Petites, mitjanes i grans subestacions

Les subestacions de distribució es disposen en moltes mides i configuracions. Una petita subestació rural pot tenir una potència màxima nominal de 5 MVA, mentre que una estació urbana pot ser major d' 200 MVA.

Les figures 1 a 3, es mostren exemples de petites, mitjanes i grans subestacions. Hi han molts dissenys possibles, moltes elèctriques han estandarditzat la subestació pel que fa a mides de transformadors, sistemes de distribució, automatització i la integració a sistemes SCADA (control de supervisió i adquisició de dades). La majoria de les configuracions de busos de la subestació de distribució són simples amb redundància limitada.

Figura 1 - Exemple subestació per distribució rural

Els transformadors més petits que 2,5 MVA estan normalment protegits amb fusibles. Els fusibles són de baix cost i simples, no necessiten de sistemes de control i ocupen poc espai. Els fusibles no són particularment sensibles, especialment per a l'evolució de les falles internes.

Els transformadors més grans solen tenir protecció amb relé que opera un disjuntor. Aquest relés, sovint inclouen la protecció diferencial, relés de sobrepressió i relés de sobrecorrent.

Tant la protecció diferencial com els relés sobressió, són prou sensibles per detectar els errors interns i així desconnectar el circuit per limitar el possible dany addicional al transformador. De tant en tant, els relés operen un seccionador de posada a terra.

L'estació transformadora està normalment protegida per relés diferencials que controlen si el corrent d'entrada del transformador és molt igual al corrent de sortida. També pot incloure sensors de pressió. El dispositiu de protecció del costat d'alta és sovint un interruptor, però també pot ser un ruptofusible.

Figura 2 - Exemple de subestació suburbana de distribució

Les subestacions de dos bancs de transformació, són molt comunes (Figura 2); aquests són el disseny estàndard per a moltes elèctriques, de manera que la mida dels transformadors són igualsaixí, si falla qualsevol dels transformadors, la unitat restant pot portar la càrrega de tota la subestació.

La majoria de les elèctriques, normalment, utilitzen una barra dividida: La barra d'enllaç entre els dos busos normalment es deixa oberta a subestacions de distribució. Els avantatges d'un bus dividit són:

• Baixa corrent de falla - Aquesta és la raó principal per què els llaços de barres estiguin oberts. Per a una estació de dos bancs amb els mateixos transformadors, obrint l'enllaç de barra, el corrent de falla passa a ser de la meitat.
• Corrent circulant - Amb un bus dividit, el corrent no pot circular a través dels dos transformadors.
• La regulació del bus - Regulació de voltatge de la barra, és també més simple amb una barra dividida. Amb el llaç tancat, el control del reguladors de tensió amb canviadors de preses en paral·lel, és més difícil.

Tenir l'enllaç de barra tancada té alguns avantatges, i moltes companyies, usen bucles o llaços tancats en algunes circumstàncies. Un enllaç de barra tancada és millor per a:

• Les xarxes secundàries - Pels alimentadors de cada subministrament de barres, ja sigui in situ o de xarxes secundàries, bucles tancats , ajuden a prevenir que circula corrent a través de les xarxes secundàries.
• Càrrega desigual - Un enllaç de barra tancada ajuda a equilibrar la càrrega dels transformadors. Si el conjunt d'alimentadors en una barra té significativament diferents patrons de càrrega (ja sigui de temporada o diaris), un enllaç de barra tancada ajuda a equilibrar la càrrega (i per tant l'envelliment) dels dos transformadors.

Figura 3 - Exemple subestació de distribució urbana

Si l'enllaç de barra està obert o tancat, té poc impacte en la fiabilitat. En el cas estrany que falli un transformador, tots dos dissenys permeten que l'estació sigui reconfigurada perquè un transformador subministra tota les línies connectada a una barra.

La figura 3 mostra un exemple d'una gran subestació urbana amb alimentadors que subministren xarxes secundàries. Si els alimentadors estan subministrant xarxes secundàries, no és crític per mantenir la continuïtat per a cada alimentador, però és important per evitar la pèrdua de qualsevol secció d'una barra

Font: Electrical Engineering

Les subestacions elèctriques

Les subestacions de distribució són punts d'una xarxa de distribució d'energia elèctrica on es transforma la tensió d'alta a una de nivell mitjà, adequat per subministraments industrials en MT, i per a la posterior transformació i distribució als consumidors finals en baixa tensió. L'element més important de cada subestació és un transformador de potència, la qual cosa permet una interconnexió entre dues o tres xarxes de diferent nivell de tensió. L'estructura d'aquest tipus de subestacions sol ser complexa, inclosos els interruptors, comptadors, sistemes de protecció i les telecomunicacions les quals permeten el control de la subestació en diferents condicions d'operació.

Una disposició típica de subestació podria ser de 110/35/10 kV (40/20/5 kV en el cas d'Estabanell Energia). En general, hi ha dos transformadors de potència en les subestacions de distribució d'aquest tipus, i poden funcionar de manera independent o en paral·lel. Cada transformador té tres debanats que estan connectats al sistema de barres corresponent.

El sistema de barres d'alta tensió (110 kV o 40 kV) s'alimenta a través de la línia de transport de 110 kV o subtransport a 40 kV les quals poden ser de tipus radial o en bucle o anell. El transformador d'alta tensió està sempre connectat en estrella, formant el punt neutre, que està connectat a terra directament. En el cas d'Estabanell Energia, pels nivells de 40 kV són connexions en triangle.

Pel nivell de MT d'un transformador solen ser triangle, de manera que el seu punt neutre està sempre connectat a terra a través d'impedància o resistència de PAT amb la finalitat de limitar els corrents de falla a terra. És important assenyalar que els transformadors tenen impedància de posada a terra comuna. Els terminals del debanament estan connectats a la barra de mitja tensió. Cada transformador alimenta la seva pròpia barra, però si es tanca l'interruptor d'encoblament de barres, es poden posar en paral·lel. Diverses línies de distribució d'energia de sortida estan connectades al sistema de barres de MT, de manera que la distribució de MT s'opera de forma radial.

El tercer debanat del transformador de potència (el de més baixa tensió) pot ser en triangle o estrella, i el seu propòsit és proporcionar la tensió d'aquest nivell. Estan connectats a les barres de la MT de menor nivell i solen haver-hi mes sortides de distribució alimentades des d'aquesta barra

El propòsit principal de la subestació és proporcionar subministrament d'energia elèctrica fiable i continu per als consumidors connectats a la xarxa de distribució. En certes situacions, per exemple quan es produeix una fallada en la xarxa de distribució, cal interrompre el servei fins que s'elimina la falla. L'operació contínua en cas de fallada pot portar a la destrucció parcial o total dels components del sistema de distribució, per tant, cada subestació de distribució ha de disposar de diferents sistemes de protecció. L'objectiu és reconèixer qualsevol falla significativa que sorgeixi a la xarxa de distribució o a la pròpia subestació.

Les recomanacions tècniques, per la xarxa de distribució d'energia elèctrica i també per a la protecció dels transformadors de potència inclouen:

• La protecció bàsica d'errors interns de trafo (Diferencial de trafo)
• Protecció de n-1 de trafo (Cuba)
• Protecció de sobrecàrrega (fases i neutre)
• Protecció de sobretensió (Bucholz, Jansen, Xemeneia)
• Un altre tipus de protecció