Estaciones Transformadoras Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía. Estaciones Transformadoras.

Transcripción

1 Estaciones Transformadoras Estaciones Transformadoras. 1. Generalidades. En los Sistemas de Transmisión analizados oportunamente al considerar el planeamiento de la red de AT, se mencionaban en general a las Estaciones Transformadoras como elementos componentes de dicho Sistema, ubicándose en el extremo inicial y/o final de la línea de AT. La denominación de las distintas Estaciones se determina en función de su comportamiento en el Sistema de Transmisión considerado: a) Estaciones de Distribución o Seccionamiento (E.S.): son aquellas que aumentan o disminuyen el número de ramas de la red de AT al considerar el sentido del flujo energético. Esta E.S. no posee transformador de potencia. b) Estaciones Transformadoras de Interconexión (E.T.I.): son aquellas que transforman el nivel de la tension de transmisión. Se descuenta la presencia del transformador de potencia. c) Estaciones Transformadoras Principales o de Transformación (E.T.P.): son aquellas que transforman el nivel de la tensión de transmisión en otro inferior de distribución (MT). En la generalidad de los casos, estas Estaciones tienen dos niveles de tensión de distribución (33 kv y 13,2 kv) que conforman las redes Urbanas e Interurbanas o Rurales. A partir de aquí, independientemente del tipo de Estación de que se trate, se utiliza la denominación de Estación Transformadora (E.T.) como denominación general. De ser necesario, se explicitará el tipo de Estación que se trate. Las ET insertas en los Sistemas de Transmisión, excepto los casos especiales, son de tipo intemperie. En el área de Distribución se introduce la denominación de Sub Estaciones Transformadoras (S.E.T.), resultando ser la mayoría de ellas del tipo imperie para el nivel de 33 kv. En los Sistemas de Distribución en 13,2 kv, las S.E.T. son de tipo inferior en la generalidad de los casos clasificándose en S.E.T. de nivel y subterráneas. Las S.E.T. de tipo intemperie en 13,2 kv son aéreas por lo general (S.E.T.A.), utilizándose fundamentalmente en zonas con redes de Distribución de MT y BT aéreas y módulos de transformación inferiores a las de interior, considerando la demanda reducida de la zona. Características fundamentales de S.E.T. y de redes de Distribución, se detallarán oportunamente en el área Distribución. En las figuras 1, 2 y 3, se muestran los esquemas de una E.T., S.E.T. y S.E.T.A. respectivamente. 2. Consideraciones técnicas para el diseño de una E.T. de Alta Tensión. Para el diseño de las E.T. de Alta Tensión se debe conocer la configuración del Sistema Eléctrico existente y proyectado, de modo que el diseño de las E.T. no solo satisfagan las necesidades actuales sino también las necesidades futuras. El estudio del Sistema Eléctrico comprende fundalmentalmente los siguientes estudios: a) Flujo de Potencia: permite conocer en condiciones normales y de contingencia (simple), con máxima y mínima generación, las transferencias de potencia entre las E.T., los niveles de tensión en las distintas barras de las mismas, los requerimientos de compensación necesarios para la segura operación de la red y las pérdidas presentes en el Sistema Eléctrico considerado. De este modo se puede seleccionar: La capacidad del equipamiento Los extremos de regulación de los transformadores

2 Estaciones Transformadoras La capacidad de compensación necesaria en la red Las protecciones b) Cortocircuito: este estudio permite determinar los niveles de cortocircuito en las barras de las distintas E.T. con diferentes topologías de la red, y distintos parques de generación. c) Estabilidad: los estudios de estabildad, muestran la estabilidad del Sistema Eléctrico ante contingencias seleccionando los interruptores y protecciones en función de la velocidad de operación de los mismos, así como determinar el tipo de recierre automático de modo de mantener el sincronismo del sistema. d) Sobretensiones: permite determinar el nivel de aislamiento de los equipos así como los elementos de protección, tales como relés, pararrayos, descargadores, hilos de guardia, etc. 3. Diseño de una E.T. Para proceder al diseño de una E.T. se debe definir su finalidad, o sea, su importancia en el sistema eléctrico, el número de líneas concurrentes, el número de transformadores de potencia, el módulo de los mismos, la capacidad de compensación, etc. En base a esta información, se determina el grado de confiabildad, la facilidad de mantenmiento, la capacidad de maniobrabilidad y las posibilidades de ampliación. Este análisis lleva a definir el sistema de barras a emplearse, o sea la configuración de la E.T., dependiendo de ello el funcionamiento de la misma y del sistema eléctrico. Para definir la adecuada configuración, se debe analizar si la E.T. conforma una instalación nueva o bien una existente. En instalaciones nuevas se deben considerar los siguientes puntos: a) Importancia de la E.T. en el Sistema Eléctrico considerado b) Magnitud de la E.T. c) Confiabilidad del servicio d) Disponibilidad de terrenos e) Costos de inversión f) Facilidad de ampliaciones y mantenimiento g) Flexibilidad operativa En cambio, en instalacones existentes los puntos a consider son los siguientes: a) Posibilidad de ampliaciones de los circuitos principales y auxiliares b) Grado de interrupción del servicio al implementar la ampliación c) Grado de compromiso de las facilidades de mantenimiento, seguridad del personal, flexibilidad en la operación de la instalación existente d) Grado de adaptación a la situación preexistente sn dañar su bien funcionamiento. 4. Configuración de la E.T.. Los circuitos eléctricos en una E.T. se pueden dividir en: Circuitos Principales: son aquellos que componen el sistema de potencia, o sea son los circuitos de MT o AT por donde pasa el flujo de potencia a transformar o distribuir en la E.T. Ciscuitos Auxiliares: son los utilizados para la vigilancia y control de la instalación, es decir, los indispensables para el correcto funcionamiento del equipamiento electromecánico como ser comando, protección, medición, fuerza motriz, etc. Los cicuitos auxiliares no son tratados en el presente apunte (descriptos en Instalaciones

3 Estaciones Transformadoras Eléctricas), no obstante ello puede decirse que son particulares de cada proyecto de E.T. en función de la filosofía aplicada a la misma independientemente del sistema de potencia. Por ello los mismos no se representan en las correspondientes configuraciones de las E.T. Los circuitos principales de Centrales Eléctricas o bien E.T. con generación se presentan en la asignatura Centrales Eléctricas, dado que allí se analizan los distintos circuitos principales en función de la seguridad de la central Denominación de áreas y equipos A continuación se indican las denominaciones que corresponden a cada una de las partes y elementos componentes de una E.T. En la figura 4 se muestran dichas denominaciones: C i : indica un parte de la E.T. (generalmente denominada campo de la E.T.), afectada unicamente a una línea, transformador, generador, o cable determinado. Bi: barra de la E.T., generalmente acompañada de un número identificatorio de la barra considerada SB: seccionador de barra. En el caso de existir más de una barra, se tendrá más de un seccionador. I: interruptor de la línea, transformador, generador o cable S: seccionador de salida o acometida. Este elemento en el caso de generadores y transformadores puede no existir, dependiendo ello del criterio de diseño de la E.T. ST: seccionador de transferencia L: la línea de trazo y punto indica el límite de la E.T Conexión de los circuitos principales de la E.T. En general, de acuerdo al tipo de servicio que la E.T. deba prestar y a la flexibilidad operativa requerida, puede constar de una, dos o más barras. A continuación se analizan configuraciones típicas de E.T. utilizadas en nuestro país, descontándose la posibilidad de utilizar configuraciones mixtas para lograr incrementar la segurdad, confiabilidad u operabilidad de acuerdo a la importancia del servicio. Los esquemas utilzados para el análisas, se representan unifilarmente E.T. con juego de barras simple El sistema de juego de barras simple es el más sencillo y económico de los esquemas eléctricos utilizados. El mismo, económico dado el reducido equipamiento requerido, se utiliza en instalaciones de MT de poca importancia. En el circuito unfilar de la figura 5, se han representado únicamente los apartos de maniobras y no los de medición y protección de acuerdo a lo dicho anteriormente. A continuación se indican ventajas y desventajas de la configuración en estudio: a) Ventajas: Instalación simple y económica Maniobras sencillas Circuitos auxiliares simples Reducido espacio de instalación

4 Estaciones Transformadoras b) Desventajas: Una falla en barras o la necesidad de mantenimiento de la misma, produce la interrupción total del servicio El mantenimiento del interruptor, implica sacar de servicio la salida correspondiente Sin flexibilidad operativa La falla de un interruptor o de la protección que actúa sobre el mismo ante una falla en líne, interrumpe totalmente el servicio E.T. con juego de barras simple y acoplamento longitudinal En el esquema de juego de barras simple y acoplamiento longitudinal, las barras se encuentran divididas en dos secciones (BI y BII), vinculadas a través de un equipamiento de acoplamiento longitudinal. Dicho equipamiento requiere un interruptor y dos seccionadores, motivo por el cual el esquema en estudio resulta más oneroso que el anterior. En la figura 6 se muestra la configuración indicada. A continuación se indican ventajas y desventajas de la configuración en estudio: a) Ventajas: Una falla en barras, en el interruptor de una salida determinada o en su prostección asociada, produce solamente la interrupción parcial del servicio. El sistema puede operar con dos fuentes de alimentación independiantes Se facilita el mantenimiento b) Desventajas: Las salidas no pueden transferirse de barras El mantenimiento de un interruptor implica la salida de servicio de la línea respectiva El mantenimiento de las barras o seccionadores de barras, implica la interrupción parcial del servicio E.T. con doble juego de barras y acoplamiento transversal. El esquema indicado se utiliza en instalaciones de importancia, requiriendo mayor equipamiento que los sistemas anteriores. Este esquema de E.T. posibilita incrementar notablemente la flexibilidad operativa, elevando el costo final de la instalación. A continuación se detallan ventajas y desventajs de la configuración en estudio, la cual se muestra en la figura 7: a) Ventajas: Cada salida puede conectarse indistintamente a cada una de las barras En caso de ua avería de una de las barras, se produce una interrupción parcial y momentánea del servicio dado que inmediatamente se pueden transferir las líneas a la otra barra. Permite efectuar el mantenimiento de una barra y seccionador de barra sin interrupción del servicio El interruptor de acoplamiento puede utilizarse como reserva de los interruptores de línea, siendo posible la transferencia o no de las protecciones dado que ello depende de la filosofía de diseño de la E.T.

5 Estaciones Transformadoras b) Desventajas: Las salidas no pueden transferirse de barras El mantenimiento de un interruptor implica la salida de servicio de la línea respectiva El mantenimiento de las barras o seccionadores de barras, implica la interrupción parcial del servicio E.T. con doble juego de barras y acoplamiento transversal. El esquema indicado se utiliza en instalaciones de importancia, requiriendo mayor equipamiento que los sistemas anteriores. Este esquema de E.T. posibilita incrementar notablemmente la flexibilidad operativa, elevando el costo final de la instalación. A continuación se detallan ventajas y desventajas de la configuración en estudio, la cual se muestra en la figura 7: a) Ventajas: Cada salida puede conectarse indistintamente a cada una de las barras En caso de una avería en una de las barras, se produce una interrupción parcial y momentánea del servicio dado que inmediatamente se pueden transferir las líneas a la otra barra Permite efectuar el mantenimiento de una barra y seccionador de barra sin interrupción del servicio El interruptor de acoplamiento puede utilizarse como reserva de los interruptores de línea, siendo posible la transferencia o no de las protecciones dado que ello depende de la filosofía de diseño de la E.T. b) Desventajas: El mantenimiento del interruptor implica sacar de servicio la salida correspondiente E.T. con barra principal y barra de transferencia El esquema con barra principal y transferencia permite el mantenimiento de los interruptores sin sacar de servicio la salida correspondiente, resultando ello muy práctico fundamentalmente cuando en la E.T. se requiere mantenimiento frecuente de interruptores sin interrupción de servicio. El esquema respectivo se muestra en la figura 8. A continuación se detallan ventajas y desventajas: a) Ventajas: Permite el mantenimiento de los interruptores sin interrupción del servicio Permite utilizar el interruptor de acoplamiento o transferencia como reserva de los interrupotres de las salidas b) Desventajas: La barra principal es de mayor sección que la de transferencia Únicamente se puede vincular a la barra de transferencia de a una salida por vez Una avería en la barra principal produce la interrupción total del servicio El mantenimiento de los seccionadores de transferencia, condiciona a dejar fuera de

6 Estaciones Transformadoras servicio la línea correspondiente E.T. con esquema de interruptor y medio. El campo de aplicación de esta configuración de barras se limita a las E.T. de gran potencia o a instalaciones importantes donde la continuidad del servicio es fundamental. La limitación radica en el elevado costo función del equipamento utilizado. El inconveniente principal de este esquema, lo proporciona el complejo sistema de protección del mismo dado que debe coordinarse correctamente la actuación del interruptor central ante fallas en cualquiera de las salidas a las que se encuentra vinculado. La configuración de interruptor y medio indicada en la figura 9, se utiliza fundamentalmente en el nivel de 500 kv dada la importancia del mismo E.T. con esquema de doble interruptor El sistema de doble juego de barras y doble interruptor se utiliza en instalaciones muy importantes donde es fundamental la continuidad del servicio o para la vinculación de centrales eléctricas de gran módulo a la red. Ante fallas en uno de los interruptores o bien en una de las barras, el sistema de protección mantiene el otro interruptor y barra sin producir la interrupción del servicio. El esquema de doble interruptor se muestra en la figura 10. Con esta disposición no resulta necesario el equipamiento de acoplamiento, debiéndose evaluar la necesidad de tener duplicado por salida los interruptores, transformadores de medición, etc Circuitos auxiliares de las E.T. De acuerdo a lo dicho en el punto 4 no se analizan los circuitos auxiliares para las distintas E.T., no obstante a título de ejemplo se muestra en la figura 11 un esquema funcional conteniendo los circuitos auxiliares para una determinada E.T. 5. Elementos componentes de una salida de barras de una E.T. A los efectos de indicar los principales elementos componentes para una salida de barras en una E.T. de tipo intemperie, se muestran las figuras 12 y 13. En la figura 12.a, se representa un esquema de E.T. conteniendo los interruptores y seccionadores de maniobras, transformador de corriente, transformador de tensión con su correspondiente protección de fusible, seccionador de puesta a tierra y pararrayos. La figura 12.b, presenta como agregado la bobina de reactancia para disminuir el nivel de la potencia de cortocircuito, considerando la insuficiente capacidad de ruptura del interruptor. La figura 12.c, consdera el agregado de la bobina de choque y capacitor necesario para las comunicaciones por onda portadora. Las disposiciones descriptas son típicas para líneas aéreas en alta tensión y alimentadores de media tensión. Para salidas con calbe subterráneo, un ejemplo se muestra en la figura Conclusiones. Exceptuando las configuraciones de E.T. analizadas, se informa que existen variantes que se obtienen adoptando configuraciones mixtas ante necesidades de la red en estudio o necesidades de seguridad en la prestación del servicio.

7 Estaciones Transformadoras Finalmente y como conclusión, se muestra en la figura 14 un cuadro comparativo de las distintas configuraciones analizadas. Item Esquema de configuración de barras Simple Barra P y T Barra Doble Int. y ½ Doble Int. Importancia de la E.T. en el sistema Poca Regular Mucha Fundamental Fundamental Confiabilidad del servicio Poca Regular Buena Muy buena Muy buena Espacio requerido Poco Reducido Regular Bastante Demasiado Facilidad de ampliaciones Muy Buena Buena Buena Buena Complicada Facilidad de mantenimiento Poca Regular Buena Muy buena Muy buena Flexibilidad operativa Nula Regular Buena Muy buena Muy buena Conexión en la instalación Simple Simple Poco complicada Muy complicada Muy complicada Costos 1 1,2 1,3 1,9 2,1 - Figura 14

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