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alaisis e instalacion de subestacon electric para un centor comercial
Tipo: Tesis
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LINARES, N.L. 20/12/
Instituto Tecnológico de Linares Índice Capítulo I. Introducción Capítulo II. Justificación Capítulo III. Objetivos generales Capítulo IV. Objetivos específicos Capítulo V. Problemas a resolver, (planteamiento del problema) Capítulo VI. Procedimientos y descripción de actividades realizadas Capítulo VII. Resultados, planos, graficas, prototipos, maquetas, programas, entre otros. Capítulo VIII. Conclusiones y recomendaciones Capítulo IX. Recomendaciones Capítulo X. Competencias desarrolladas y recomendaciones Capítulo XI. Referencias bibliográficas
Instituto Tecnológico de Linares En el presente proyecto se desarrollará el análisis, diseño e instalación de una subestación eléctrica en centro comercial llamada la Misión Supermercado. Como se verá el conocimiento de las subestaciones eléctricas tiene una franca aplicación desde la generación, hasta los consumidores de energía eléctrica, se torna importante en esta área de electricidad. Por lo que desde este punto de vista, el presente contenido contempla tanto las generalidades de subestaciones, conceptos, definiciones que introducen al conocimiento de estos. Los equipos primarios en las subestaciones, como su nombre lo indica, es la parte más importante ya que de estos depende de la calidad y el servicio de la energía eléctrica que será entregada al cliente. Cada uno de ellos elabora un papel muy importante en el sistema eléctrico nacional, desde los trasformadores de diferentes valores de voltaje - corriente, hasta los interruptores, que son utilizados para proteger y realizar maniobras para mantener los demás equipos en un buen estado.
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Tomando en cuenta que las subestaciones eléctricas son un componente importante de los sistemas de potencia, además de ser los de mayor costo económico, y que la continuidad del servicio depende en gran parte de ellas; es necesario aplicar a estos sistemas “subestaciones” un adecuado diseño e implementación del respectivo mantenimiento. Este análisis, diseño e instalación de una subestación para la implementación y para la evolución de la subestación y sus procedimientos. En los sistemas eléctricos de potencia, las subestaciones de distribución son las que distribuyen a través de los circuitos la energía eléctrica al centro de consumo. El equipo primario de las subestaciones debe mantenerse en las mejoras condiciones operativas, mejorando así, la continuidad del servicio. Analizando lo anterior, es necesario que los trabajos de preparación del equipo primario para su puesta en servicio y las actividades sean de calidad, para evitar una falla futura prematura del equipo de operación.
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Describir el funcionamiento de cada uno de elementos principales que constituyen las subestaciones eléctricas y el conjunto de sus componentes. Describir la función que desempeñan los sistemas complementarios tales como; red de tierras, sistema de blindaje, sistemas de protección contra sobre corrientes. Establecer un diseño e implantación para un programa de que comprenda todos los equipos para garantizar la operación con un alto grado de confiabilidad de la subestación. Conocer y respetar las normas de seguridad para minimizar el riesgo de los accidentes del personal que opera en la subestación Unificar criterios en la forma de realizar pruebas de campo al equipo primario de las subestaciones de distribución y con la información que se proporciona, interpretar y evaluar resultados de las mismas. Analizar y determinar las acciones fundamentales en la corrección parcial o totales de daños en elementos primarios y secundarios de una subestación eléctrica. Desarrollar y establecer los sistemas de acciones de mantenimiento que conduzcan a prevenir fallas o daños a los equipos que conforman la subestación eléctrica. Establecer las condiciones y acciones que permitan diagnosticar y/o predecir el tiempo de vida útil de un elemento, antes de que ocurra su daño o falla.
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Base a la necesidad de la empresa se dio prioridad a las subestaciones que requerían el servicio por parte de la empresa, otro problema que se presentaron son las instalaciones de nuevas subestaciones por parte de las empresas externas que requerían el servicio. Desde este punto unos de los principales problemas a desarrollar en ente proyecto fue el comienzo de un análisis diseño e instalación de una subestación eléctrica desde la parte más importante de la subestación hasta los pequeños detalles estos son. Transformadores de potencia y/o distribución Interruptores Seccionadores Pararrayos (Descargadores de sobretensión) Transformadores de corriente Transformadores de tensión Fusibles Reactores y Capacitores Sistemas de protecciones. Sistemas de medición y control Sistema de comunicaciones
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Actividades Conocer las necesidades de organización donde se instalará la subestación eléctrica. Conocimiento del terreno donde se hará la instalación de la subestación eléctrica. Análisis y diseño de la subestación eléctrica. Elementos de la subestación. Diagramas unifilares. Planificación de los equipos. Diseño de plan de instalación. Verificación de resultados de cada una de las áreas una vez implementados los planes. Presentación de informe final.
Instituto Tecnológico de Linares ACTIVIDAD 1 “Conocer las necesidades de organización donde se instalará la subestación eléctrica” La subestación eléctrica se instalarán máquinas, aparatos y circuitos, que tienen la función de su bastecer los parámetros de potencia eléctrica (corriente y voltaje) y de proveer un medio de interconexión y despacho entre las diferentes líneas de un sistema, permitiendo el control de flujo de energía, brindando seguridad para el sistema eléctrico, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. El uso de subestaciones eléctricas en sistemas de generación de energía juega un papel relevante y de suma importancia ya que, en una instalación normal, los generadores de la central eléctrica suministraran de 26.000 voltios; voltajes superiores no son adecuados para las dificultades que presenta su aislamiento y por el riego de cortocircuitos y sus consecuencias. Este voltaje se eleva mediante trasformadores mediante el cual consiste en trasformar la energía de la red eléctrica a voltajes superiores contratada por la empresa. En la subestación, el voltaje se trasforma en tensiones entre 69.000 y 138. voltios para que sea posible trasferir la electricidad al sistema de distribución. La tensión de baja de nuevo con trasformadores en cada punto de distribución. La industria pesada suele trabajar a 33.000 voltios (33 kilovoltios) etc. Para los suministros a los consumidores se baja más la tensión: la industria suele trabajar a tensiones de 380 y 415 voltios, las viviendas reciben entre 110, 220 y 240 voltios.
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Conocimiento del terreno donde se hará la instalación de la subestación eléctrica CONDICIONES DE LOS TERRENOS Uno de los tres factores decisivos para el dimensionamiento y comportamiento de un sistema de tierras es la condición del terreno a través del cual van a circular las líneas de corriente, ello involucra no sólo al volumen de terreno sobre el cual esté emplazada la instalación de tierra, sino también el de sus alrededores. En realidad, el terreno debe ser considerado como un sistema geológico y geo eléctrico. El cálculo de la resistencia a la propagación de todo electrodo (ya sea sencillo o múltiple) se realiza con base a cierto valor de conductividad del terreno, la cual es variable en un amplio rango; por conveniencia, el análisis fundamental se desarrolla suponiendo un terreno homogéneo, es decir, que posee la misma naturaleza geológica y geofísica en el volumen de tierra ilimitado por todos lados en el que está embutido el sistema de tierra y por el cual las líneas de corriente se propagan, sin embargo en la realidad y en la mayoría de los casos, el terreno es de naturaleza heterogénea, lo cual causa que el comportamiento del sistema de tierras no resulte según el cálculo hecho para terreno homogéneo, ya que el valor de la conductibilidad ya no corresponde a tal clase de terreno. Si bien la teoría permite llegar a una expresión matemática para indagar la conductividad macroscópica, es en verdad muy difícil de aplicar en la práctica; y, por otro lado, aunque los efectos de ciertas heterogeneidades son relativamente sencillas de determinar numéricamente en electrodos elementales, no resulta así el caso de electrodos múltiples. De ahí que la ingeniería de puesta a tierra se establezca que aún con la aplicación de la mejor teoría y con las facilidades má s sofisticadas, se debe asumir que el resultado será sólo aproximado, y que, por tanto, tendrá que ser mejorado con base a mediciones de campo y las modificaciones consecuentes.
Instituto Tecnológico de Linares Por supuesto los efectos de tales heterogeneidades tienen consecuencias diferentes sobre el comportamiento del sistema de electrodos, según se trate de una instalación de puesta a tierra de pequeña, mediana o gran dimensión. Por ejemplo, durante el cálculo del sistema de electrodos para una extensa subestación (de extra alta tensión) es imprescindible una investigación minuciosa del subsuelo del terreno en que se emplazará, pero también de sus alrededores; no hacerlo puede dar lugar a un dimensionamiento erróneo, es decir que resulte sobredimensionado o, por el contrario, ineficiente (técnica y socialmente) influyendo, por supuesto, en su costo. DEPENDENCIA DE LAS CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL TERRENO Como se ha dicho, el valor de la resistencia de puesta a tierra, y también, como se verá más adelante, el reparto de potencial en el suelo cuando el sistema de puesta a tierra está recorrido por una intensidad de falla, tienen, fundamentalmente, como factor proporcional determinante la resistencia específica o resistividad del terreno y del subsuelo en el que está enterrada. Es por esta razón que la concepción de una red de puesta a tierra requiere, inicialmente, el análisis de la naturaleza del suelo sobre el que valla a realizarse y, de ahí la necesidad de tal estudio como primer paso para realizar el proyecto de una instalación de puesta a tierra. Pude parecer que la investigación de la naturaleza y de la estructura geológica, para determinar la variación de la resistividad en función de la profundidad es más propia de la geofísica, pero no es así, pues si bien para calcular la resistencia de una toma de tierra puntual es suficiente el conocimiento del perfil de la resistividad aparente de un terreno, no sucede lo mismo en el caso de una malla de gran extensión, como la de una subestación, por ejemplo. Una de las bases necesaria para determinar la configuración de una red mallada que abarque una gran superficie es el conocimiento de la resistividad a diversas profundidades.
Instituto Tecnológico de Linares La estratigrafía. COMPOSICIÓN DEL TERRENO La variación de la resistividad según la composición del terreno es mu y acusada, tropezándose con la dificultad de que las diferentes clases d e terreno no están delimitadas como para saber, de antemano, el valor de la resistividad en el punto elegido para efectuar la toma de tierra. Sucede, incluso, que para una misma clase de terreno, situada en distintos parajes, la resistividad puede ser sensiblemente diferente. Los valores extremos que se encuentran en la práctica pueden variar de algunas decenas de Ohm-metro, para terrenos orgánicos y húmedos a una docena de miles para granitos secos. SALES SOLUBLES Y SU CONCENTRACIÓN Al ser aislantes los principales componentes del terreno, la conductibilidad del suelo es, esencialmente de naturaleza electrolítica, esto, es, la conducción de corriente tiene lugar, principalmente, a través del electrolito formado por las sales y el agua habitualmente contenida en el terreno. ESTADO HIGROMÉTRICO DEL TERRENO El contenido de agua o grado de humedad del terreno influye, de forma apreciable sobre su resistividad. Su valor no es constante, ya que varía con el clima, época del año, naturaleza del subsuelo, la profundidad considerada y la situación del nivel freático pero rara vez es nulo, incluso al referirse a zonas desérticas. A medida que el grado de humedad aumenta (cuyo principal efecto es el de disolver las sales solubles), la resistividad disminuye con rapidez pero, a partir de cifras del orden del 15 % en peso, esta disminución es mucho menos acusada, a causa de la práctica saturación del terreno. Cuando la humedad del terreno varíe considerablemente de unas épocas del año a otras, se tendrá en cuenta esta circunstancia al dimensionar y establecer el sistema de tierra. Se podrá usar recubrimientos de gravas como ayuda para conservar la humedad del suelo.
Instituto Tecnológico de Linares TEMPERATURA La resistividad del terreno aumenta a medida que desciende la temperatura y ese aumento se acusa mucho, al alcanzarse los 0 °C, hasta el punto que, a medida que es mayor la cantidad de agua en estado de congelación, se va reduciendo el movimiento de los electrólitos, que como se ha visto, influyen decisivamente en la resistividad del terreno, elevándose ostensiblemente la misma. Por ello, en zonas con peligro de heladas, los electrodos se enterrarán a una profundidad que no alcance esa temperatura o se tendrá en cuenta esta circunstancia en el cálculo. GRANULOMETRÍA Es un elemento importante que influye, a la vez, sobre la porosidad y el poder retenedor de humedad y también sobre la calidad del contacto con los electrodos, incrementándose la resistividad con el mayor tamaño de los granos. Esta es la razón de que el valor de la resistividad de la grava sea superior al correspondiente a la arena y que el de ésta supere al de la arcilla. Los suelos de granos gruesos se prestan mal al establecimiento de buenas redes de tierra, circunstancia que se puede remediar rodeando la superficie de los electrodos de un cierto espesor de tierra fina o de otro material relativamente conductor. COMPACIDAD La resistividad se ve también afectada por el grado de compactación del terreno, disminuyendo al aumentar éste. ESTRATIGRAFÍA La resistividad total de un terreno es la resultante de las correspondientes a las diversas capas que lo constituyan. Puede suceder que una sola capa presente una resistividad tan baja que la influencia de las demás sea imperceptible, tal como cuando se alcanzan zonas de agua o el nivel freático. Queda, pues, justificado que la resistividad de las capas superficiales de un terreno presente variaciones estaciónales bajo el efecto del hielo y la sequedad
Instituto Tecnológico de Linares El tamaño de los pedazos de la roca también juega un papel importante. Los agregados mayores tendrán menos puntos de contacto y mayor resistividad húmeda que los más pequeños del mismo material. Actividad 3 Análisis y diseño de la subestación eléctrica Una subestación eléctrica es la exteriorización física de un nodo de un sistema eléctrico de potencia En el que la tensión es transformada a diferentes niveles dependiendo si es para transporte, distribución o consumo, esta energía transportada debe contar con ciertos requisitos de calidad. Una subestación consiste en un número de circuitos de entrada y salida conectados todos en un punto común, siendo el interruptor el elemento principal del circuito siguiendo después de ellos, los transformadores, seccionadores, pararrayos, y demás equipos de alta tensión, siguiendo luego los equipos de control, protección comunicaciones y demás.
Instituto Tecnológico de Linares Figura 1. Interruptores de potencia en subestación eléctrica La tensión de una red no es constante, esta permanece variando de acuerdo con las condiciones de funcionamiento que el sistema eléctrico demande. Estas tensiones deben contar con unas características como aislamiento para evitar que ocurran fallas, cada subestación es construida con una tensión de operación y tensión máxima de servicio. La tensión máxima es asignada al sistema según la IEC 60038, de aquí se deriva que la tensión máxima de un equipo es el máximo valor de tensión asignada del sistema para el que el equipo o material debe ser utilizado. La base para el desarrollo técnico en el diseño de una subestación , es formada por nuevas tecnologías, requisitos dados por las empresas de suministro eléctrico y el cliente final. El diseño mecánico y eléctrico de las subestaciones presenta un gran reto para los ingenieros diseñadores, pues
