Componentes de una subestación: una guía práctica de cada pieza clave que debe conocer

Párese fuera de la valla de una subestación de media o alta tensión y verá una colección de acero, porcelana y cobre que parece complicada a primera vista. Sin embargo, dedique unos minutos a aprender para qué sirve cada elemento y toda la instalación comenzará a leerse como un diagrama. En nuestro trabajo suministrando transformadores, reactores y aparamenta para servicios públicos, plantas industriales, proyectos de transporte y sitios de energía renovable, hemos visto a ingenieros experimentados recorrer un sitio nuevo por primera vez y nombrar cada componente en cuestión de minutos, simplemente porque entendieron la función detrás de cada forma.

Este artículo divide los componentes de una subestación en capas lógicas, desde el transformador que realiza la conversión de voltaje hasta los pequeños sistemas auxiliares que mantienen vivo todo lo demás. Cualquiera que sea su función, ya sea diseño, adquisición, operaciones o mantenimiento, el objetivo es el mismo: comprender qué hace cada pieza y comprenderá por qué se especifica de esa manera.

Qué se espera que haga una subestación

Antes de enumerar el hardware, es útil enumerar las tareas. Una subestación es un nodo donde se concentran deliberadamente varias funciones en un solo lugar:

• Transformación de tensión, intensificación para transmisión o reducción para distribución.
• Conmutar, conectar o aislar circuitos tanto en condiciones normales como de falla.
• Protección, detecta corriente, voltaje o frecuencia anormales y elimina fallas rápidamente.
• Medición, proporcionando señales precisas de corriente y voltaje a medidores, relés y equipos de ingresos.
• Soporte de calidad de energía, incluyendo regulación de voltaje, compensación reactiva y control de armónicos.
• Monitoreo y control, mediante SCADA, operación remota y toma de datos.
• Seguridad, mediante puesta a tierra, puntos de aislamiento, espacios libres adecuados y barreras físicas.

Cada componente que se analiza a continuación existe para cumplir una o más de estas funciones. Ésta es la forma más sencilla de juzgar si un equipo pertenece a un diseño particular.

Transformadores de potencia: el corazón de la subestación

El transformador de potencia suele ser el elemento más grande y caro del lugar. Convierte energía de un nivel de voltaje a otro mediante inducción magnética y su clasificación establece el límite de capacidad para todo lo que se encuentra aguas abajo. En las subestaciones de transmisión normalmente verá grandes unidades sumergidas en aceite, a menudo con cambiadores de tomas en carga para regulación de voltaje. En las subestaciones de distribución, los transformadores son más pequeños pero mucho más numerosos, reduciendo 10 kV, 20 kV o 35 kV hasta el voltaje de utilización utilizado por fábricas, edificios y vecindarios.

La elección entre construcción sumergida en aceite y construcción seca es una de las primeras decisiones que enfrenta un diseñador. Los transformadores sumergidos en aceite manejan capacidades muy grandes de manera eficiente y son los predeterminados al aire libre. Los transformadores de tipo seco, particularmente las unidades fundidas de resina epoxi, evitan líquidos inflamables, toleran bien la instalación en interiores y se adaptan a edificios, túneles, estaciones de metro y otros lugares donde el riesgo de incendio y el acceso al mantenimiento son temas delicados.

Transformador tipo seco fundido en resina epoxi - 800 a 25000 kVA Para estos transformadores de tipo seco fundidos en resina epoxi de la serie SC10-800~2500, tanto los devanados de alto como de bajo voltaje utilizan un proceso avanzado de fundición de resina a presión de vacío. Esto... Ver producto →

Cualquiera que sea el método de enfriamiento, el transformador es el componente que define la clasificación, la impedancia, el nivel de ruido y el perfil de pérdidas de la subestación, por lo que su especificación merece la mayor atención durante la revisión del diseño.

Aparamenta y disyuntores: la capa de conmutación

Si el transformador cambia el voltaje, el interruptor decide adónde va esa energía y cuándo se detiene. Esta capa incluye disyuntores, seccionadores, seccionadores de puesta a tierra y, en muchas redes de distribución, unidades principales de anillo. Juntos permiten a los operadores reconfigurar la red, aislar secciones defectuosas y restablecer el suministro a circuitos en buen estado.

Disyuntores

Un disyuntor es el único dispositivo en una subestación diseñado para interrumpir la corriente de falla. Los interruptores de vacío dominan las aplicaciones de media tensión, mientras que los diseños con aislamiento de gas son comunes donde el espacio es reducido o donde el entorno circundante exige una disposición compacta y sellada. La selección generalmente depende de la tensión nominal, la corriente de cortocircuito, el poder de corte, el mecanismo operativo y el número requerido de operaciones entre los intervalos de mantenimiento.

Seccionadores y seccionadores de tierra

Los seccionadores, también llamados aisladores, no pueden interrumpir la corriente de carga, pero proporcionan el aislamiento visible que hace posible el mantenimiento seguro. A continuación, los seccionadores de puesta a tierra conectan la sección aislada a la tierra de la estación para que una activación accidental no pueda dañar a las personas que trabajan en ella. Un esquema de enclavamiento bien diseñado une estos dispositivos, el disyuntor y el seccionador de tierra para que la secuencia no se pueda realizar incorrectamente.

Debido a que las familias de aparamenta varían ampliamente en cuanto al medio de aislamiento, el diseño del compartimiento y el nivel de automatización, vale la pena estudiarlos. una guía completa sobre los tipos de aparamenta de alta tensión y su seguridad antes de congelar una especificación.

Tablero de distribución blindado removible con gabinete metálico de 24 kV Este tablero presenta una estructura ensamblada, conectada de forma segura mediante pernos y tuercas remachables de alta resistencia. Para garantizar la seguridad operativa, el interruptor principal, el carro de mano y... Ver producto →

Transformadores de instrumentos, aisladores y supresores de sobretensiones

Estos tres grupos son más pequeños que un transformador, pero no menos importantes, y con frecuencia son los componentes que determinan si un esquema de protección funciona según lo previsto.

• Los transformadores de corriente reducen la corriente de línea a un valor secundario estándar para relés y medidores, y también proporcionan aislamiento entre conductores de alto voltaje y circuitos de control de bajo voltaje.
• Los transformadores de tensión o potencial hacen lo mismo para las señales de tensión, protección de alimentación, funciones de sincronización y medición.
• Los aisladores y casquillos soportan conductores activos y mantienen la corriente alejada de las estructuras conectadas a tierra. Vienen como aisladores de poste, casquillos huecos, terminaciones de cables y columnas de soporte, y su distancia de fuga debe coincidir con el nivel de contaminación del sitio.
• Los descargadores de sobretensiones, a menudo del tipo de óxido metálico, sujetan las sobretensiones transitorias causadas por rayos o conmutación para que el aislamiento del transformador y del tablero no se esfuerce más allá de sus límites.

En lugares costeros, mineros, desérticos o muy contaminados, la especificación de aisladores y descargadores merece tanto escrutinio como el equipo principal, porque las fallas de fuga y sellado se encuentran entre las causas más comunes de interrupciones no planificadas.

Barras, Conductores y Compensación Reactiva

La barra colectora es el centro eléctrico de la subestación. Ya sea un tubo rígido de aluminio, un conductor trenzado o un bus completamente cerrado dentro de un equipo aislado por gas, recoge los circuitos entrantes y salientes y distribuye energía entre ellos. El dimensionamiento del conductor considera la corriente continua, la resistencia a cortocircuitos, la carga mecánica del viento y el hielo y las distancias libres requeridas en la altitud y el nivel de impulso del sitio.

Además de los conductores, muchas subestaciones incluyen compensación reactiva. Los bancos de capacitores aumentan el voltaje y reducen las pérdidas en alimentadores muy cargados, mientras que los reactores tienen dos propósitos diferentes: los reactores en derivación absorben la corriente de carga capacitiva en líneas largas, y los reactores en serie limitan la corriente de falla o protegen los bancos de capacitores de la irrupción y la resonancia armónica. Cuando se instala un banco de condensadores en interiores o en una disposición compacta, un reactor con núcleo de hierro de tipo seco suele ser la opción práctica porque evita el aceite y simplifica el mantenimiento.

Reactor de serie con núcleo de hierro de tipo seco Las columnas y devanados del núcleo de hierro de esta serie de reactores están completamente moldeados en resina, lo que proporciona un mejor rendimiento eléctrico y resistencia mecánica. A través de cuidado... Ver producto →

Protección, Control y Sistemas Auxiliares

Todo lo descrito hasta ahora son equipos eléctricos. Lo que la convierte en una subestación en funcionamiento es el sistema secundario que vigila, decide y actúa. Los relés de protección comparan la corriente y el voltaje medidos con los ajustes y, cuando se detecta una falla, disparan los disyuntores correspondientes en milisegundos. Las instalaciones modernas utilizan relés numéricos con puertos de comunicación, alimentando un sistema de automatización de la subestación que se conecta con el centro de control.

Los sistemas auxiliares que soportan esta capa son fáciles de pasar por alto hasta que fallan:

• Suministro de CC de la estación, generalmente un banco de baterías con cargador y tablero de distribución, que activa el disparo de protección incluso durante un corte total de CA.
• Transformador de servicio de estación y distribución auxiliar de CA para iluminación, refrigeración, variadores y servicios de construcción.
• La red de puesta a tierra y la red de unión, que controlan las tensiones de paso y de contacto y proporcionan una referencia para toda la protección.
• Controlar los servicios del edificio, incluyendo ventilación o aire acondicionado, detección de incendios, iluminación y acceso de seguridad.
• Equipos de comunicación, ya sea fibra, Ethernet o cable piloto, que conectan la subestación a la red más amplia.

Componentees de la subestación de un vistazo

La siguiente tabla resume los elementos principales y dónde aparecen normalmente, lo que resulta útil al revisar un diagrama unifilar o preparar una lista de materiales.

Cómo cambia la lista de componentes según el tipo de subestación

No todas las subestaciones contienen todos los componentes y la combinación cambia según la función que realiza la estación:

• Las subestaciones de transmisión enfatizan transformadores grandes, aparamenta de alta capacidad de corte, protección de línea y compensación reactiva.
• Las subestaciones de distribución se centran en transformadores más pequeños, unidades principales en anillo, terminaciones de cables y automatización para una restauración rápida.
• Las subestaciones colectoras para parques solares o eólicos reúnen muchos alimentadores de media tensión y se adaptan a la tensión de conexión a la red, por lo que la coordinación de barras y protecciones se convierte en tareas críticas de diseño.
• Las subestaciones convertidoras para HVDC o variadores grandes agregan electrónica de potencia, sistemas de filtrado y enfriamiento que otras estaciones no necesitan.
• En las subestaciones ferroviarias y móviles se aplican los mismos componentes en disposiciones compactas o transportables, con especial atención a los armónicos, las vibraciones y el peso.

Notas de especificación y mantenimiento desde el campo

Una lista de componentes es sólo el comienzo. Los detalles que deciden si una subestación funciona bien durante treinta años son los que están escritos en la especificación: voltaje nominal y nivel de aislamiento, resistencia a cortocircuitos, límites de aumento de temperatura, protección de ingreso, requisitos de altitud y sísmicos, y el nivel de contaminación del entorno circundante. El acceso para mantenimiento es igualmente importante, porque un transformador que no se puede inspeccionar o un panel de aparamenta que no se puede retirar es un pasivo más que un activo.

También vale la pena pensar en cómo se suministran las piezas. Cuando los transformadores, reactores, aparamenta y subestaciones prefabricadas provienen de una sola fuente de fabricación, las clasificaciones son más fáciles de coordinar, las interfaces son menores y la responsabilidad durante la puesta en servicio es clara. Construimos nuestra gama exactamente con esa lógica en mente: transformadores de tipo seco de aleación amorfa y fundición de resina epoxi de hasta grandes capacidades, transformadores de distribución y potencia sumergidos en aceite, reactores con núcleo de hierro, unidades principales de anillo, aparamenta con gabinete metálico y subestaciones tipo caja, todos ellos al servicio de servicios públicos de energía, industria, transporte, edificios, telecomunicaciones, nuevas energías y proyectos de minería.

Si está preparando el diseño de una subestación, comparando opciones de transformadores o verificando si una instalación existente aún coincide con su intención original, nuestro equipo de ingeniería estará encantado de revisar la lista de componentes con usted y sugerirle una configuración que se ajuste al sitio, el perfil de carga y los recursos de mantenimiento que realmente tiene.