En un artículo anterior, tratamos brevemente la selección del número de transformadores en subestaciones. En este artículo profundizaremos en cómo determinar el número de transformadores necesarios para una subestación.
Ⅰ. Determinar el número en función de la carga
La carga del transformador viene determinada principalmente por los requisitos de fiabilidad del suministro eléctrico y las posibles pérdidas o repercusiones de los cortes de electricidad.
1、Carga primaria:
Las cargas primarias son aquellas en las que las interrupciones del suministro eléctrico pueden causar pérdidas o impactos políticos y económicos significativos. Por ejemplo, el suministro eléctrico antirrobo de un gran museo. Si el suministro eléctrico se interrumpe, puede provocar el robo de valiosas reliquias culturales y objetos expuestos. En tales condiciones, se necesitan al menos 2 transformadores para garantizar que si falla 1 transformador o línea eléctrica, los otros transformadores o líneas puedan asumir la carga, asegurando un suministro eléctrico ininterrumpido.
2、Carga secundaria:
Las cargas secundarias se refieren a aquellas en las que las interrupciones del suministro eléctrico pueden causar pérdidas o impactos políticos y económicos considerables. Por ejemplo, los cortes de electricidad en grandes teatros y centros comerciales, que son lugares públicos importantes con gran afluencia de público, pueden provocar desórdenes. Las cargas secundarias suelen requerir medidas de energía de reserva, pero no son tan estrictas como las primarias. Generalmente, se utilizan 2 transformadores, 1 principal y 1 de reserva.
3、Carga terciaria:
Las cargas terciarias se refieren a otras cargas de potencia que no entran en las categorías primaria y secundaria. Por ejemplo, algunas instalaciones comerciales no críticas que no tienen requisitos especiales de suministro eléctrico y pueden tolerar cortes de suministro más prolongados suelen necesitar solo 1 transformador.
4、Otras cargas:
Además de los tipos de cargas anteriores, existen otros tipos de cargas. Por ejemplo, las cargas estacionales cambian debido a las variaciones estacionales, normalmente relacionadas con el clima y la temperatura; las cargas concentradas se producen cuando una gran cantidad de demanda de energía se concentra en un único transformador o subestación, a menudo en zonas industriales con grandes demandas de energía. Para este tipo de cargas, deben instalarse al menos 2 transformadores.
Ⅱ. Determinación del número en función de los niveles de tensión
1、Bajo voltaje:
Las subestaciones con tensiones iguales o inferiores a 1 kV se consideran subestaciones de baja tensión y sirven principalmente a cargas locales, como pequeñas fábricas y zonas residenciales. Estas pequeñas subestaciones suelen instalar 1 transformador. Para escenarios con elevados requisitos de fiabilidad del suministro eléctrico, puede considerarse la instalación de 1 transformador de reserva.
2、Media tensión:
Las subestaciones con tensiones de 1kVA a 35kVA se consideran subestaciones de media tensión, utilizadas principalmente en redes urbanas y sistemas de distribución de empresas industriales y mineras. En la práctica, las subestaciones de media tensión suelen instalar 1-2 transformadores.
3、Alto voltaje:
Las subestaciones con tensiones de 35kV a 220kV son subestaciones de alta tensión, que sirven como líneas principales para la transmisión de energía, capaces de transmitir energía desde las centrales eléctricas a zonas de consumo distantes. En la práctica, las subestaciones de alta tensión suelen instalar de 2 a 3 transformadores. Para garantizar la fiabilidad y flexibilidad del suministro eléctrico, se suele recomendar configurar al menos 2 transformadores.
4、Extra Alto Voltaje:
Las subestaciones con tensiones de 220kVA a 765kVA se consideran subestaciones de extra-alta tensión (EHV), utilizadas principalmente para la transmisión de energía a larga distancia y el backb1 de grandes sistemas eléctricos. En la práctica, las subestaciones de muy alta tensión suelen instalar de 3 a 4 transformadores, con números específicos que varían en función de las necesidades reales. El diseño redundante (por ejemplo, N+1 o N+2) es una medida importante para garantizar una alta fiabilidad en el suministro eléctrico.
5、Ultra Alto Voltaje:
Las subestaciones con tensiones iguales o superiores a 1.000 kVA se consideran subestaciones de muy alta tensión (UHV) y se utilizan principalmente para la transmisión de energía a muy larga distancia y las interconexiones de redes internacionales. En la práctica, las subestaciones de ultra alta tensión instalan al menos 4 transformadores, con números específicos que varían en función de las necesidades reales. Se instalan transformadores adicionales para redundancia y reserva.
6、Corriente continua de alto voltaje:
Las subestaciones de corriente continua suelen utilizarse para sistemas de transmisión de corriente continua de alta tensión (HVDC), que se emplean para la transmisión a larga distancia, conexiones de cables submarinos y aplicaciones específicas de energía. En la práctica, las subestaciones de CC de alta tensión suelen instalar de 4 a 6 transformadores. Se instalan transformadores adicionales para redundancia y reserva.
7、Corriente continua de muy alto voltaje:
Las subestaciones de corriente continua de muy alta tensión (UHVDC) suelen utilizarse para la transmisión de energía a larga distancia y de gran capacidad, como los intercambios internacionales de energía o la transmisión a larga distancia. En la práctica, las subestaciones UHVDC instalan al menos 6 transformadores. Se instalan transformadores adicionales para redundancia y reserva.
Ⅲ. Determinación del número en función del tamaño de la subestación
1、Pequeña subestación:
Las subestaciones pequeñas, con capacidades que oscilan entre unos pocos MVA y decenas de MVA, dan servicio a pequeñas zonas industriales, comerciales, residenciales y de distribución rural. Suelen instalar 1-2 transformadores, con equipos relativamente sencillos, adecuados para zonas con poca demanda de carga.
2、Subestación Media:
Las subestaciones medianas, con capacidades que oscilan entre decenas de MVA y cientos de MVA, dan servicio a redes de distribución urbanas, zonas industriales medianas, grandes zonas residenciales y centros de distribución regionales. Suelen instalar 2-3 transformadores, con equipos más complejos, adecuados para zonas con una demanda de carga moderada.
3、Gran Subestación:
Las grandes subestaciones con capacidades de varios cientos de MVA o más dan servicio a grandes redes eléctricas urbanas, importantes zonas industriales y redes principales de transmisión de energía. Suelen instalar 3 o más transformadores, con equipos complejos y diseños de alta fiabilidad y redundancia, adecuados para zonas con gran demanda de carga y nodos eléctricos críticos.
4、Ultra Large Substation:
Las subestaciones ultra grandes, con capacidades que van de varios cientos de MVA a miles de MVA, sirven para la transmisión de energía a larga distancia, el suministro de energía a grandes ciudades e industrias y las interconexiones de redes internacionales. Estas subestaciones suelen instalar entre 4 y 8 transformadores, con transformadores adicionales de redundancia para garantizar una alta fiabilidad. También están dotadas de equipos auxiliares como disyuntores, compensadores síncronos y dispositivos de protección para hacer frente a emergencias y necesidades de mantenimiento.
Ⅳ. Determinación del número en función de las condiciones económicas
1、Condiciones económicas bajas:
- Subestación pequeña: Normalmente configura 1 transformador para ahorrar costes, con menos transformadores de reserva.
- Subestación media: Normalmente configura 1-2 transformadores, teniendo en cuenta los costes y las necesidades básicas de suministro eléctrico.
- Subestación grande: Normalmente configura 2-3 transformadores, teniendo en cuenta la fiabilidad y redundancia del suministro eléctrico.
- Subestación ultra grande: Normalmente configura 3-4 transformadores en función de las necesidades de suministro eléctrico de gran capacidad y un cierto grado de fiabilidad del suministro eléctrico.
2、Condiciones económicas moderadas:
- Subestación pequeña: Normalmente configura 1-2 transformadores, con al menos 1 transformador de reserva para mejorar la fiabilidad del suministro eléctrico.
- Subestación media: Normalmente configura 2 transformadores, con 1 transformador de reserva.
- Subestación grande: Normalmente configura 2-3 transformadores, con 1 transformador de reserva.
- Subestación ultra grande: Normalmente configura de 4 a 6 transformadores en función de las necesidades de suministro eléctrico de gran capacidad y de los requisitos de fiabilidad del suministro eléctrico.
3、Altas condiciones económicas:
- Subestación pequeña: Normalmente configura 2 transformadores, con 1 transformador de reserva.
- Subestación media: Normalmente configura 2-3 transformadores, con 1 o más transformadores de reserva.
- Subestación grande: Normalmente configura 3-4 transformadores, con 1-2 transformadores de reserva.
- Subestación ultra grande: Normalmente configura de 4 a 8 transformadores, con transformadores de reserva adicionales según sea necesario.
El número de transformadores no sólo depende de los factores anteriores, sino que también debe diseñarse y planificarse en función de los requisitos específicos del sistema eléctrico. Los distintos países y regiones tienen sus propios métodos y normas de clasificación. Además, con los avances tecnológicos y la creciente demanda de energía, la escala y los niveles de tensión de las subestaciones cambian constantemente. Por lo tanto, no existe una norma fija para el número de transformadores de una subestación.
