FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Eléctrica OPERACIÓN DE SUBESTACIONES FOLLETO DE HOJAS GUÍA DESCRIPCIÓN BREVE Folleto didáctico de apoyo para el desarrollo y comprensión de las prácticas de laboratorio. Este documento contiene el sílabo, hojas guía, hojas de datos y secciones para apuntes de clase. Semestre 2020 - A
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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
Carrera de Ingeniería Eléctrica
OPERACIÓN DE SUBESTACIONES
FOLLETO DE HOJAS GUÍA
DESCRIPCIÓN BREVE Folleto didáctico de apoyo para el desarrollo y
comprensión de las prácticas de laboratorio.
Este documento contiene el sílabo, hojas guía, hojas
de datos y secciones para apuntes de clase.
Semestre 2020 - A
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SÍLABO
INFORMACIÓN CURRICULAR
RESULTADOS DEL APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA
Tipo1 Resultados del Aprendizaje Formas de evidenciar los
Aprendizajes2
C
Identificar, entender y realizar simulaciones en el computador de operaciones básicas de subestaciones con esquemas de doble barra y barra principal y de transferencia, en lo relacionado a energización y desenergización de bahías de acoplamiento o transferencia, barras, líneas de transmisión y transformadores.
Modelación en computador de los distintos tipos de esquemas de barras de las subestaciones eléctricas. Programación en computador de los diferentes enclavamientos requeridos previo la realización de maniobras con los equipos de seccionamiento/corte que forman parte de las subestaciones.
D
Diseñar e Implementar programas tendientes a realizar las operaciones básicas de subestaciones correspondientes a líneas de transmisión, transformadores y acoplamientos.
Trabajos preparatorios que incluyen diferentes propuestas para implementar programas relacionados con los requerimientos mínimos necesarios para la operación de una subestación.
V/A
Liderar el trabajo en grupo, tendiente a obtener una operación óptima del sistema considerando aspectos técnicos y de colaboración personal.
Emite su opinión sobre la mejor alternativa para brindar solución a la operación adecuada de una subestación dentro del contexto de maniobras con equipos de seccionamiento y corte.
C=Conocimientos, D=Destrezas, VA=Valores y Actitudes 2 Descripciones específicas, medibles y demostrables a través de evidencias de lo que el estudiante deberá hacer para el logro de los resultados del aprendizaje CONTENIDOS PRÁCTICA 1: Programación De Autómatas Programables Con Step 7 PRÁCTICA 2: Operación De Una Subestación Con Esquema De Barra Simple PRÁCTICA 3: Operación De Una Subestación Con Esquema De Barra Principal Y Transferencia Maniobra 1 PRÁCTICA 4: Operación De Una Subestación Con Esquema De Barra Principal Y Transferencia Maniobra 2 PRÁCTICA 5: Operación De Una Subestación Con Esquema De Doble Barra 2 Maniobra 1 PRÁCTICA 6: Operación De Una Subestación Con Esquema De Doble Barra 2 Maniobra 2
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
1. Ramírez Carlos Felipe, Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión, Mejía Villegas S.A.,
Segunda Edición, 2003.
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
1. IEEE, “Integración y automatización de subestaciones”, 2003. 2. Gill Paul, “Electrical Power Equipment Maintenance and Testing”, Second Edition, CRC
Press, 2009. 3. McDonald John, “Electric Power Substation Engineering”, Second Edition, 2007.
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METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE
Análisis y deducción, con lo que se desarrolla el pensamiento lógico, crítico y creativo, con el siguiente procedimiento:
1. Trasmisión de información. 2. Autoaprendizaje. 3. Trabajo colaborativo. 4. Adaptación y Apertura. 5. Uso de tecnologías de la información y el conocimiento.
POLÍTICAS DE DESARROLLO DEL CURSO
• Promover motivación permanente a través del énfasis de conocimientos significativos.
• Uso de software de apoyo.
• Interacción permanente docente- estudiante.
• Búsqueda de concreción de cambios graduales integrales: conocimientos-destrezas y actitudes.
Con tal antecedente, el presente Código de Ética define la norma de conducta de los miembros de la Escuela Politécnica Nacional: Respeto Hacia Sí Mismo y hacia los Demás
• Fomentar la solidaridad entre los miembros de la comunidad.
• Comportarse de manera recta, que afirme la autoestima y contribuya al prestigio institucional, que sea ejemplo y referente para los demás.
• Respetar a los demás y en particular la honra ajena y rechazar todo tipo de acusaciones o denuncias infundadas.
• Respetar el pensamiento, visión y criterio ajenos.
• Excluir toda forma de violencia y actitudes discriminatorias.
• Apoyar un ambiente pluralista y respetuoso de las diferencias.
• Convertir la puntualidad en norma de conducta.
• Evitar el consumo de bebidas alcohólicas, tabaco, substancias psicotrópicas o estupefacientes.
Honestidad
• Hacer de la honestidad el principio básico de comportamiento en todos los actos.
• Actuar con justicia, probidad y diligencia.
• Actuar de acuerdo a la conciencia, sin que presiones o aspiraciones particulares vulneren los intereses institucionales.
• Velar por el cumplimiento de las garantías, derechos y deberes de los miembros de la Comunidad Politécnica.
• Tomar oportunamente las medidas correctivas necesarias para superar las irregularidades que pudieren ocurrir.
Verdad
• Hacer una mística de la prosecución de la verdad, tanto en la actividad académica como en lo cotidiano.
• Informar con transparencia y en forma completa.
• Emitir mensajes con autenticidad, que no distorsionen eventos ni realidades. Compromiso Con La Institución
• Ser leal a la Politécnica y a los valores institucionales.
• Cumplir las normas constitucionales, legales, estatutarias, reglamentarias y las resoluciones de la autoridad legítimamente designada.
• Reconocer y aceptar las consecuencias de las decisiones.
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PRÁCTICA N°1
1. TEMA
PROGRAMACIÓN DE AUTÓMATAS PROGRAMABLES CON STEP 7 / UNITY PRO
2. OBJETIVOS
2.1. Practicar el empleo del software STEP 7 / UNITY PRO.
2.2. Practicar el uso del software de simulación PLC-S7 200.
2.3. Practicar el uso del software de simulación PLC-SIMU
3. MARCO TEÓRICO
Un autómata programable es equipo electrónico de control que mediante programación se
especifica la secuencia de operaciones a realizar dentro de un proceso, el lenguaje gráfico de
contactos es el más utilizado para dicha programación.
La secuencia de operación se define sobre señales de entrada y salida que deben ser
cableadas en los bornes de conexión del autómata. Para programar el autómata en las
prácticas se utilizará el software STEP 7. [1]
STEP 7, o S7, es un software de programación del PLC (controladores lógico programable)
SIMATIC-S7, de Siemens.
El S7 es un sistema de programación y control lógico de autómatas, según la norma IEC
61131-3
STEP 7 utiliza lenguajes de programación según la norma DIN EN 61131-3 disponiendo de
tres lenguajes:
• FBS - Funktionsbausteinsprache FUP Funktionsplan, diagrama de funciones
• KOP - Kontaktplan englisch LD o LAD, diagrama de contactos
• AWL - Anweisungsliste englisch STL, lista de instrucción1
Según la norma EN 61131-3 (Engineering Tools):
• S7 SCL (Structured Control Language) Lenguaje de texto estructurado
[5] Hermanos Mejía Villegas Ingenieros, «Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión,»
Colombia, HMV Ingenieros, 1991, pp. 25-40.
[6] H. M. V. Asociados, «Subestaciones de Alta y Extra Alta Tensión,» Colombia, HMV
Ingenieros, 1991, pp. 62-76.
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APUNTES EN CLASE
PRÁCTICA 3: Operación De Una Subestación Con Esquema De Barra Principal Y Transferencia Maniobra 1
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PRÁCTICA N°4
1. TEMA
ENERGIZACIÓN Y DESENERGIZACIÓN DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA DE
230/138 kV INSTALADO EN UNA SUBESTACIÓN CON ESQUEMA DE BARRA PRINCIPAL Y
TRANSFERENCIA
2. OBJETIVO
2.1. Aprender los enclavamientos necesarios para la energización de transformadores de
potencia pertenecientes a una subestación con esquema de barra principal y
transferencia.
2.2. Aprender el conjunto de enclavamientos que permite operar adecuadamente la
subestación durante la energización y desenergización de un transformador de potencia,
utilizando para ello el programa Step 7 / Unity Pro.
3. MARCO TEÓRICO
El esquema de barra principal y transferencia es una de las configuraciones más utilizadas en subestaciones del Sistema Nacional de Transmisión ecuatoriano debido a las ventajas que brinda y a su relativo bajo costo [4]
Y dado que usualmente en una o varias de las bahías de una subestación se encuentran conectados transformadores de potencia, los cuales permiten la conexión de usuarios de grandes potencias y la interconexión entre subestaciones o entre patios de esta, es necesario conocer los fenómenos que ocurren al energizar o desenergizar los mismos.
Los transformadores de potencia se energizan generalmente en vacío. Lo cual origina la circulación de una corriente inicial de magnetización de gran magnitud, dependiendo del valor instantáneo de la tensión en el momento de la energización.
Considerando que la corriente de magnetización se encuentra en fase con el flujo que ésta produce en el núcleo del transformador. Al energizar el transformador en vacío la onda de tensión está cruzando por cero, el flujo instantáneo correspondiente a este valor de tensión es su valor pico. Suponiendo que en el núcleo no hay flujo remanente y debido a que el flujo no puede cambiar de cero al valor pico en forma instantánea, aparecerá una componente de flujo exponencial decreciente con un valor inicial igual, pero de sentido contrario al valor pico de la componente sinusoidal del flujo, de modo que el valor inicial total del flujo sea cero.
El flujo total, correspondiente a la suma entre la componente sinusoidal y la componente transitoria, esta tendrá en los primeros ciclos valores picos que pueden saturar el núcleo presentándose valores muy altos de corriente de magnetización como se puede observar en la Figura 1.
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Figura 1. Onda de tensión - corriente de magnetización, energización de trasformadores de
potencia
Durante la desenergización de los transformadores no se producen fenómenos transitorios; sin
embargo, es conveniente determinar la polaridad de la tensión en el momento de la des
energización para poder determinar la polaridad del flujo remanente. Esto se obtiene mediante
un relé de mando sincronizado que garantice que la apertura se real ice siempre cuando se tiene
una polaridad específica. [2]
Figura 2. Esquema de barra de la subestación a simular.
Tensión
Flujo Total
Flujo CC
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Para el desarrollo de la práctica, se simulará la energización de un transformador de potencia de
230/138 kV instalado en una subestación de 230 kV con esquema de barra principal y
transferencia; la subestación estará conformada por tres posiciones de la siguiente forma:
• Posición 1: Línea de transmisión de 230 kV.
• Posición 2: Transformador de potencia de 230/138 kV.
• Posición de Transferencia.
En la Figura 2 muestra el esquema de la subestación planteada para el análisis.
4. TRABAJO PREPARATORIO
4.1. Dibujar en AutoCAD el diagrama unifilar de una subestación del Sistema Nacional de
Transmisión de Energía (SNT) que haya sido construida con esquema de barra principal
y transferencia y que disponga de al menos tres posiciones. Etiquete todos los equipos
de potencia, corte y seccionamiento. Por ejemplo, seccionador 89-111.
5. EQUIPO Y MATERIALES
• Computador del laboratorio o computador personal portátil.
6. PROCEDIMIENTO
Para la subestación seleccionada en el punto 4.1:
6.1. Programar la lógica de funcionamiento de los equipos de maniobra de la subestación.
6.2. Diseñar la interfaz gráfica que permita simular la operación de la subestación y sus
posiciones.
6.3. Simular la operación de la subestación mediante el uso de STEP 7 / Unity Pro.
.
7. INFORME
7.1. Describa las características técnicas de la subestación que ha analizado, indique a qué
otras subestaciones se conectan las posiciones de su subestación.
7.2. Grafique un diagrama de flujo para cada maniobra que realizó durante la práctica.
7.3. Enliste los bloqueos necesarios para evitar la inadecuada operación de la subestación.
7.4. ¿Si opera inadecuadamente la subestación seleccionada para la práctica existe alguna
afectación para el SNI? Analice y describa el peor caso.
7.5. Investigue qué soluciones existen actualmente para disminuir los riesgos en la operación
de subestaciones de potencia en alto voltaje. En el caso de su subestación, ¿qué
recomendaciones de mejora puede proponer?
7.6. Para una de las posiciones de la subestación en análisis defina en una tabla las
características técnicas de los equipos: seccionadores, disyuntores, TCs, TPs. Adjunte
la hoja de características técnicas de un equipo real Schneider, ABB, Siemens, etc.
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8. REFERENCIAS
[1] MEER, Abril 2018. [En línea]. Available: http://www.regulacionelectrica.gob.ec/wp-