Estaciones Transformadoras

Estaciones Transformadoras
-1-
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
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
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
Estaciones Transformadoras
-2-
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía

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
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
Estaciones Transformadoras
-3-
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
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.
4.1. 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:
Ci: 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.
4.2. 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.
4.2.1. 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
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
Estaciones Transformadoras
-4-
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
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.
4.2.2. 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.
4.2.3. 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.
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
Estaciones Transformadoras
-5-
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
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
4.2.3. 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
4.2.4. 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
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
Estaciones Transformadoras
-6-
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
servicio la línea correspondiente
4.2.5. 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.
4.2.6. 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.
4.3. 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 13.
6. 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.
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
Estaciones Transformadoras
-7-
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
Finalmente y como conclusión, se muestra en la figura 14 un cuadro comparativo de las distintas
configuraciones analizadas.
Esquema de configuración de barras
Item
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
Simple
Simple
Poco
complicada
Muy
complicada
Muy
complicada
1
1,2
1,3
1,9
2,1
Conexión en la instalación
Costos
-
Figura 14 –
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
-8-
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
-9-
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
- 10 -
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
- 11 -
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
- 12 -
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
- 13 -
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
- 14 -
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
- 15 -
Estaciones Transformadoras
Cátedra: Transmisión y Distribución de la Energía
U.T.N. Facultad Regional Rosario – Departamento de Ing. Eléctrica
- 16 -