REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN SUPERIOR

UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERA

ESCUELA DE INGENIERA ELCTRICA

CTEDRA: DISEO DE SUBESTACIONES ELCTRICAS

Subestacin con configuracin en H

Realizado por:

Amlcar Rodrguez C.I.: 20.578.334

Eduardo Prez C.I.: 18.201.392

Moiss Caballero C.I.: 19.694.551

Luis Garca C.I.: 18.876.658

Maracaibo, Diciembre de 2014

INDICE

INTRODUCCION

1. Consideraciones generales para el diseo de una subestacin

2. Subestacin con configuracin en H

3. Equipos presentes en una subestacin de configuracin H

3.1. Transformadores de potencia

3.2. Transformadores de corriente

3.3. Transformadores de potencial

3.4. Interruptores de potencia

3.5. Seccionadores

3.6. Barras

4. Distancias para el dimensionamiento de una subestacin

4.1. Ancho de Barras

4.2. Ancho de Campo

4.3. Altura de Campo

4.4. Longitud de Campo

5. Descripcin y planos de la subestacion

5.1. Diagrama Unifilar

5.2. Vistas de equipos

5.2.1. Transformador de Potencia

5.2.2. Interruptor de potencia 1

5.2.3. Interruptor de potencia 2

5.2.4. Seccionador de potencia

5.2.5. Transformador de corriente

5.2.6. Transformador de potencial

5.3. Posiciones y equipos respectivos

5.4. Vista lateral

5.5. Vista frontal

5.6. Vista de planta

CONCLUSION

BIBLIOGRAFIAS

INTRODUCCION

Una subestacin es un componente fundamental en un sistema elctrico de

potencia, debido que permite la eficiente distribucin de energa dentro de este,

elevando y disminuyendo los niveles de tensin para ser transmitida la energa o

distribuida en todo caso. Existen diversos tipos de subestaciones, el uso de cada

una depende de la exigencia del sistema para un rea en particular y adems de

factores econmicos y de espaciamiento entre otros, algunas de estas

configuraciones son la de interruptor y medio, barra principal y de transferencia,

anillo, configuracin en H entre otras, siendo esta ultima la de estudio para este

presente trabajo.

Se har estudio de criterios de diseo y consideraciones para la edificacin

de la ingeniera electromecnica de la subestacin, es decir, clasificacin de

zonas, equipos y disposicin fsica de ellos dentro del patio de conexiones.

1. Consideraciones generales para el diseo de una subestacin

La base para el desarrollo de un proyecto de diseo de una subestacin

elctrica es la normatividad vigente, junto con las nuevas tecnologas, los

requerimientos que establecen las compaas operadoras del sector elctrico y las

necesidades de demanda de energa de los usuarios de un sistema elctrico.

La normativa internacional ms considerada es la elaborada por la Comisin

Electrotcnica Internacional (IEC); le sigue en importancia la normativa

estadounidense (ANSI). Para cada proyecto de diseo se debe tener en cuenta

igualmente la normativa interna de las empresas del sector elctrico de cada pas,

en consecuencia todas servirn de soporte como documentos de consulta.

2. Subestacin con configuracin en H

Este tipo de configuracin es la aplicacin del seccionamiento de un barraje y

ocurre cuando se tienen dos circuitos provenientes de la misma subestacin o de

diferentes subestaciones y estos alimentan a dos transformadores de potencia con

el fin de suministrar energa a una cierta cantidad de cargas repartidas en ellos, el

seccionamiento en la barra da mayor flexibilidad a la operacin de la subestacin.

Figura 1. Configuracin de barra H

3. Equipos presentes en una subestacin de configuracin H

Entre los equipos presentes en una subestacin con configuracin tipo H,

encontramos lo siguientes:

Transformadores de potencia

Transformadores de corriente

Transformadores de potencial

Interruptores de potencia

Seccionadores

Barras

3.1. Transformadores de potencia

Es un equipo que maneja grandes cantidades de voltio amperios.

Usualmente estos transformadores se encuentran instalados en subestaciones

para la distribucin de la energa elctrica y en plantas de generacin elctrica.

Estos realizan dos tareas, una de ellas es reducir los altos niveles de voltaje que

se usan para transmitir la energa elctrica a valores inferiores de media y baja

tensin, la otra tarea es elevar los niveles de tensin provenientes de una planta

de generacin de electricidad para as transmitir eficientemente la energa

Figura 2. Transformador de potencia

3.2. Transformadores de corriente

Es un equipo que utiliza el campo magntico de una corriente alterna en un

circuito primario para inducir una corriente proporcional en un circuito secundario.

Un transformador de Corrientes puede tener uno o varios devanados secundarios

embobinados sobre uno o varios circuitos magnticos separados. La funcin ms

comn para estos equipos es la de medir o censar las corrientes en un circuito

para poder transmitirlas a un dispositivo de proteccin y en caso de una falla

(corriente de operacin anormal) el dispositivo de proteccin actu sobre el

circuito.

Figura 2. Transformador de corriente

3.3. Transformadores de potencial

Son equipos en donde la tensin secundaria dentro de las condiciones

normales de operacin es prcticamente proporcional a la tensin primaria,

aunque un poco desfasada. Su principal funcin es transformar la tensin y aislar

los instrumentos de proteccin y medicin conectados a los circuitos de alta

tensin. El primario del transformador se conecta en paralelo al circuito por

controlar y el secundario en paralelo con las bobinas de tensin de los aparatos de

medicin y proteccin.

Figura 3. Transformador de potencial

3.4. Interruptores de potencia

El interruptor de potencia es un dispositivo electromecnico cuya funcin

principal es la de conectar y desconectar circuitos elctricos bajo condiciones

normales o de falla. Adicionalmente se debe considerar que los interruptores

deben tener tambin la capacidad de efectuar recierres, cuando sea una funcin

requerida por el sistema.

Figura 4. Interruptor de potencia

3.5. Seccionadores

Son equipos que desempean en las redes elctricas diversas funciones,

siendo la ms comn la de seccionamiento de circuitos por necesidades de

operacin o por necesidad de aislar componentes del sistema (equipos o lineas)

para realizar su mantenimiento.

Figura 5. Seccionadores

3.6. Barras

Representan el nodo fsico de la subestacin, son el punto de conexin de

los diferentes circuitos que pueden llegar o salir de dicha.

Figura 6. Barras.

4. Distancias para el dimensionamiento de una subestacin

El dimensionamiento de una subestacin con una configuracin, disposicin

fsica y nivel de tensin, est condicionado por lo siguiente:

Ancho de Barras

Ancho de Campo

Altura de Campo

Longitud de Campo

4.1. Ancho de Barras

Las barras de una subestacin pueden ser del tipo rgido que generalmente

son tubos de aluminio o cobre, o del tipo flexible en donde se utilizan conductores

de cobre, aluminio, aleacin de aluminio o ACSR

En el primero de los casos se utilizan directamente las distancias mnimas

fase-fase en el aire entre conductores, tomando un factor de seguridad entre 5% y

10%. En las fases exteriores de la barra es necesario conservar la distancia

mnima fase-tierra con cualquier objeto alrededor de sta. Si existe otro barraje

adyacente entre las fases ms cercanas de los dos barrajes es necesario

conservar una distancia igual a la fase-fase incrementada en, por lo menos, 25%,

ya que los dos barrajes pueden estar sometidos a sobretensiones diferentes

(especialmente en configuraciones de doble barra). Se toma el incremento del

25% ya que la norma lEC no recomienda valores para estos casos. Lo anterior se

ilustra en la Figura 7.

Cuando se utilizan conductores flexibles es necesario tener en cuenta el

desplazamiento horizontal durante cortocircuitos. La IEC y la CIGR presentan

una metodologa para encontrar la tensin de aisladores y el desplazamiento de

los conductores debido al cortocircuito que dependen de la relacin /

(Fuerza electromagntica/peso del conductor); de la flecha esttica y de las

elongaciones elsticas y trmicas del conductor.

Figura 7. Ancho de barra (caso rgido)

4.2. Ancho de Campo

Como ancho de campo se designa la distancia entre los ejes de las

columnas que forman el prtico de entrada de lneas. El ancho de campo de una

subestacin est determinado por la configuracin y las dimensiones de los

equipos y de los barrajes utilizados.

Bsicamente los aspectos determinantes del ancho de campo son:

Templas o barrajes superiores a lo largo del campo

Dimensiones de los equipos

Cuando se tienen seccionadores de apertura central, estos tienen gran

incidencia en la determinacin del ancho del campo, ya que en posicin

abierta sus brazos permanecen energizados

Cuando se tienen conexiones largas entre equipos con conductores flexibles y

especialmente para bajantes de templas superiores o barrajes a equipos, es

necesario tener en cuenta el desplazamiento de los conductores durante

cortocircuitos.

Ver las Figuras 8 y 9 que siguen para una mayor orientacin grfica del

ancho de campo.

4.3. Altura de Campo

La altura de los prticos de un campo est determinada principalmente por el

tipo de conductores que se utilicen, as como tambin por el nmero de niveles de

conexin que requiera la configuracin de la subestacin.

Figura 8. Ancho de campo determinado por los equipos

El primer nivel de conexin que se encuentra en una subestacin est

conformado por la conexin entre equipos, cuya altura est determinada por las

distancias de seguridad.

El segundo nivel de conexin generalmente est conformado por los

barrajes, cuya altura debe estar por encima del nivel de equipos en distancia por lo

menos igual a la distancia mnima fase-fase, cable-cable.

Cuando se tienen conductores flexibles es necesario tener en cuenta la

flecha de los barrajes, la conexin de los seccionadores de campo a la fase ms

apartada del barraje y el "acercamiento de estas conexiones a los puentes bajo las

estructuras de soporte de barras (en algunos casos para evitar acercamientos se

recomienda instalar un aislador de poste en la conexin de seccionador a la fase

del barraje ms alejada); lo anterior se ilustra en la Figura 10.

Figura 9. Ancho de campo con seccionador de apertura central

El tercer nivel de conexiones generalmente est conformado por templas

superiores, cuya altura debe ser superior a la de los barrajes en, como mnimo, la

distancia fase-fase, cable-cable, aumentada en la flecha mxima de la templa. Es

necesario tener en cuenta acercamientos que se pueden presentar con los

bajantes de las templas superiores (Figura 11).

Cuando se utilizan seccionadores de apertura vertical es necesario

considerar la distancia entre el brazo del seccionador cuando est abierto y la

templa superior con flecha mxima como una distancia mnima fase-fase, punta-

cable para determinar la altura de dicha templa.

Figura 10. Altura de barra 1

Figura 11. Altura de templa superior

La altura de los castilletes para cable de guarda est determinada por el

diseo del apantallamiento de la subestacin.

Es necesario considerar las distancias mnimas de las salidas de lneas que

pasan por encima de cercos perimetrales; la norma IEEE Std 1119 (1988) las

determina como se muestra en la Figura 12.

A las distancias mnimas que determinaron las alturas de campo es

conveniente aplicarles un factor de seguridad de, por lo menos, un 10%. Cuando

las templas superiores y barrajes tienen entre s tensiones de circuitos distintos

durante ciertas operaciones de la subestacin, se recomienda incrementar este

factor de seguridad en un 25%.

Figura 12. Distancias mnimas al cerco del muro

4.4. Longitud de Campo

La longitud de campo est determinada por la configuracin de la

subestacin y por las distancias entre los diferentes equipos.

Esta distancia no est determinada por las distancias mnimas o de

seguridad, sino ms bien por razones de mantenimiento, montaje y esttica.

Para el montaje y mantenimiento se recomienda que los terminales de los

equipos sean accesibles por el personal desde cualquier punto. Se considera que

una distancia mnima aceptable entre terminales de equipos es de 1,0 m a 1,5m

para subestaciones con nivel de tensin 72,5 kV. Partiendo de esta base y de las

dimensiones de los diferentes equipos se puede determinar la distancia entre

equipos de un mismo campo.

Cuando se tienen equipos de aspecto exterior similar, por ejemplo

transformadores de instrumentacin y pararrayos, pero de dimensiones

ligeramente distintas, se puede, por razones estticas, adoptar distancias iguales

entre estos equipos.

En la Tabla 1 se ilustra un intervalo tpico de separacin entre centros de

equipos para diferentes niveles de tensin.

Para la distancia desde el ltimo equipo hasta el cerco perimetral es

necesario considerar la va perimetral, espacio para crcamos de control y de

iluminacin perimetral y espacio para cunetas y de obras civiles. En subestaciones

en donde no se vaya a realizar la ubicacin de una va perimetral es necesario

tener en cuenta las distancias mnimas y de seguridad entre las partes

energizadas y el cerco perimetral.

Tabla 1. Distancia tpicas entre equipos de patio

5. Descripcin y planos de la subestacin

Se planea hacer el diseo fsico de una subestacin con configuracin en H

con una ingeniera bsica, es decir, clasificacin de zonas, equipos y disposicin

de ellos en el patio de conexiones.

Primero que todo tenemos que considerar que entre cada equipo y estructura

debe existir una cierta distancia y posicionamiento fsico que depende de varios

factores, dichas distancias se encuentran tabuladas en funcin de la tensin con la

que se trate como es mostrado en la Tabla 1 que se present anteriormente, por

lo tanto no se profundizara en los planos que se mostraran a seguir en detalles de

esta ndole.

Es importante tener en cuenta el valor de costo del terreno y su ubicacin

geogrfica as que se asumir que se dispone de un rea de trabajo cmoda para

la disposicin de equipos a un costo razonable

Por otro lado se asumir el rea del terreno del patio de conexiones como

conocida con sus respectivos estudios y anlisis de terreno, la malla de puesta a

tierra ira diseada en funcin de estos resultados y no se presentara

esquemticamente, se asumir como ya diseada y dispuesta, no se har

formalismo en su presentacin

Se presentara el diagrama unifilar de la subestacin con sus respectivos

equipos asociados cada una con una notacin en particular y numerados.

Posteriormente se har nfasis en mostrar la proyeccin fsica de cada equipo

para as poder precisar su disposicin.

Se clasificaran las distintas zonas de la subestacin con sus equipos

respectivos.

Por ultimo se mostraran los planos resultantes de la subestacin dividas por

tipos de visualizaciones (planos electromecnicos), es decir, vista lateral, frontal y

de planta, todo diseado en funcin de las consideraciones anteriores.

5.1. Diagrama Unifilar

5.2. Vistas de equipos

5.2.1. Transformador de Potencia

5.2.2. Interruptor de potencia 1

5.2.3. Interruptor de potencia 2

5.2.4. Seccionador de potencia

5.2.5. Transformador de corriente

5.2.6. Transformador de potencial

5.3. Posiciones y equipos respectivos

Posicin de Lnea

Posicin de Barra 1

Posicin Transformador (Primario)

Posicin Transformador Secundario

Posicin de Barra 2

Posicin de Carga

Transformadores de corriente

Seccionadores

Interruptores automticos

Seccionadores

Barraje

Interruptores automticos

Transformador de tension

Seccionadores

Transformadores de corriente

Interruptores automticos

Seccionadores

Seccionadores

Barraje

Interruptores automticos

Seccionadores

Interruptores automticos

Transformadores de corriente

5.4. Vista lateral

5.5. Vista frontal

5.6. Vista de planta

CONCLUSION

En el presente trabajo se pudo hacer un estudio descriptivo rpido de la

disposicin fsica de los equipos dentro de una subestacin para una configuracin

en particular, equipos como, los transformadores de potencia los cuales son

utilizados para elevar o reducir los niveles de tensin (uno de los propsitos y el

ms importante de la subestacin), los transformadores de corriente y de potencial

cuya finalidad es la de reducir a lecturas razonables para equipos de proteccin

las altas corrientes y voltajes presentes en el circuito, tambin encontramos los

seccionadores e interruptores automticos que son dispositivos de maniobra cada

uno con un uso en particular.

Se estudiaron adems las distancias para el dimensionamiento fsico de una

subestacin, teora fundamental para el diseo y disposicin de los distintos

equipos que componen a la instalacin, caso particular de este trabajo que permite

tener una idea ms clara a cierto nivel de ingeniera de cules son los equipos y

donde deben disponerse fsicamente segn ciertos parmetros y topologa de

diseo de la red (diagrama unifilar), es decir, las distintas zonas o posiciones del

circuito, como la posicin de lnea la cual corresponde a los equipos ya sea de

maniobra o medicin que se encuentran a la entrada de la subestacin, o por otro

lado la posicin de barra en la que encontramos elementos de maniobra y a la

barra la cual es el elemento fsico equivalente de un nodo.

Constituyendo las distintas zonas o posiciones presentes en una

subestacin y para este caso particular que es la de barra H, se logra junto con las

perspectivas de cada equipo hacer un bosquejo elaborado de cmo se vera una

subestacin en H para diferentes perfiles.

BIBLIOGRAFIAS

[1] Ramrez, Carlos F., Subestaciones de alta y extra alta tensin Mejia

Villegas S.A., Segunda Edicin, Colombia, 1991.