90 MVA (Nuevo puerto de A Corua), que sta es una obra original, y que

ostenta la condicin de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual.

2. Objeto y fines de la cesin.

Con el fin de dar la mxima difusin a la obra citada a travs del Repositorio institucional de la

Universidad, el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas, de forma gratuita y no exclusiva,

por el mximo plazo legal y con mbito universal, los derechos de digitalizacin, de archivo, de

reproduccin, de distribucin y de comunicacin pblica, incluido el derecho de puesta a disposicin

electrnica, tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformacin

se cede a los nicos efectos de lo dispuesto en la letra a) del apartado siguiente.

3. Condiciones de la cesin y acceso

Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesin de

derechos contemplada en esta licencia habilita para:

a) Transformarla con el fin de adaptarla a cualquier tecnologa que permita incorporarla a

internet y hacerla accesible; incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e

incorporar marcas de agua o cualquier otro sistema de seguridad o de proteccin.

b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporacin a una base de datos electrnica,

incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de

garantizar su seguridad, conservacin y preservar el formato.

c) Comunicarla, por defecto, a travs de un archivo institucional abierto, accesible de modo

libre y gratuito a travs de internet.

d) Cualquier otra forma de acceso (restringido, embargado, cerrado) deber solicitarse

expresamente y obedecer a causas justificadas.

e) Asignar por defecto a estos trabajos una licencia Creative Commons.

f) Asignar por defecto a estos trabajos un HANDLE (URL persistente).

4. Derechos del autor.

El autor, en tanto que titular de una obra tiene derecho a:

a) Que la Universidad identifique claramente su nombre como autor de la misma

b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versin que ceda y en otras posteriores a travs

de cualquier medio.

c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada.

d) Recibir notificacin fehaciente de cualquier reclamacin que puedan formular terceras

personas en relacin con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos

de propiedad intelectual sobre ella.

5. Deberes del autor.

El autor se compromete a:

a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningn

derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.

b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la

intimidad y a la imagen de terceros.

c) Asumir toda reclamacin o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daos, que

pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e

intereses a causa de la cesin.

d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por infraccin

de derechos derivada de las obras objeto de la cesin.

6. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.

La obra se pondr a disposicin de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso

con los derechos del autor, segn lo permitido por la legislacin aplicable, y con fines de estudio,

investigacin, o cualquier otro fin lcito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes

deberes y se reserva las siguientes facultades:

La Universidad informar a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no

garantiza ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un

uso posterior de las obras no conforme con la legislacin vigente. El uso posterior, ms all

de la copia privada, requerir que se cite la fuente y se reconozca la autora, que no se

obtenga beneficio comercial, y que no se realicen obras derivadas.

La Universidad no revisar el contenido de las obras, que en todo caso permanecer bajo

la responsabilidad exclusive del autor y no estar obligada a ejercitar acciones legales en

nombre del autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados

del depsito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamacin frente a la

Universidad por las formas no ajustadas a la legislacin vigente en que los usuarios hagan uso

de las obras.

La Universidad adoptar las medidas necesarias para la preservacin de la obra en un futuro.

La Universidad se reserva la facultad de retirar la obra, previa notificacin al autor, en

supuestos suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros.

Madrid, a 16 de junio de 2016

ACEPTA

Fdo

DISEO DE SUBESTACIN BLINDADA 132/15 kV, 90 MVA

(NUEVO PUERTO DE A CORUA)

Autor: Javier Cortizas Arnoso

Director: Gerardo Fernndez Magester

Entidad colaboradora: Universidad Pontificia de Comillas, ICAI

RESUMEN

El proyecto de este documento nace de la necesidad de abastecer de

energa elctrica el nuevo puerto exterior de la ciudad de A Corua. Esta

ambiciosa construccin pretende sustituir al actual puerto urbano, ya que

principalmente la falta de espacio para operar los buques resulta muy

problemtica. El diseo de la subestacin, por ello, lo que pretender es abastecer

como se ha dicho de energa el nuevo puerto para alimentar gras y dems

maquinaria de suministro de crudo a la refinera de la ciudad y repartirla en

media tensin (15 kV) con ocho lneas. A ella llegarn adems dos lneas en alta

tensin (132 kV) y estar dotada de dos transformadores de potencia, uno para

su uso como principal y el otro quedando como reserva.

Los objetivos del proyecto incluyen el propio reparto de la energa

elctrica, el proporcionar un servicio de calidad y continuo, con una mxima

fiabilidad de operacin y de larga duracin. Tambin se pretender perseguir la

viabilidad econmica de la subestacin as como la reduccin de posibles costes,

para que de este modo sea lo ms rentable posible.

Por otro lado, la tecnologa que se utilizar ser GIS, ya que es una

construccin en el propio puerto exterior y se pretende que ocupe un mnimo

espacio para destinar el sobrante a otros usos de maquinaria o almacenamiento,

por ejemplo. Este tipo de tecnologa confiere una fiabilidad extraordinaria a la

instalacin. Las disposiciones sern en alta tensin simple barra, al existir

nicamente cuatro posiciones (dos de transformador y dos de lneas) no se

necesita algo ms complejo que resultara ms caro a su vez, por lo que esta

disposicin es la ms apropiada. En cambio, para media tensin se utilizar una

disposicin de simple barra partida, con acoplamiento, para conferir una mayor

facilidad de mantenimiento ya que en este caso s se tienen ms posiciones,

catorce en total.

El documento del proyecto comenzar por la memoria descriptiva, en la

que, como su propio nombre indica, se describirn con detalle los diferentes

elementos de los que estar dotada la subestacin, como pueden ser las celdas

tanto de alta como de media tensin, los transformadores, etc. Toda esta

aparamenta ser la adecuada dados los datos facilitados por la red elctrica de

alimentacin.

Las celdas de alta y media tensin sern del fabricante ABB, puesto que

ofrece una mayor facilidad de operacin, y al ser un conjunto de celdas de

diferente tensin ofrece un mejor precio que comprndolas a fabricantes por

separado, por tanto reduciendo costes. El interruptor en el caso de alta tensin

ser de accionamiento hidromecnico, estando las celdas en encapsulado

trifsico, mientras que en el caso de media tensin el encapsulado es monofsico

y el interruptor es de vaco.

En el caso de los transformadores, como se ha mencionado, se emplearn

dos de iguales caractersticas, ambos de 45 MVA, siendo el motivo que uno de

ellos queda relegado nicamente a reserva, es decir, la subestacin estar dotada

de un 100% de potencia de reserva, por lo que en caso de falla del transformador

principal, no se tendrn problemas a la hora de continuar el servicio con las

mismas caractersticas. Los dos sern del fabricante EFACEC, eleccin justificada

por el precio de la mquina, de refrigeracin ONAN y con cambiador de tomas

en alta tensin. El servicio es de intemperie y los terminales sern en alta tensin

convencionales de porcelana y en media enchufables.

La memoria incluir tambin la parte correspondiente a los servicios

auxiliares de la subestacin, con un transformador de 50 kVA, los dos racks de

bateras y rectificadores-cargadores para caso de falta de alimentacin garantizar

la actuacin de protecciones y comunicaciones, entre otros, los cuadros generales

de corriente alterna y continua y por ltimo los cuadros de comunicaciones. Las

partes restantes de la memoria corresponden a la descripcin de la red de tierras

de la subestacin, los cables aislados que se usarn para la conexin de

transformadores y la obra civil de la misma.

El proyecto a su vez est dotado de los planos que definen la subestacin,

entre los que se incluyen emplazamiento y situacin, planta, alzados, red de

tierras, canalizaciones para la instalacin de cables subterrneos y unifilares.

El apartado de clculos consta de tres partes, la red de tierras, para

garantizar la seguridad de las personas con las tensiones de paso y contacto, el

clculo de la seccin de cables para los transformadores de potencia y de servicios

auxiliares segn ITC-LAT 06 del RD 223/2008, y el clculo de las bateras

necesarias atendiendo a los consumos de la carga de muelles en alta tensin y

media tensin y las comunicaciones que deben ser ininterrumpidas.

Finalmente, los dos ltimos captulos del proyecto se corresponden con un

presupuesto del coste total, dividido por captulos, y el pliego de condiciones

para las celdas GIS, transformadores y la ejecucin de trabajos de la subestacin.

ABSTRACT

The project of this document is originated from the need to provide

electrical power to the new exterior port of A Corua. This ambitious

construction pretends to replace the actual port, located in the urban core, mainly

because the lack of space to properly operate the ships is problematic. The design

of the substation, therefore, what pretends is to supply as said energy to the new

port, in order to operate cranes and other machinery that is in charge of

supplying oil to the refinery and spread this energy in medium voltage (15 kV)

with eight lines. Moreover, two lines at high voltage (132 kV) will arrive to the

substation and it will be equipped with two power transformers, one for use as

primary and the other being a reserve.

The objectives include the distribution of electricity itself, providing a

quality and continuous service, with a high reliability and long lasting. Also the

project pretends to pursue the economic viability of the substation as well as

reducing costs, to make it as reliable as possible.

On the other hand, the technology used will be GIS, as it is a construction

in the port and it is intended to occupy minimal space to allocate the surplus to

other uses, such as machinery or storage. This kind of technology gives the

substation a remarkable reliability. The dispositions will be for high voltage

single bar, as there are only four positions (two transformers and two lines) it

does not need something more complex as it would be more expensive in turn,

so this disposition is the most appropriate. In medium voltage single bar with

sectionalisation will be used instead. This election confers the substation a greater

ease of maintenance since in this case it will have more positions, fourteen in

total.

The document will begin by the descripting report, in which, as its name

suggests, the elements that will be quipped in the substation will be described

and specified, for example the cells both high and medium voltage, transformers

or the grounding network. All this switchgear will be adequate given the data

provided.

The high and medium voltage cells will be manufactured by ABB, since it

offers greater ease of operation and as being a set of cells it also offers a better

prize than buying them separately, thus reducing costs. The switch in the case of

high voltage has hydromechanical drive, being the cells encapsulated in phase,

while in the case of medium voltage the encapsulated is monophasic and the

switch is a vacuum type.

In the case of the transformers, as mentioned, the substation will be

provided with two of them with the same specifications. Both transformers are

45 MVA and the main reason of provide two of them is that one of them is

relegated only to reserve, i.e. the substation will be equipped with a 100% power

reserve, so that in case of failure of the primary transformer there will be no

problems providing and continuing service with the same characteristics. Both

of them will be manufactured by EFACEC, choice justified by the prize of the

machine offered, ONAN cooling and high voltage tap changer. The service is

outdoor and the terminals are in high voltage made of porcelain and in medium

to plug.

The report will also include the share of auxiliary services with a

transformer of 50 kVA, two racks of batteries and chargers-rectifiers in order to

ensure the performance of protections and communications in case of failure

supply, the distribution panels in AC and DC and finally the communication

panels. The remaining parts of the descripting report correspond with the

description of the grounding network, the cables to be used and the civil

engineering.

The document in turn is equipped with the planes defining the substation,

including location and situation, floor planes, elevations, grounding network,

pipes for the underground and single lines planes.

The chapter of calculations consists of three parts, the grounding network

to ensure the safety of people, the part corresponding to the calculations for the

section of the cables for power transformers and auxiliary services according to

the ITC-LAT 06 RD 223/2008 and last calculating the batteries necessaries

attending the consumptions of the protections and communications that must be

uninterrupted.

Finally, the last two chapters of the project correspond to a budget of the

total cost divided by chapters and the specifications for the GIS cells and the

execution of works when building the substation.

NDICE DEL PROYECTO

Documento n1 MEMORIA DESCRIPTIVA

Documento n2 CLCULOS

Documento n3 PLANOS

Documento n4 PLIEGO DE CONDICIONES

Documento n5 PRESUPUESTO

Documento n6 BIBLIOGRAFA

MEMORIA DESCRIPTIVA

ndice 1. INTRODUCCIN .............................................................................................................. 1

1.1. Diseo de la subestacin ........................................................................................... 2

1.2. Objetivos y motivacin .............................................................................................. 3

1.3. Conceptos bsicos....................................................................................................... 4

1.4. Estado de la tcnica. Introduccin a las subestaciones elctricas ........................ 4

1.5. Disposiciones bsicas ................................................................................................. 5

1.6. Clasificacin segn forma de construccin .......................................................... 11

1.7. Justificacin de eleccin GIS ................................................................................... 13

2. CARACTERSTICAS DE LA RED ELCTRICA .......................................................... 15

2.1. Red 132 kV ................................................................................................................. 15

2.2. Alta tensin 132 kV .................................................................................................. 15

2.3. Media tensin 15 kV................................................................................................. 15

3. CELDAS GIS 132 KV ........................................................................................................ 16

3.1. Descripcin general .................................................................................................. 16

3.2. Caractersticas generales ......................................................................................... 17

3.3. Descripcin de la aparamenta ................................................................................ 18

3.3.1. Interruptor de potencia .................................................................................... 18

3.3.2. Seccionador y seccionador de puesta a tierra combinado ......................... 21

3.3.3. Seccionador y seccionador de puesta a tierra rpido .................................. 22

3.3.4. Transformador de tensin ............................................................................... 23

3.3.5. Transformador de intensidad ......................................................................... 24

3.3.6. Terminal de cables ............................................................................................ 26

3.3.7. Armarios de control ......................................................................................... 27

3.4. Protecciones ............................................................................................................... 27

3.5. Tipos de celdas .......................................................................................................... 28

4. TRANSFORMADORES DE POTENCIA ...................................................................... 30

4.1. Caractersticas del transformador .......................................................................... 31

4.2. Arrollamientos .......................................................................................................... 33

4.3. Ncleo magntico ..................................................................................................... 33

4.4. Aceite .......................................................................................................................... 34

4.4.1. Caractersticas del aceite .................................................................................. 35

4.5. Depsito de expansin ............................................................................................ 35

4.6. Cuba ........................................................................................................................... 36

4.7. Ruedas y elementos de elevacin ........................................................................... 37

4.8. Vlvulas ..................................................................................................................... 38

4.9. Tornillera y juntas ................................................................................................... 38

4.10. Bornas ..................................................................................................................... 38

4.10.1. Caractersticas de las bornas de alta .............................................................. 39

4.10.2. Caractersticas de las bornas de baja ............................................................. 40

4.11. Cambiador de tomas ............................................................................................ 41

4.12. Buchholz, termmetro y rels de imagen trmica ........................................... 43

4.13. Cables ..................................................................................................................... 44

4.14. Refrigeracin ......................................................................................................... 45

4.15. Armarios ................................................................................................................ 45

4.16. Placas de Caractersticas ...................................................................................... 46

4.17. Pintura .................................................................................................................... 46

5. CELDAS GIS 24 KV.......................................................................................................... 48

5.1. Descripcin general .................................................................................................. 48

5.2. Caractersticas generales ......................................................................................... 49

5.3. Compartimentos ....................................................................................................... 50

5.3.1. Compartimento de interruptor de vaco ....................................................... 50

5.3.2. Compartimento de embarrado y seccionadores .......................................... 51

5.4. Descripcin de la aparamenta ................................................................................ 51

5.4.1. Interruptor de vaco ......................................................................................... 51

5.4.2. Seccionador de tres posiciones ....................................................................... 52

5.4.3. Transformador de tensin ............................................................................... 53

5.4.4. Transformador de intensidad ......................................................................... 54

5.4.5. Embarrado ......................................................................................................... 55

5.4.6. Control y proteccin ........................................................................................ 56

5.5. Protecciones ............................................................................................................... 57

5.6. Tipos de celdas .......................................................................................................... 57

6. RED DE TIERRAS ............................................................................................................ 59

7. CABLES AISLADOS ........................................................................................................ 62

7.1. Cables de 132 kV para transformador de potencia .............................................. 62

7.2. Cables de 15 kV para transformador de potencia ................................................ 63

7.3. Cables de 15 kV para transformador de servicios auxiliares ............................. 64

8. SERVICIOS AUXILIARES ............................................................................................... 66

8.1. Transformador de servicios auxiliares .................................................................. 66

8.2. Servicios auxiliares de corriente alterna ................................................................ 69

8.2.1. Cuadro general de corriente alterna .............................................................. 69

8.3. Alumbrado ................................................................................................................ 70

8.4. Servicios auxiliares de corriente continua ............................................................ 71

8.4.1. Cuadro general de corriente continua ........................................................... 71

8.4.2. Sistema de 125 Vdc ........................................................................................... 72

8.4.3. Sistema 48 Vdc .................................................................................................. 72

8.4.4. Bateria 125 Vdc ................................................................................................. 72

8.4.5. Cargador-rectificador de la batera ................................................................ 74

9. OBRA CIVIL ...................................................................................................................... 75

9.1. Movimiento de tierras ............................................................................................. 75

9.2. Drenajes ..................................................................................................................... 75

9.3. Accesos ....................................................................................................................... 75

9.4. Edificio de la subestacin ........................................................................................ 76

9.4.1. Descripcin general .......................................................................................... 76

9.4.2. Caractersticas constructivas ........................................................................... 76

9.4.3. Caractersticas de las salas .............................................................................. 77

9.4.4. Cerramiento....................................................................................................... 78

Escuela tcnica superior de ingeniera ICAI

Javier Cortizas Arnoso 1

1. INTRODUCCIN

La continua demanda de estacionamiento y servicios portuarios por parte

de los cargueros y de los buques petroleros transportistas de crudo han derivado

en el acuerdo para la construccin de un puerto exterior para la ciudad de A

Corua. Los problemas asociados con el poco espacio del puerto urbano de la

ciudad y de su poca posibilidad de operacin se resolvern con esta construccin.

El objetivo principal del proyecto que se describir en este documento es el de la

construccin de la subestacin blindada GIS que servir para abastecer toda la

potencia requerida para la operacin de gras de carga para los cargueros y los

servicios portuarios asociados con el transporte de crudo hasta la refinera de A

Corua.

El emplazamiento del proyecto ser el de Punta Langosteira, en el

municipio de Arteixo, A Corua. En la imagen inferior se puede apreciar la

planta del puerto exterior y la localizacin de la subestacin:

Ilustracin 1. Planta del puerto exterior en Punta Langosteira, A Corua

Ampliando la zona en rojo de la ilustracin 1 se puede situar el terreno

que ocupar la subestacin de forma aproximada, ya que las dimensiones reales

se especificarn en el apartado correspondiente a los planos:



Ilustracin 2. Ampliacin del puerto y espacio aproximado de la subestacin

1.1. Diseo de la subestacin

La parte del diseo fsico ser una parte de gran peso en el proyecto, se

debern escoger todos los equipos y aparamenta necesarios para el correcto

funcionamiento, que sean adecuados para las especificaciones de la subestacin

y de la red y que adems persigan todos los objetivos de los que se hablar a

continuacin. La distribucin de los mismos en la subestacin es crucial, lo que

se pretende con una subestacin tipo GIS es reducir el espacio y proporcionar

prestaciones de calidad. Dicho todo esto, el diseo del edificio final de la

subestacin ser el mostrado en la ilustracin 3:

Ilustracin 3. Aspecto fsico de la subestacin proyectada



Se puede observar el edificio donde estarn las celdas y los servicios

auxiliares con unas escaleras de acceso y una rampa integrada para descargar las

celdas. Estar rodeada de una valla con dos entradas, una para camiones y

personal y otra para camiones de descarga de transformadores, que no son otros

que los cubos representados en negro, rodeados de muros para la no propagacin

de incendio.

Como se ha mencionado antes todas las partes que la constituyen en

detalle y todas las dimensiones se hallan en el captulo correspondiente a los

planos.

1.2. Objetivos y motivacin

El objetivo primordial del proyecto es el de abastecer de energa el puerto

exterior y as satisfacer su demanda, mediante el diseo de una subestacin

transformadora a la que llegan 2 lneas de 132 kV desde la subestacin del

polgono industrial de Sabn, Arteixo. La tensin de salida ser de 15 kV y la

disposicin, que ser explicada con ms detalle en los siguientes apartados, ser

simple barra para alta tensin y simple barra partida para media tensin. La

subestacin estar dotada de dos transformadores de 45 MVA cada uno de ellos,

uno destinado a ser el principal y otro quedando como reserva. Esta

configuracin conferir una mayor fiabilidad al sistema, siendo ste otro de los

objetivos. El diseo se realizar de forma que el servicio sea lo ms continuo y

seguro posible.

Se perseguir tambin la viabilidad econmica de la instalacin. El

proyecto deber poder ser ejecutado en su totalidad y debe tener un presupuesto

razonable. Reducir los costes de la subestacin es un aspecto importante en este

sentido tambin, as que se tratar de que sea rentable lo antes posible y ofrezca

un servicio a largo plazo de calidad.



1.3. Conceptos bsicos

Lo primero que se debe saber acerca de una subestacin es en qu consiste.

Una subestacin es un sistema constituido por elementos elctricos, que forman

parte de las redes de alta tensin, con la misin de enlazar diferentes lneas en el

mismo nivel de tensin, as como tambin transformar la tensin de unos niveles

a otros, tanto reduciendo como elevando este nivel.

En el sistema elctrico actual, son elementos de suma importancia y no

cabe pensar en la no existencia de stas. Para entender los elementos que se

describirn posteriormente es necesario tener unos conceptos bsicos sobre ellos,

los ms importantes se pueden resumir en la siguiente lista:

Seccionador. Separacin fsica de las partes en tensin.

Interruptor. Proteccin contra defectos de la red, maniobras.

Transformador de intensidad. Proteccin y medida.

Transformador de tensin. Proteccin y medida.

Autovlvulas. Proteccin contra descargas.

En los siguientes apartados se explicarn los principales tipos y

disposiciones de las subestaciones, para afianzar los conocimientos bsicos que

se deben tener para la compresin del proyecto.

1.4. Estado de la tcnica. Introduccin a las subestaciones

elctricas

La primera subestacin elctrica surge aproximadamente hace unos 100

aos, lo cual ya da a entender que es una tecnologa relativamente experimentada

en cuanto a este contexto. Cuando ABB construy la primera, nunca se podra

haber adivinado la evolucin asombrosa que tendra debido a la importancia que

tienen para el sistema elctrico, son elementos esenciales y absolutamente

necesarios actualmente y no cabe la idea de pensar en un sistema sin su presencia,



ya sea bien una subestacin de transformacin, de maniobra o de rectificacin,

entre otras. En la poca de aquella primera subestacin los interruptores

presentaban un gran tamao y complicacin, eran elementos que requeran

mucho mantenimiento y supervisin. El ser este tipo de aparamenta clave en una

subestacin, gran parte del siglo XX se centr en su desarrollo y con ello, por

tanto, el de las subestaciones. Estos avances innovadores acabaron por ejemplo

en el surgimiento en 1960 de las subestaciones GIS, cruciales hoy en da, y de las

que se describirn con mucha atencin ya que este proyecto trata del diseo de

una de este tipo. Las innovaciones posteriores han dado lugar a los sistemas

actuales de control numrico y proteccin, provistos de numerosas funciones y

tareas, que se comunican con otros sistemas por medio de tecnologa digital.

Actualmente las compaas elctricas no tienen necesidad de contratar personal

que est de forma permanente en la subestacin, pudiendo operar con ella en

remoto.

1.5. Disposiciones bsicas

El trmino disposicin de una subestacin est referido a la forma en la

que estn conectados a ella sus elementos. En la eleccin del tipo ms adecuado

de subestacin para una aplicacin determinada, influyen muchos factores como

pueden ser el nivel de tensin, la capacidad de carga o las consideraciones

ambientales, por ejemplo. Es esencial el anlisis cuidadoso de los diferentes

esquemas de conexin, especialmente en el nivel de muy alta tensin, de lo cual

se pueden conseguir ahorros importantes mediante la eleccin del equipo. Al

seleccionar la disposicin del embarrado y de las conexiones de una subestacin,

hay que considerar diversos factores para satisfacer el sistema. Una subestacin

debe funcionar con regularidad, debe ser econmica, segura y lo ms sencilla

posible. Debe estar concebida de modo que permita un alto nivel de continuidad

en el servicio. Adems, debe prever su futura ampliacin y permitir un

funcionamiento flexible, con costes iniciales y finales reducidos. Hay que



disponer los medios necesarios para hacer el mantenimiento de las lneas,

interruptores y seccionadores sin interrupciones de servicio ni peligro para el

personal.

Las disposiciones ms comunes son las siguientes:

Simple barra

Ilustracin 4. Esquema unifilar disposicin simple barra

En esta disposicin todos los circuitos estn conectados a la misma barra.

Se puede destacar su gran sencillez de explotacin, la claridad fsica de la

instalacin y el coste reducido. Como inconveniente es tambin apropiado

sealar que para realizar la revisin y el mantenimiento debe dejarse fuera de

servicio la subestacin. En muchas ocasiones se suele aadir en el embarrado un

interruptor de acoplamiento, naciendo as una disposicin que no es ms que la

simple variacin de la simple barra, llamada de barra partida. Tiene la ventaja de

que se puede dejar una parte en servicio separando las fuentes alimentadoras

mientras se realizan labores de mantenimiento.



Simple barra con by-pass

Ilustracin 5. Esquema unifilar disposicin simple barra con by-pass

Se instala en simple barra, en paralelo con cada mdulo, un seccionador

llamado de by-pass. Esto permite que, en el caso de tener que realizar trabajos en

un interruptor, se puede dar servicio a la posicin afectada a travs del

seccionador de by-pass. Mientras el servicio est por by-pass la instalacin queda

sin protecciones, si ocurre una falta saltarn los interruptores de cabecera de las

lneas.

Simple barra con barra de transferencia

Ilustracin 6. Esquema unifilar disposicin simple barra con barra de transferencia

Consiste en aadir una barra de transferencia al esquema de barra nica.

Se aade un interruptor de enlace de barras para unir las barras principal y de

transferencia. Si en alguna ocasin se pone fuera de servicio la barra principal

por mantenimiento, no queda ningn interruptor de circuito para proteger los



circuitos de alimentacin. El fallo de cualquier interruptor o el fallo de la barra

principal puede dejar fuera de servicio a la subestacin. Las maniobras con el

sistema de barras principal y de transferencia pueden ocasionar errores del

operador, daos y posible parada. Es una instalacin de bajo coste y carece de los

altos grados de seguridad de servicio y flexibilidad requeridos actualmente por

el sistema elctrico.

Doble barra

Ilustracin 7. Esquema unifilar disposicin doble barra

Este esquema emplea dos barras principales y cada circuito posee dos

seccionadores de barras. Un interruptor de acoplamiento de barras conecta las

dos barras y cuando est cerrado permite transferir un circuito de una barra a la

otra manteniendo la tensin mediante el accionamiento de los seccionadores de

barras. Todos los circuitos pueden trabajar con la barra principal o la mitad de

los circuitos puede funcionar desde cualquier barra. Decir tambin que la

seguridad de servicio del esquema doble barra un interruptor es baja y por ello

esta disposicin no se emplea normalmente en subestaciones importantes.



Doble barra con by-pass

Ilustracin 8. Esquema unifilar disposicin doble barra con by-pass

Consta de un doble juego de barras con un by-pass en las posiciones de

lnea o de transformador, que puede alimentarse en cualquiera de las dos.

Presenta las ventajas apuntadas en los esquemas anteriores: reparto de

cargas, flexibilidad en las maniobras; lo que permite asegurar el servicio. Por el

contrario, su montaje es ms costoso y complicado.

Doble barra con barra de transferencia

Ilustracin 9. Esquema unifilar disposicin doble barra con barra de transferencia

Este tipo de embarrado dispone de un doble juego de barras donde se

conectan las lneas y transformadores, y los de by-pass lo hacen a otra barra



llamada de transferencia. El mdulo de acoplamiento sirve para unir

elctricamente la barra de transferencia con cualquiera de las otras dos. El

concepto es el mismo que en el de simple barra con barra de transferencia.

Este tipo de barras tiene las ventajas apuntadas en los tipos anteriores,

pero presenta el inconveniente de que las maniobras son ms complicadas.

Interruptor y medio

Ilustracin 10. Esquema unifilar disposicin interruptor y medio

Esta disposicin es una de las ms importantes y de las que ms se utilizan

tambin. Tiene tres interruptores en serie entre las barras principales. Dos

circuitos estn conectados entre los tres interruptores, de aqu el nombre de

interruptor y medio. Si falla el interruptor de enlace quedar otro circuito fuera

de servicio, pero no se producir la prdida adicional de un circuito si el disparo

de una lnea incluye el fallo de un interruptor de barra.

Cualquiera de las dos barras puede quedar fuera de servicio en cualquier

momento sin interrumpir el servicio. Con los generadores colocados enfrente de

los centros de consumo, se puede trabajar con ambas barras fuera de servicio.



1.6. Clasificacin segn forma de construccin

Las subestaciones se pueden clasificar de igual manera de acuerdo a la

forma en la que estn construidas. Se describirn los tres principales tipos, pero

centrndose en las aisladas en gas, objeto de este proyecto, y son las

subestaciones AIS (Air Insulated Switchgear), HIS (Hybrid Integrated

Switchgear) y GIS (Gas Insulated Switchgear).

AIS (Air Insulated Switchgear)

Las subestaciones aisladas en aire o de tipo AIS son las ms tradicionales

en cuanto a su forma constructiva. Apenas han notado cambios en su distribucin

a lo largo de los aos y siguen siendo una opcin muy rentable si el

emplazamiento se encuentra alejado y poco visible hacia la poblacin. Son las

que ocupan ms espacio de los tres tipos aqu descritos, pero tambin las que

menos costes deben cubrir a corto plazo. En la actualidad los tipos HIS y GIS

estn desplazando cada vez ms a las AIS en nuevos proyectos debido a sus

ventajas, puesto que como se acaba de decir ocupan mucha superficie, requieren

ms mantenimiento y el impacto visual asociado y muy grande.

Ilustracin 11. Subestacin tradicional de intemperie aislada en aire, tipo AIS



HIS (Hybrid Insulated Switchgear)

Las HIS, son subestaciones aisladas en gas para interior y tambin para

instalacin en intemperie, ocupan menos de la mitad del espacio que requiere

una subestacin comparable aislada en aire. Gracias a la configuracin HIS, el

interruptor de potencia, los seccionadores, las cuchillas de tierra y los

transformadores estn dispuestos de modo compacto en envolventes estancas de

gas, lo que reduce notablemente el tamao de la instalacin. Esto permite

afrontar las exigencias impuestas a la subestacin sin necesidad de ampliar la

superficie y espacio disponible existente.

GIS (Gas Insulated Switchgear)

Este tipo de subestacin es el ms utilizado hoy en da para

emplazamientos urbanos, que requieran mayor seguridad y fiabilidad, y en los

que preservar el impacto visual resulta de vital importancia. El gas utilizado para

proporcionar aislamiento es el hexafloruro de azufre SF6. Entre las ventajas que

se pueden citar con respecto a los dos anteriores tipos se encuentran:

Ilustracin 12. Fotografa tomada de una subestacin tipo HIS



Reduccin de tamao en un 70% aproximadamente

Mnimo impacto ambiental

Menor tasa de fallos, y en consecuencia aumento de la fiabilidad

Aumento de la seguridad frente a intrusismo y vandalismo

Escasa necesidad de mantenimiento

Mayor vida til

Por estas razones queda clara la justificacin de su uso en ciudades y zonas

urbanas donde el precio del suelo es muy caro y la necesidad de cuidar el impacto

visual y ambiental es primordial. En la siguiente imagen se puede apreciar la

estructura de una GIS tpica:

Ilustracin 13. Subestacin tipo GIS aislada en SF6

1.7. Justificacin de eleccin GIS

En el caso del proyecto de esta subestacin, como se ha mencionado, el

tipo de subestacin ser GIS, conllevando todas sus ventajas, necesarias todas

ellas pero destacando la del ahorro de espacio, puesto que el puerto tendr unas

dimensiones limitadas maximizando sus servicios.



La decisin de la configuracin simple barra para alta tensin radica en su

sencillez de operacin y mantenimiento y gran fiabilidad, como se ha explicado

anteriormente. No se necesitarn ms que cuatro celdas en esta tensin, as que

es la decisin ms acertada. El caso de barra partida para media tensin se

justifica con la instalacin de ocho posiciones de lnea ms dos futuras, las dos de

transformadores ms el citado acoplamiento, que facilitar en gran medida la

operacin pudiendo operar con una mitad u otra en caso de falta.



2. CARACTERSTICAS DE LA RED ELCTRICA

2.1. Red 132 kV

Potencia de cortocircuito

= 2000

Tensin corta duracin

= 275

Tensin tipo rayo

= 650

2.2. Alta tensin 132 kV

Intensidad de cortocircuito

= 31,5

Intensidad nominal de las lneas

= 1250

Intensidad nominal de barras

= 2500

2.3. Media tensin 15 kV

Intensidad de cortocircuito

= 25

Intensidad nominal de lneas de salida de media tensin

= 1250

Intensidad nominal de barras

= 2000



3. CELDAS GIS 132 KV

3.1. Descripcin general

Las celdas de alta tensin aisladas en gas SF6 que se usarn sern las del tipo

ELK-04, homologadas por la compaa Asea Brown Boveri (ABB).

La eleccin de este modelo, adems de porque su diseo es el ms

apropiado para las caractersticas de la red de transporte, se debe a su alta

eficiencia energtica, a su requerimiento mnimo de espacio, a su alto nivel de

seguridad y fiabilidad, a su alta calidad de servicio y a su adecuacin para un

ambiente salino.

La subestacin ELK-04 se construir combinando distintos mdulos de

equipos con un envolvente trifsico, lo que permite un fcil transporte y sencilla

instalacin.

El esquema final de las celdas de alta tensin ser semejante al de la

siguiente imagen, tomada del catlogo de ABB:

Ilustracin 14. Seccin de celda de ELK 04 en disposicin simple barra

El color amarillo de la ilustracin 14 se corresponde con las partes de las

celdas que estarn conteniendo el gas SF6, en rojo los elementos en tensin y en

1

2

1

3

1

4

1

5

1 1

1 6

1

7

1



azul los que, por el contrario, no estn en tensin. La combinacin de los mdulos

ser descrita en los apartados siguientes, siendo stos los siguientes,

correspondindose con la imagen superior:

1. Seccionador de puesta a tierra y barra con seccionador combinados

2. Interruptor de potencia

3. Transformador de intensidad

4. Transformador de tensin

5. Seccionador de puesta a tierra rpido

6. Terminal de cables

7. Armario de control

3.2. Caractersticas generales

Las caractersticas asignadas a la aparamenta de alta tensin son las que

se citan a continuacin:

Tensin nominal .................................................................................................. 145 kV

Frecuencia nominal ............................................................................................... 50 Hz

Tensin de prueba a impulso de rayo .............................................................. 650 kV

Sobre distancia de seccionamiento ........................................................ 750 kV

Tensin de prueba a frecuencia industrial ....................................................... 275 kV

Sobre distancia de seccionamiento ........................................................ 315 kV

Corriente nominal ................................................................................................ 1250 A

Corriente nominal de embarrado ...................................................................... 2500 A

Corriente de impulso ............................................................................................ 80 kA

Corriente de corta duracin .............................................................................. 31,5 kA

Presin mnima del gas de aislamiento a 20C ........................................ 520/600 kPa



Presin mnima del gas de extincin a 20C ............................................ 600/630 kPa

Temperatura ambiente mnima permitida ......................................................... -30C

Temperatura ambiente mxima permitida .......................................................... 40C

Tipo de instalacin ............................................................................................. Interior

Dimensiones ............................................................................. 1000 x 3600 x 2700 mm

3.3. Descripcin de la aparamenta

3.3.1. Interruptor de potencia

El interruptor de potencia es el elemento ms importante de cada celda GIS

de la subestacin. Para un suministro fiable de energa elctrica es imprescindible

su correcto funcionamiento. El interruptor de potencia que se emplear

garantiza, mediante un accionamiento hidromecnico, la fiabilidad y seguridad

requerida. Poseen una cmara de extincin basada en el principio de autosoplado

con una cmara de interrupcin por polo. sta se caracteriza por constar de una

cmara de compresin y otra de calentamiento, radicando ah la diferencia con

una de soplado convencional. El gas es comprimido en la cmara de compresin

durante la operacin de apertura. Mediante un soplo de chorro de gas

comprimido se extinguir el arco provocado por interrupciones de corrientes de

operacin. La aparicin del arco de cortocircuito, en cambio, provocar un

aumento de presin y de temperatura en la cmara de calentamiento del

interruptor. La presin adicional en esta cmara es suficiente para que se extinga

el arco, no siendo necesario un trabajo de compresin de gas.

Mediante el accionamiento hidromecnico se consigue un menor desgaste

mecnico del interruptor, lo cual conlleva como es lgico un menor

mantenimiento y ahorro de costes. El almacenamiento de energa es por medio

de un resorte de disco. A continuacin se explicar el modo de funcionamiento y

las fases de actuacin del accionamiento hidromecnico del interruptor:



A. Posicin abierta, resorte no tensado

La columna de resortes de disco permanece en su posicin de reposo, sin

almacenar energa. Mediante interruptores auxiliares de carga la tensin es

controlada en todo momento. Igualmente, se supervisa la funcin del

accionamiento por medio de la recarga ocasional de la bomba hidrulica.

Ilustracin 15. Estado de posicin abierta con el resorte sin tensar

B. Posicin abierta, resorte tensado

El pistn de operacin (1) acta de acuerdo al principio del pistn

diferencial. Con la actuacin del pistn de operacin se garantiza una fuerza de

detencin, al igual que en el caso del pistn de conmutacin (2) del mdulo de

control con las bobinas de cierre y apertura. Energizando la bomba hidrulica se

consigue que se comprima el resorte de disco y dejando el volumen debajo del

pistn de almacenamiento (3) como volumen de almacenamiento de aceite. ste

es el que acta a su vez sobre el lado de la varilla del pistn y la vlvula del pistn

del mdulo de control. En el momento en el que la compresin ha finalizado la

alimentacin del motor es interrumpida.



Ilustracin 16. Estado de posicin abierta con el resorte tensado

C. Posicin cerrada, resorte tensado

Con la activacin de la bobina de cierre el pistn de control cambia de

posicin al instante, derivando en el movimiento del pistn de operacin a la

posicin de cierre tambin. La varilla del pistn volver a su posicin abierta

cuando la bobina de apertura sea activada.

Ilustracin17. Estado de posicin cerrada con el resorte tensado

1

2

3



3.3.2. Seccionador y seccionador de puesta a tierra combinado

La funcin del seccionador es la de aislar un tramo de cortocircuito. La

maniobra ser entonces en vaco, ya que los circuitos que asla no tienen

circulacin de corriente. Al contrario que en una subestacin tipo AIS, el

seccionador no aislar de forma visible, aunque en el armario de control de la

celda se podr ver su situacin instantnea. Cada celda estar dotada de dos

seccionadores, uno a la entrada de barras y otro a la salida de la celda. La

diferencia entre ellos radica en el nmero de bridas, pero la funcin que cumplen

es exactamente la misma y su accionamiento y forma de maniobra tambin. El

mdulo es combinado ya que est dotado de un seccionador y de otro con la

diferencia de estar puesto a tierra. Ello permite que el seccionador de la posicin

de barras seccione y ejecute la puesta a tierra segura del interruptor de potencia

asociado. Esto ltimo se puede aplicar perfectamente para el de salida, como se

ha mencionado anteriormente. El seccionador combinado de salida permite,

debido a su forma constructiva, la instalacin en la parte superior del

transformador de tensin, ahorrando as espacio, objetivo fundamental de las

celdas GIS de alta tensin.

El accionamiento del seccionador garantiza operaciones seguras y

confiables. Consta de una manivela para realizar la operacin manualmente sin

ser necesaria la apertura del accionamiento ni complicaciones. En la siguiente

imagen se puede apreciar con detalle el esquema de la seccin del seccionador de

barras y de salida de lneas:



Ilustracin 18. Detalle del interior de los seccionadores combinados

1. Seccionador de tres posiciones

2. Contacto del seccionador

3. Contacto del seccionador de puesta a tierra

4. Aislador de compartimentacin

5. Aislador soporte

3.3.3. Seccionador y seccionador de puesta a tierra rpido

La principal diferencia entre un seccionador convencional como los que se

acaban de describir es que el de tipo de puesta a tierra rpido puede operar, de

forma segura, toda la corriente de cortocircuito, para el caso 31,5 kA. El mtodo

de accionamiento es por resorte, asegurando una operacin de los tres contactos

eficiente en poco tiempo. Al igual que en el seccionador convencional el mdulo

podr ser operado de forma manual por medio de una manivela. En la imagen

18 se puede observar que la posicin del seccionador de puesta a tierra rpido es

en la parte trasera del mdulo. Podra ser colocado en el lado de la barra

igualmente pero se eligi de esta manera para el ahorro de espacio de la celda en

la parte frontal, una mayor sencillez de operacin y simplificacin de esta parte.

1 1

2

2 3

3

4

4

5



3.3.4. Transformador de tensin

El transformador de tensin se encarga de recopilar informacin acerca de

la tensin que hay para posteriormente ser utilizada tanto por las protecciones

como por los trabajadores que requieran de esta informacin. El mdulo de

transformador de tensin ser instalado como se ha mencionado en la parte

superior del mdulo de seccionador combinado de la posicin de salida,

utilizando as solamente espacio de altura y no de ancho o profundidad, lo cual

es idneo, ya que es uno de los elementos ms aparatosos de la celda. Los

transformadores de tensin que se utilizarn sern monofsicos con tres

secundarios, de tipo inductivo y con aislamiento laminado en SF6. Estarn

dotados tambin de un dispositivo de desconexin y, como refuerzo de

seguridad y operacin, por un accionamiento manual.

Las caractersticas de los transformadores de tensin inductivos sern las

siguientes:

Relacin de transformacin nominal ....................132:3/0.11:3-0.11:3-0.11:3 kV

Potencias y clases de precisin

1 Secundario:

Potencia ........................................................................................... 25 VA

Precisin .......................................................................................... Cl. 0.2

2 Secundario:

Potencia ........................................................................................... 25 VA

Precisin .................................................................................... Cl. 0.5-3P

3 Secundario:

Potencia ......................................................................................... 100 VA

Precisin .......................................................................................... Cl. 3P



Sobretensin admisible en permanencia ........................................................... 1,2 Un

Sobretensin admisible durante 30s .................................................................. 1,5 Un

Tensin de ensayo a frecuencia industrial ....................................................... 275 kV

Tensin de ensayo con onda de choque ........................................................... 650 kV

3.3.5. Transformador de intensidad

La misin del transformador de intensidad, al igual que en el caso del

transformador de tensin, es la de realizar medidas de intensidad para ser

utilizada posteriormente por las protecciones y displays de control que la

requieran. Estn integrados en las bridas de salida del interruptor de potencia.

Son inductivos, toroidales y aislados en SF6.

Se pueden distinguir dos tipos de transformadores de intensidad,

dependiendo de la celda de la que formen parte: el primero pertenece a la

posicin de los transformadores de potencia y el segundo a la de lneas. Se debe

tener en cuenta que el arrollamiento primero ser destinado a medida y los dos

restantes a proteccin.

Las caractersticas de los transformadores de intensidad se muestran a

continuacin:

Posicin transformador de potencia

Intensidad nominal primaria ............................................................................... 250 A

Intensidades nominales secundarias ................................................................ 5-5-5 A


1 Arrollamiento:

Potencia ........................................................................................... 15 VA

Precisin ............................................................................................. 0.2S



2 Arrollamiento:

Potencia ........................................................................................... 15 VA

Precisin ............................................................................................ 5P20

3 Arrollamiento:

Potencia ........................................................................................... 15 VA

Precisin ............................................................................................ 5P20

Mayor valor admisible del factor de seguridad ......................................................... 5

Intensidad lmite dinmica................................................................................. 100 kA

Intensidad lmite trmica durante 1s ................................................................ >40 kA

Intensidad lmite trmica nominal ..................................................................... 1,2 Un

Posicin lneas

Intensidad nominal primaria .................................................................... 1250-2500 A

Intensidades nominales secundarias ................................................................ 5-5-5 A


1 Arrollamiento:

Potencia ........................................................................................... 10 VA

Precisin ............................................................................................. 0.2S

2 Arrollamiento:

Potencia ........................................................................................... 50 VA

Precisin ............................................................................................ 5P20



3 Arrollamiento:

Potencia ........................................................................................... 50 VA

Precisin ............................................................................................ 5P20

Mayor valor admisible del factor de seguridad ......................................................... 5

Intensidad lmite dinmica................................................................................. 100 kA

Intensidad lmite trmica durante 1s ................................................................ >40 kA

Intensidad lmite trmica nominal ..................................................................... 1,2 Un

3.3.6. Terminal de cables

Los terminales de cables son los mdulos de transicin entre la celda

aislada en el hexafluoruro de azufre dentro del blindaje con los otros elementos

aislados por otro medio, como puede ser aire o lquido. El mdulo permitir la

conexin de cables (XLPE) de tipo tripolar por medio de botellas terminales

enchufables. En el caso de que en un futuro se valorase cambiar el tipo de cable

no sera necesario cambiar igualmente este mdulo, gracias a su compatibilidad.

En la siguiente imagen se puede observar el aspecto que tendr el terminal de

cables, si bien en la subestacin no sern visibles los cables, ya que irn dispuestos

en canales por debajo del suelo, como se describir ms adelante.

Ilustracin 19. Aspecto fsico del terminal de cables de la ELK-04



3.3.7. Armarios de control

Los armarios de control cumplirn la funcin de incorporar todos los

elementos auxiliares que garanticen el control de mando, enclavamientos,

notificacin de eventos mediante equipos de medida as como tambin albergar

las protecciones, posteriormente descritas, que, como su nombre indica,

protegern los distintos elementos de la subestacin, en este caso embarrado,

transformadores y lneas. Los indicadores de posicin de la aparamenta de corte

estarn dispuestos segn esquema unifilar. Los armarios irn empotrados en la

celda, tal y como la imagen 14 refleja.

3.4. Protecciones

A continuacin pasarn a explicarse las protecciones de las que sern

dotados los citados armarios, con el cdigo ANSI asociado correspondiente:

Posicin lneas

Proteccin GE D60

Proteccin de distancia (21P, 21G)

Proteccin AREVA MiCOM P127

Proteccin de sobreintensidad (50P, 50N)

Proteccin direccional de neutro (67N)

Posicin transformadores de potencia

Proteccin GE Multilin 745

Proteccin diferencial (87, 87TG)

Proteccin AREVA MiCOM P127

Proteccin de cuba (50)

Proteccin de sobreintensidad (50P, 50N)



Posicin de barras

Proteccin ABB REB670

Proteccin diferencial de barras (87B)

Proteccin de fallo de interruptor (50BF)

Proteccin GE Multilin B30

Proteccin cada de tensin (27P)

3.5. Tipos de celdas

Pasarn a describirse ahora los elementos que incorporarn cada una de

las cuatro celdas que formarn la parte GIS de la subestacin de 132 kV que se

acaba de describir. Las distintas posiciones estarn por tanto formadas por:

Celda de lnea (2x)

-Un tramo de barras con envolvente tripolar

-Dos seccionadores y de puesta a tierra combinados

-Un interruptor automtico

-Un seccionador rpido de puesta a tierra

-Tres transformadores de tensin

-Tres transformadores de intensidad

-Un terminal de cables

-Un armario de control



Celda de transformador (2x)

- Un tramo de barras con envolvente tripolar

-Dos seccionadores y de puesta a tierra combinados

-Un interruptor automtico

-Un seccionador rpido de puesta a tierra

-Tres transformadores de tensin

-Tres transformadores de intensidad

-Un terminal de cables

-Un armario de control



4. TRANSFORMADORES DE POTENCIA

En este captulo se resumirn las caractersticas y especificaciones de los

transformadores de la subestacin. Los dos transformadores sern iguales, de

modo que la descripcin es la misma.

El modelo de transformador de potencia elegido es el de la potencia

correspondiente a 45 MVA del fabricante EFACEC.

El transformador ser trifsico, con arrollamientos sumergidos en aceite

mineral, y diseado para servicio exterior, si bien podr emplearse en

instalaciones de interior, por ejemplo en el caso de que se quiera hacer un

cerramiento en un futuro.

El diseo elctrico del transformador se realizar conforme a la norma

UNE-EN 60076-3 y cumplir con las tolerancias indicadas en la norma UNE-EN

60076-1, respecto a los parmetros de:

-Prdidas totales

-Prdidas parciales

-Relacin de transformacin

-Impedancia de cortocircuito (entre primario-secundario en tomas 1, 11 y

21).

-Corriente de vaco.

El transformador ser diseado ante cortocircuito externo segn la norma

UNE-EN 60076-5 garantizando, en cualquier caso la funcionalidad prevista, tanto

a efectos dinmicos como trmicos durante los diferentes tipos de cortocircuito y

duracin para cada uno de los arrollamientos del transformador.



En el siguiente captulo se explicarn las caractersticas de la mquina, si

bien en los sucesivos sus partes y su correspondiente descripcin.

4.1. Caractersticas del transformador

Potencia asignada en servicio continuo .......................................................... 45 MVA

Tensin asignada alta .......................................................................................... 132 kV

Tensin asignada baja ........................................................................................... 15 kV

Tensin mxima de servicio alta ....................................................................... 145 kV

Tensin mxima de servicio baja ...................................................................... 17,5 kV

Potencia de cortocircuito en red alta a tensin nominal .......................... 7200 MVA

Potencia de cortocircuito en red baja a tensin nominal ........................... 650 MVA

Disposicin del neutro en red de alta .............................................................. A tierra

Disposicin del neutro en red de baja ............................................................. A tierra

Grupo de conexin .............................................................................................. YNyn0

Tensin de cortocircuito a 75C (45 MVA, 136/15 kV) ........................................ 11%

Tensin de cortocircuito homopolar a 75C (45 MVA, 136/15 kV) ................... 5,1%

Aptitud ante cortocircuito

Duracin ............................................................................................................. 2s

Factor de cresta ............................................................................................... 2,55

Conexin de neutros ................................................................... Rgido a tierra

Intensin simtrica de cortocircuito (secundario) ................................. 25 kA

Tensin asignada en vaco

Arrollamiento AT .................................................................. 136 10x1,632 kV



Arrollamiento BT ....................................................................................... 15 kV

Cambiador de tomas en carga

Tipo de regulacin ................................................ Flujo y potencia constantes

Sistema de regulacin............................................................................ Inversor

Punto de regulacin .......................................................... Borne de neutro AT

Tipo de refrigeracin ........................................................................................... ONAN

Temperatura ambiente mxima ............................................................................ 40C

Temperatura ambiente mnima ............................................................................ -25C

Temperatura media mxima (24 horas) ............................................................... 35C

Calentamiento medio en los arrollamientos ........................................................ 65C

Calentamiento mximo en los arrollamientos, 100% carga ............................... 78C

Calentamiento mximo en el aceite ...................................................................... 60C

Humedad relativa mxima ................................................................... 100 % (a 25C)

Temperatura ambiente mxima ............................................................................ 40C

Prdidas

Prdidas en vaco al 100% / 110% de Un ........................................ 20 / 32 kW

Prdidas por carga en las posiciones 1,11 y 21 (75 C) ... 133 / 136 / 168 kW

Ruido ......................................................................................................................



Alto ..........................................................................................................5500 mm

Masa total (con aceite) ...................................................................................... 58000 kg

4.2. Arrollamientos

Los arrollamientos sern de conductores de cobre electroltico, exentos de

impurezas, aislados con papel, y sin soldaduras. Los materiales empleados

insolubles y qumicamente inactivos en bao de aceite caliente. Las bobinas y el

ncleo, completamente ensamblados, se secaron al vaco e inmediatamente

despus se impregnaron de aceite dielctrico para asegurar as la eliminacin de

humedad y aire de los materiales aislantes y garantizar unas condiciones ptimas

de stos.

4.3. Ncleo magntico

El transformador trifsico de potencia ser de ncleo de tres columnas. Su

construccin reducir al mnimo las corrientes parsitas. Se fabricar mediante

chapas de acero al silicio de grano orientado, de bajas prdidas por histresis y

alta permeabilidad magntica. Cada chapa deber cubrirse de material aislante

resistente al aceite caliente, estando exentas de impurezas y perfectamente

aplanadas.

Las chapas magnticas se montarn de manera que existan en el ncleo

amplios conductos de enfriamiento para eliminar puntos calientes, y que se

obtengan una distribucin uniforme y simtrica del campo magntico.

Las columnas se prensarn fuertemente por medio de bloqueos y pernos

pasantes aislados.

Las culatas, a su vez, se bloquearn por medio de perfiles de acero y

sistemas de tirantes y pernos aislados.



El armazn que soporta el ncleo ser una estructura reforzada que

presente una resistencia mecnica adecuada y no deformaciones permanentes en

ninguna de sus partes; ser construido de tal manera que quede firmemente

sujeto a la cuba en ocho puntos tanto en la parte superior como en la inferior.

La estructura de sujecin, al igual que las chapas, se realizar de modo que

se reduzcan al mnimo las corrientes parsitas.

El transformador tendr asas de izado para que pueda ser levantado el

ncleo con los arrollamientos.

Un aadido al diseo es que se minimizan al mximo las vibraciones de

la mquina una vez puesta en servicio bajo cualquier condicin de operacin.

La conexin a tierra del ncleo magntico, para evitar acumulaciones de

cargas electrostticas, ser accesible desde el exterior mediante borna pasatapas.

El sistema permitir tanto la conexin equipotencial a la tapa del transformador,

como la posibilidad de conexin externa a la red de tierras de la subestacin, que

ser fcilmente retirable para hacer pruebas.

4.4. Aceite

El aceite mineral que se usar ser REPSOL TENSION, siendo compatible

tambin el del tipo ELECTRA B.

El aceite ser de tipo parafnico o naftnico, y cumple los requisitos

impuestos por la norma UNE-EN 60296. En su composicin qumica no contiene

sustancias inhibidoras, de acuerdo a lo establecido en la norma anterior.

La cantidad de aceite a suministrar contemplar el aceite necesario para el

transformador, incluyendo cuba, depsito de expansin, equipo de refrigeracin,

aisladores pasantes ms una reserva de aproximadamente un cinco por ciento

del volumen neto de aceite.



El aceite ser suministrado con el transformador y envasado

separadamente en tambores de acero hermticamente cerrados.

4.4.1. Caractersticas del aceite

Las caractersticas del aceite Repsol Tensin Centauro son las siguientes:

Viscosidad cinemtica a 40C .............................................................................. 9,6 cSt

Viscosidad cinemtica a -30C ........................................................................... 950 cSt

Densidad a 20C ............................................................................................ 0,871 g/mL

Punto de inflamacin, mn ................................................................................... 135C

Punto de congelacin, mx.................................................................................... -40C

Rigidez dielctrica, sin tratar, mn ...................................................................... 30 kV

Factor de prdidas dielctricas a 90C, mx ........................................................ 0,005

Tensin interfacial, mn .................................................................................. 40 mN/m

Oxidacin, barros ................................................................................. 0,8% peso (mx)

Oxidacin, factor de prdidas dielctricas a 90C ....................................... 0,5 (mx)

Oxidacin, acidez total ................................................................ 1,2 mg KOH/g (mx)

4.5. Depsito de expansin

El depsito de expansin ser libre con desecadores e ir preferentemente

sujeto con mnsulas a la cuba del transformador, sobre tapa, con objeto de

minimizar la superficie ocupada en planta. Estar preparado para pleno vaco.

La capacidad del depsito conservador ser tal, que el nivel de aceite, en

ningn caso, desciende por debajo del nivel de los flotadores del rel Buchholz,

descrito posteriormente. De la misma forma, permitir la sobrecarga establecida

por la norma UNE 20110 sin derramar aceite a travs del conservador.



El depsito tendr dos secciones independientes y estancas entre s,

correspondientes a la cuba del transformador, cambiador de tomas en carga.

Cada seccin tendr un tapn de llenado, una vlvula de vaciado, una vlvula

de separacin de la cuba y el depsito correspondiente, un indicador de nivel

magntico con dos contactos de alarma (nivel 1) y dos contactos de alarma (nivel

2), ambos por mnimo nivel de aceite, as como un indicador de nivel ptico.

Cada recinto independiente en el depsito conservador, dispondr de un

desecador de aire con silicagel; uno para el depsito de la cuba, uno para las cajas

adaptadoras de aceite, y otro para el depsito del cambiador de tomas. Todos

ellos incorporarn mirilla de cristal alargada que permita ver todo su contenido.

4.6. Cuba

La cuba del transformador ser construida con chapas de acero de bajo

porcentaje de carbono, adecuado para soldarse y reforzada con perfiles de acero.

La cuba formar un cuerpo nico, al cual se atornillar la tapa. Las juntas de las

chapas sern a prueba de aceite caliente. La cuba evitar la formacin de

depsitos de agua sobre la superficie externa, y posibilitar que las burbujas de

gas y aire se dirijan hacia el rel Buchholz.

En el interior de la caja irn las guas para mantener el ncleo, con sus

arrollamientos, en la justa direccin al ser introducido o extrado.

Entre el ncleo arrollado y el fondo de la caja, habr espacio suficiente para

recoger los sedimentos.

Todas las bridas, juntas, argollas de montaje, etc., y otras partes fijadas al

tanque estarn tambin unidas por soldadura.

Se usarn vlvulas de sobrepresin, garantizando la coordinacin de

actuacin, de acuerdo al tarado de las mismas, tanto a presin como a gradiente

de presin, y considerando tanto su nmero y ubicacin. Las vlvulas abrirn



ante cualquier sobrepresin interna mayor de su presin de tarado causada por

perturbaciones internas y se volvern a cerrar despus de haber actuado. La

marca de las vlvulas ser del fabricante QUALITROL, con cuatro contactos de

actuacin, para sealizacin de alarma. Asimismo incorporar un sistema

deflector con canalizacin de aceite hacia el foso del transformador en el caso de

actuacin de las vlvulas de alivio de proteccin de la cuba.

La cuba vendr preparada con un mnimo de dos terminales para la puesta

a tierra, ubicados en dos extremos opuestos de la parte inferior de la misma, y

preparados para conductor de cobre de seccin de hasta 185 mm. La grapa

suministrada permitir asimismo la conexin de cable de tierra en forma de

bucle.

4.7. Ruedas y elementos de elevacin

El transformador llevar ruedas de transporte de acero forjado, con

pestaas delgadas orientables en las dos direcciones. Est diseado de forma que

el ancho de va (entre caras internas de ral) sea fcilmente intercambiable entre

1.674 mm y 1.930 mm Las ruedas tendrn dispositivo de bloqueo y los tandem

sern pivotantes.

El transformador apoyar sobre la bancada de hormign realizada en dos

secciones transversales al transformador, simtricas respecto al centro de estos

apoyos o ruedas.

La base de la cuba est construida de forma tal que el centro de gravedad

del transformador, con aceite, no cae fuera de los elementos de sustentacin de

la cuba cuando el transformador se inclina 15 respecto al plano horizontal.

Se dispondrn ganchos de elevacin del transformador completo, anillas

de desencubado y arrastre. Igualmente se dispondrn soportes para apoyo de

gatos hidrulicos.



4.8. Vlvulas

El transformador dispondr de las siguientes vlvulas:

-Dos vlvulas de filtrado en lados opuestos de la cuba y parte superior e

inferior. Las vlvulas de filtrado proporcionan un caudal mnimo de 12.000 l/hora

y dimetro nominal DN80.

-Dos vlvulas para toma de muestras de aceite con conexionado rpido,

en altura media e inferior de la cuba.

-Una vlvula para vaciado total en la parte inferior de la cuba, de dimetro

nominal DN80.

Las vlvulas sern de tipo bola.

Las vlvulas de aislamiento de cuba y radiadores sern independientes y

no estarn soldadas ni a la cuba. Llevarn indicacin de abierto o cerrado.

4.9. Tornillera y juntas

Toda la tornillera ser de acero inoxidable. Los tornillos del cierre de la

tapa tendrn arandelas de presin en la parte inferior del mismo. Se emplear

doble junta continua en tapa, registros, vlvulas, etc

El tipo de material que se utilizar en las juntas es neopreno.

4.10. Bornas

Las bornas sern convencionales y todos los aisladores pasatapas estancos

a los gases y al aceite.

Las bornas pertenecientes al primario y secundario, para fase, sern

idnticas entre s respectivamente, independientemente de que en alguna de ellas

vaya alojado un transformador de intensidad. Las del neutro, en cambio, son



diferentes. Esto conlleva la existencia de una borna distinta para cada tipo en

caso de requerir repuestos, como es lgico.

El marcado de los bornes y tomas se realizar siguiendo las

recomendaciones de la norma UNE 20158.

La tapa del transformador llevar placas de identificacin de bornas con

la siguiente notacin:

Terminales de primario:

1U, 1V,1W, 1N

Terminales de secundario:

2U,2V,2W,2N

La ubicacin de las bornas ser tal que mirando desde el lado A.T., y de

izquierda a derecha, se encuentren las bornas identificadas como 1U,1V y 1W.

Para el devanado secundario, a su vez, 2W,2V y 2U.

Se indican a continuacin las caractersticas de las bornas convencionales

del lado de alta del transformador:

4.10.1. Caractersticas de las bornas de alta

Fases alta tensin

Nmero de bornas y tensin ms elevada ...................................... 3 / 145 kV

Tipo de borna ............................................................................... Convencional

Fabricante y modelo .................................................................... ABB/GOB 650

Material de la borna ............................................................................ Porcelana

Lnea de fuga especfica/Total .................................... 28,1 mm/kV / 4080 mm



Neutro de alta tensin

Nmero de bornas y tensin ms elevada ........................................ 1 / 52 kV

Tipo de borna ............................................................................... Convencional

Fabricante y modelo .................................................................... ABB/GOB 250

Material de la borna ............................................................................ Porcelana

Lnea de fuga especfica/Total .................................... 28,8 mm/kV / 1500 mm

Como se puede observar son bornas convencionales tipo aceite-aire,

estarn situadas sobre tapa, y diseadas de forma que dichas bornas puedan

sustituirse fcilmente por enchufables.

El aislador externo de las bornas (pasatapas) del transformador ser de un

slo cuerpo.

Sern de tipo condensador, con toma de muestras de aceite, indicacin de

nivel de aceite observable desde el suelo y toma capacitiva de pruebas accesible.

La toma capacitiva de pruebas en posicin de servicio estar debidamente

conectada a tierra, con sistema que asegure la seguridad del personal en todo

momento.

Para el lado de baja, por otro lado, se utilizarn del tipo enchufable aceite-

aceite, con las siguientes caractersticas:

4.10.2. Caractersticas de las bornas de baja

Fases baja tensin


Tipo de borna .................................................................................... Enchufable

Fabricante y modelo ........................................................... Pfisterer 827660001



Cable de conexin ........................................................................ Al 4x240 mm2

Neutro de baja tensin


Tipo de borna .................................................................................... Enchufable

Fabricante y modelo ........................................................... Pfisterer 827110001

Los cables de potencia se acometern desde el techo. El terminal del cable

resistir un esfuerzo mecnico esttico de hasta 2 kN aplicado transversalmente

en su punto de unin. Se considerarn esfuerzos y movimientos del

transformador debidos a las variaciones de temperatura y a las vibraciones en

servicio.

Los pasatapas hembras tipo Pfisterer se situarn sobre la tapa y

dispondrn de toma capacitiva para pruebas.

4.11. Cambiador de tomas

El cambiador de tomas (regulador en carga) ser de fabricacin MR.

Dispondr de los

diseÑo de subestaciÓn blindada 132/15 kv, 90 … · on the other hand, the technology used will...

Documents