curso de diseÑo de subestaciones

CURSO DE DISEÑO DE

SUBESTACIONES

ING. CARLOS SIGCHA

Mayo – 2007

Certificación ISO 9001

COLEGIO DE INGENIEROS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS DE PICHINCHA

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SISTEMA DE POTENCIA

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TIPOS DE SUBESTACIONES

1. De elevación, en una central normalmente o para interconexión de 2 sistemas

2. De reducción, de un nivel de voltaje superior a uno inferior3. De transmisión, 230/138 KV4. De subtransmisión, 138/69 KV; 138/46 KV; 138/34,5 KV5. De distribución, 69/13,8 KV; 69/22 KV; 46/22 KV; 34,5/13,8 KV6. Exterior7. Interior8. Aisladas en aire9. Aisladas en gas ( GIS )

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COMPONENTES PRINCIPALES DE UNA SUBESTACIÓN

1. ESTRUCTURAS2. SISTEMA DE BARRAS3. EQUIPO PRIMARIO ( TRANSFORMADOR DE

POTENCIA,INTERRUPTORES, SECCIONADORES,TRANSFORMADORES DE MEDIDA, PARARRAYOS, ETC. )

4. PROTECCIÓN Y CONTROL5. SISTEMA DE COMUNICACIONES6. SERVICIOS AUXILIARES ( C.A. y C.C. ), ILUMINACIÓN,

CABLEADOY DUCTOS

7. SISTEMA DE CONEXIÓN A TIERRA8. EDIFICIO DE CONTROL9. URBANIZACIÓN

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PLANEAMIENTO BÁSICO DE SUBESTACIONES

1. Estudio de flujos de carga para varias etapas de desarrollo2. Estudio de cortocircuitos para varios tipos de falla ( trifásica, bifásica,

fase-tierra, bifásica a tierra )3. Definición de voltajes, alimentaciones, cargas, capacidad4. Estimación de tamaño en función de esquema de barras, prácticas de

operación y mantenimiento5. Localización en función de generación y cargas, líneas existentes,

caminos de acceso, afectación al medio ambiente, condición del suelo,costo de movimiento de tierras, espacio para ampliaciones futuras, evitarruido de transformadores, evitar interferencia por corona, coordinacióncon líneas existentes, etc.

6. Estudio de impacto ambiental7. Condiciones ambientales: temperatura, viento, nivel isoceráunico,

humedad, altitud, resistividad del terreno

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SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA BÁSICA ( NORMAS ANSI C37.2 )

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SIMBOLOGÍA ELÉCTRICA BÁSICA ( NORMAS IEC 617 )

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ESQUEMAS BÁSICOS DE BARRAS

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PROTECCIÓN DE POSICIÓN DE TRANSFORMADOR

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PROTECCIÓN DE POSICIÓN DE LÍNEA

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PROTECCIÓN DE BARRAS

Nota: Para el esquema de doble barra la protección 87B se implementaráen ambas barras

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DIAGRAMA UNIFILAR SIMPLIFICADO

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ESQUEMAS DE SERVICIOS AUXILIARES C.A.

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ESQUEMAS DE SERVICIOS AUXILIARES DE C.C.

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DIMENSIONAMIENTO DE BARRAS FLEXIBLES1. Determinación de los valores máximos de corriente para cada sector2. Determinación del conductor que pueda transportar la corriente encontrada3. En función de la corriente determinada se encuentra la temperatura del

conductor y considerando el tiempo máximo de exposición se determinael porcentaje de disminución de la tensión de rotura

4. Chequeo por cortocircuitoLos cables deben ser chequeados mecánicamente y termalmenteEn función de la corriente de falla esperada y el tiempo de despeje de lafalla se verifica si el conductor seleccionado no sufrirá daño

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DIMENSIONAMIENTO DE BARRAS RÍGIDAS

)()(125,0 22 kgmLpppM shwm

)()(25,1 2 KgLppF shwm

)(10)(054,0 94

mmJELppS shw

m

2610'2

mmKgdJMX m

m

)(6,7321)(

gmmmsh KHDHhHFF

mKdIMNp gsh 8

2

1004,2

Mm= Par máximo aplicado al conductorFm= Fuerza máxima horizontal sobre un aislador soporteSm= Desplazamiento máximo del conductorXm= Carga máxima en el conductorFmsh= Esfuerzo máximo soportado por el aislador soportepw= Carga por viento sobre el conductorpsh= Fuerza debida al corto circuitoL= Longitud del vano E= Módulo de elasticidadJ= Momento de inerciad= Distancia entre los ejes de los conductoresH= Altura del aislador soporteh= Distancia del conductor del aisladorDm= Diámetro medio del aisladorN= 0,65M= 6,9 (Normas NEMA)I = Corriente eficaz del cortocircuitod’= Diámetro externo del conductor

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TIPOS DE TRANSFORMADORES

1. De elevación2. De reducción3. De potencia ( sobre 2500 KVA )4. De distribución ( hasta 2500 KVA )5. Por tipo de instalación ( interior, exterior )6. Por medio de enfriamiento ( en aceite, seco )7. Por construcción:

- Con conservador- Tanque sellado

8. Por el tipo de enfriamientoOA – ( ONAN ), enfriamiento natural por aireFA – ( ONAF ), enfriamiento por aire forzadoFOA – ( ODAE ), enfriamiento por aceite forzado

9. Por el número de devanados ( dos devanados, tres devanados )

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CARGABILIDAD DE TRANSFORMADORES

)(8429.0 22

21 KVAPPCEI

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DEFINICIONES DE PARÁMETROS DE VOLTAJE Y CORRIENTECORRIENTE NOMINAL: 200, 400, 630, 800, 1250, 1600, 2000, 2500,

3150, 4000, 5000, 6300 A

CORRIENTE NOMINAL DE CORTOCIRCUITO A VOLTAJE NOMINAL:Es la corriente de falla que un disyuntor puede interrumpir al voltajeespecificado: 20, 31,5, 40, 50, 63 KA

MÁXIMA CORRIENTE DE INTERRUPCIÓN SIMÉTRICA:20,31,5,40,50,63 KA

CORRIENTE DE CORTO TIEMPO (3s): Valor eficaz de la corriente que un dispositivo de interrupción puede llevar en posición cerrada por corto tiempo:

8, 10, 12,5, 16, 20, 25, 31,5, 40, 50, 63, 80, 100 KACAPACIDAD DE CIERRE Y BLOQUEO:54,85,108,135,170 KA

CORRIENTE DE CONTACTO NOMINAL ( IEC-ANSI ): Corriente máxima en la primera onda del cortocircuito : 20,31,5,40 KA

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DEFINICIONES DE PARÁMETROS DE VOLTAJE Y CORRIENTE

VOLTAJE NOMINAL: 3, 6, 7,2, 12, 17,5, 24, 36, 69, 110, 123, 145,170, 245 KV ( IEC ) : 2,4, 4,16, 7,2, 13,8, 23, 34,5, 46, 69, 115, 138, 161, 230 KV (ANSI)

VOLTAJE SOPORTADO AL IMPULSO: Valor pico de una onda normalizada

(1,2/50 µs) que un dispositivo puede soportar para una tensión determinada, que define el nivel de aislamiento de un equipo

VOLTAJE SOPORTADO A 60 Hz: Valor eficaz de un voltaje a frecuenciaindustrial que un aislamiento puede soportar por un minuto ( seco )o 10 s ( húmedo )

VOLTAJE SOPORTADO A LA ONDA CORTADA: Valor pico de la onda deimpulso normalizada que produce la descarga en la cresta de la onda

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE TRANSFORMADORES

1. Potencia de cada devanado (KVA), para una elevación de temperaturade: 55°C, 65°C o 55/65°C sobre una temperatura media de 30°C

2. Número de fases3. Medio aislante4. Tipo de montaje: interior, exterior5. Número de devanados: 2, 36. Relación de transformación ( V )7. Derivaciones ( taps )8. Nivel básico de aislamiento ( KV pico ), BIL9. Voltaje soportado a 60 Hz ( KV eficaz )10. Voltaje soportado a la onda de impulso cortada ( KV pico )11. Voltaje soportado al frente de la onda de impulso ( KV pico )12. Voltaje soportado a la onda de maniobra ( KV pico )13. Impedancia ( % )14. Tipo de enfriamiento15. Pérdidas en vacío ( KW )16. Pérdidas en carga ( KW )17. Factor de potencia18. Frecuencia ( Hz )19. Normas: ANSI C57.12 ; IEC 76,137,296,354,606

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TIPOS DE INTERRUPTORES

1. Tanque muerto2. Tanque vivo3. Gran volumen de aceite4. Pequeño volumen de aceite5. En SF66. En vacío7. De baja tensión: Termomagnéticos en caja moldeada, Termomagnéticos

convencionales, con protección diferencial8. De media y alta tensión: sobre los 2,4 KV9. Exterior10. Interior: Metalclad, Metalenclosed11.Fijo12.Extraíble13.Por el número de polos: Tripolar, Bipolar, Monopolar14.Por el mecanismo de operación: Resorte operado a motor, Neumático, Hidráulico

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE INTERRUPTORES

1. Voltaje nominal y máximo ( KV eficaz )2. Corriente nominal3. Factor de rango de voltaje ( K )4. BIL ( KV cresta )5. Voltaje soportado a 60 Hz ( Kv eficaz )6. Corriente de interrupción a voltaje nominal ( A )7. Tiempo de interrupción ( ciclos )8. Corriente de corto tiempo, 3 seg.9. Corriente de bloqueo y cierre ( A )10.Corriente de contacto nominal ( A )11.Voltaje de onda cortada ( KV cresta )12.Frecuencia ( Hz )13.Mecanismo de operación – Medio de extinción14.Voltaje de control15.Voltaje de radio interferencia (µV )16.Distancia de fuga ( mm )17.Ciclo de operación

Normas: ANSI C37, IEC 56, IEC 60056

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FACTORES DE CORRECCIÓN POR ALTITUDNORMA ANSI C37.30

ALTITUD(msnm)

10001200150018002100240027003000360042004800

VOLTAJESOPORTADO (1)

1,000,980,950,920,890,860,830,800,750,700,65

CORRIENTE (2)

1,00 0,9950,99 0,9850,98 0,97 0,9650,96 0,95 0,9350,925

TEMPERATURA (3)

1,00 0,9920,98 0,9680,9560,9440,9320,92 0,8960,8720,848

FACTORES DE CORRECCIÓN A APLICARSE A

NOTAS:(1) APLICABLE A VOLTAJES A LA ONDA DE IMPULSO Y A VOLTAJE SOPORTADO A 60 Hz,

SECO Y HÚMEDO(2) PARA UNA TEMPERATURA AMBIENTE MÁXIMA DE 40°C EN EL CASO DE EQUIPOS NO

INSTALADOS EN CUBICULO Y 40°C AL EXTERIOR PARA EL CASO DE EQUIPOS ENCERRADOS EN CUBICULO

(3) LOS FACTORES DE CORRECCIÓN DE CORRIENTE Y TEMPERATURA NO DEBEN SERAPLICADOS AL MISMO TIEMPO

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COORDINACIÓN DE PARÁMETROS DE INTERRUPTORES NORMA IEC 56.2

VOLTAJE CORRIENTE NOMINAL CORRIENTE NOMINAL

NOMINAL DE INTERRUPC.KV kA A A123 12.5 800 1250

20 1250 1600 200025 1250 1600 200040 1600 2000

145 12.5 800 125020 1250 1600 200025 1250 1600 2000

31.5 1250 1600 2000 315040 1600 2000 315050 2000 3150

170 12.5 800 125020 1250 1600 2000

31.5 1250 1600 2000 315040 1600 2000 315050 1600 2000 3150

245 20 1250 1600 200031.5 1250 1600 200040 1600 2000 315050 2000 3150

300 16 1250 160020 1250 1600 2000

31.5 1250 1600 2000 315050 1600 2000 3150

362 20 200031.5 200040 1600 2000 3150

420 20 1600 200031.5 1600 200040 1600 2000 315050 2000 3150 4000

525 40 2000 3150765 40 2000 3150

VOLTAJE CORRIENTE NOMINAL DE

INTERRUPC.NOMINAL

KV KA A38 (34) 22 1200

72.5 (69) 37 2000121 (115) 20 1200

40 1600 2000 300063 3000

145 (138) 20 120040 1600 2000 300063 2000 300080 3000

169 (161) 16 120031.5 160040 200050 2000

245 (230) 31.5 1600 2000 300040 2000 300063 3000

362 (345) 40 2000 3000550 (500) 40 2000 3000765 (700) 40 2000 3000

NORMA ANSI C37.06

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TIPOS DE SECCIONADORES

1. Apertura vertical ( A )2. Apertura lateral ( D )3. Apertura central ( E )4. Doble apertura central ( B )5. Pantógrafo ( vertical ) ( J )6. Tilting ( C,F )7. Con cuchilla de tierra ( G )8. Apertura con pértiga ( H ). Solo son unipolares9. Bajo carga10.Por tipo de mando: Manual y Motorizado11.Por tipo de montaje: Horizontal y Vertical

Nota: La designación es de acuerdo con las normas ANSI C37.32

Normas: ANSI C37.32, IEC 62271-102, NEMA

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE SECCIONADORES

1. Voltaje nominal y máximo ( KV eficaz )

2. Corriente nominal ( A )

3. Frecuencia ( Hz )

4. BIL ( KV cresta )

5. Voltaje soportado a 60 Hz, un minuto ,seco ( KV eficaz )

6. Corriente asimétrica momentánea, 1 seg. ( A eficaz )

7. Referencia técnica de aisladores

8. Número de polos

9. Nivel máximo de RIV (µV )

10.Tipo de mando

11.Voltaje soportado a 60 Hz, 10 seg., húmedo ( KV eficaz )

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CAPACIDADES PREFERIDAS PARA SECCIONADORES TIPO EXTERIOR

Notas: Las capacidades de corto tiempo incluyen capacidades momentáneasy de 3 seg. en base de lo estipulado en la Norma ANSI C37.34. Para obtenerla capacidad a 3 seg. dividir la capacidad momentánea para 1,6Los seccionadores de los ítems 10 a 16 son para aplicación en sistemas con el neutro conectado efectivamente a tierra

Rated Withstand Voltage Main Switch Continuos Current Rating, Amperes, rmsIMPULSE 60 Hz kV rms 400 600 1200 1200 1600 2000 2000 3000 3000 3000 4000

RATED MAX 1.2x50 Wet Dry Momentary Asymmetrical Current Rating, Thousands of Amperes, rmsLINE VOLTAGE Μs Wave 10 1 20 40 40 61 70 70 100 70 100 120 120

Nº (kV rms) Kv Crest Seconds Minute Construction Classification1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 8.25 95 30 35 ACDFGH ACDFGH - ADGH - H A - AH AH2 15.5 110 45 50 ACDFGH ACDFGH - ADGH - H A - AH AH3 25.8 150 60 70 ACDFGH ACDFGH - ADGH - H A - AH AH4 38 200 80 95 ABCDFGH ABCDEFGH - ABDEGH - H A - AH AH5 48.3 250 100 120 - ABDEGH H ABDEG - - A - A -6 72.5 350 145 175 - ABDEGH H ABDEG ABEG - ABE - A -7 121 550 230 280 - ABDEGH DH ABGE ABEG - ABE AB - -8 145 650 275 335 - ABDEGH DH ABEG ABEG - ABE AB - -9 169 750 315 385 - G DH ABEG ABEG - ABE AB - -

10 242 900 385 465 - G - ABEG ABEG - ABE AB - -11 242 1050 455 545 - G - G ABEG AB - AB - - -12 362 1050 455 545 - G - G ABEG AB - AB - - -13 362 1300 525 610 - G - G ABEG ABJ - ABJ - - -14 550 1550 620 710 - G - G ABEG ABJ - ABJ - - -15 550 1800 710 810 - G - G ABEG ABJ - ABJ - - -16 765 2050 830 940 - G - G ABE ABJ - ABJ - - -

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ESPECIFICACIONES DE AISLADORES SOPORTE DE SECCIONADORES

Voltaje nominal BIL Tipo poste Cap and pin( máximo ) KV cresta Normal A. resist.

7,2 ( 8,25 ) 95 202 222 TR-414,4 ( 15,5 ) 110 205 225 TR-4423 ( 25,8 ) 150 208 227 TR-4634,5 ( 38 ) 200 210 231 TR-4946 ( 48,3 ) 250 214 267 TR-5369 ( 72,5 ) 350 216 278 TR-140115 ( 121 ) 550 286 287 TR-56138 ( 145 ) 650 288 289 TR-56161 ( 169 ) 750 291 295 TR-19230 ( 242 ) 900 304 308 TR-19230 ( 242 ) 1050 312 316 TR-25345 ( 362 ) 1300 324 368 TR-126

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TIPOS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

1. Por el tipo de diseño: horquilla, argolla, invertido

2. Por el tipo de material: aceite-cerámica, resina epóxica

3. Por el tipo de construcción: pedestal, bushing, ventana

4. Por el tipo de instalación: interior, exterior

5. Por el tipo de relación: una sola, múltiple

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

1. Voltaje nominal / máximo ( KV eficaz )2. Frecuencia ( Hz )3. Tipo de construcción4. Tipo de instalación5. Diseño6. Material7. Burden ( VA )8. Clase de precisión ( medición, protección )9. BIL ( KV cresta )10.Voltaje soportado a 60 Hz ( KV eficaz )11.Corriente primaria ( A )12.Corriente secundaria ( A )13.Corriente térmica continua ( A )14.Corriente térmica nominal de corto tiempo,Ith (KA)15.Corriente dinámica ( KA cresta )16.Número de núcleos

Norma: ANSI C57.13 ; IEC 60185,44-6

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Resistance (Ohm)

Inductance (Millihenries)

Impedancia (Ohm)

B-0.1 2,5 0,9 0,09 0,116 0,1B-0.2 5,0 0,9 0,18 0,232 0,2B-0.5 12,5 0,9 0,45 0,580 0,5

B-1 25-22.5 0,5-0,9 0,5 3,3 1,0B-2 50-45.0 0,5-0,9 1,0 4,6 2,0B-4 100,0 0,5 2,0 9,2 4,0B-8 200,0 0,5 4,0 18,4 8,0

B-0.9 22,5 0,9 0,8 1,04 0,9B-1.8 45,0 0,9 1,6 2,08 1,8

STANDARD BURDEN

DESIGNATION

BURDEN (VA) (P-M)

POWER FACTOR (P-M)

100 (**) 10 100 (**) 100.3 0.3 0.6 15 300.6 0.6 1.2 30 601.2 1.2 2.4 60 120

Clase de Precisión

Error de relación en % paralos valores de la intensidadexpresados en % de laintensidad nominal (*) ± E%

Errores de fase para los valoresde la intensidad expresados en %de la intensidad nominal (*) ± d(minutos)

10 20 50 100 10 20 100 1200,1 0,25 0,2 0,1 10 8 5 50,2 0,5 0,35 0,2 20 15 10 100,5 1,0 0,75 0,5 60 45 30 301 2,0 1,5 1,0 120 90 60 603 35 5

Clase de Precisión

CLASES DE PRECISIÓN DE TRANSFORMADORES DE CORRIENTE

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TIPOS DE TRANSFORMADORES DE POTENCIAL ( TENSIÓN )

1. Por el tipo de diseño: inductivo, capacitivo

2. Por el tipo de material: aceite-cerámica, resina epóxica

3. Por el tipo de instalación: interior, exterior

4. Por el tipo de construcción: mixto ( corriente y potencial )

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CLASES DE PRECISION DE TRANSFORMADORES DE POTENCIALNORMA ANSI C57.13 NORMA IEC 60186

Volt – amperes at

120 or 69,3Secondary Volts

12,5 25,075,0

200,0400,0

Burden PowerFactor

0,100,700,85

0,850,85

Burden

WXY

ZZZ

CLASE

0,10,20,51,03,0

ERROR% (±)

0,10,20,51,03,0

ERROR EN ÁNGULO

Minutos Centiradianes

5102040-

0,150,300,601,20-

AccuracyClass

1,20,60,3

Limits of Ratio CorrectionFactor and Transformer

Correction Factor

1,012-0,9881,006-0,9941,003-0,997

Limits of Power Factor(Lagging) of Metered

Power Load

0,6-1,00,6-1,00,6-1,0

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ESPECIFICACIONES DE TRANSFORMADORES DE POTENCIAL

1. Voltaje nominal / máximo ( KV eficaz )2. Frecuencia ( Hz )3. BIL ( KV cresta )4. Voltaje soportado a 60 Hz, seco,1 minuto ( KV eficaz )5. Voltaje soportado a 60 Hz, húmedo, 10 seg. ( KV eficaz )6. Tipo de conexión7. Número de núcleos8. Relación de transformación ( V )9. Clase de precisión y burden10.Distancia de fuga ( mm )11.Tipo de instalación12.* Capacitancia (µF )

* Aplicable a transformadores de potencial capacitivos Normas: ANSI C57.13, IEC 60186 ; ANSI C93.1

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TIPOS DE PARARRAYOS

1. Por la clase: Distribución, Intermedio, Estación2. Por el material: Porcelana, Polímero3. Por el diseño: Silicio-Carbón ( Válvula)* , Óxido de Zinc (Metal Oxide

Varistor )**4. Por requerimientos de descarga de corriente: Alta corriente y larga

duración, Ciclo pesado, Baja corriente y Larga duración5. Por el tipo de conexión: Fase-Tierra, Neutro

Notas:* Material con alta resistencia normal y baja resistencia en la descarga

( Resistencia no lineal y entrehierro )

** No es necesario el entrehierro, el varistor es altamente no lineal

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE PARARRAYOS1. Voltaje nominal / máxima ( Vc/Vr ) ( KV eficaz )2. Frecuencia ( Hz )3. Tipo de conexión a tierra del neutro del sistema4. BIL ( KV cresta )5. Clase6. Corriente de descarga ( KA )7. Máximo voltaje de descarga para onda 8x20µs ( KV cresta )8. Voltaje máximo de operación contínua ( MCOV ) ( KV eficaz )9. Nivel de protección máximo de frente de onda,0,5 uS ( KV cresta )10.Nivel máximo de protección frente a

sobretensiones de maniobra, 36/90 uS ( KV cresta )11.Distancia de fuga ( mm )12.Clase de descarga13.Capacidad máxima de absorción de energía ( KJ/KVr)14.Material15.* Voltaje de encendido ( KV cresta )16. Sobrevoltaje temporal,TOV ( KV eficaz)* Solo para pararrayos tipo válvulaNormas: ANSI C62-11, IEC 99-4

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE LAS TRAMPAS DE ONDA

- Una trampa de onda es una reactancia con núcleo de aire conectada

en serie con la línea de alta tensión

- Acoplada a un capacitor forma un filtro para bloquear las señales de alta

frecuencia de onda portadora

- Tipos de trampas de onda por el ancho de banda: Banda estrecha

( FSF ), Banda ancha ( FWB ), Banda doble ( FDF )

- Especificaciones básicas

* Voltaje Nominal / Máximo ( KV eficaz )

* Corriente Nominal ( A )

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE BANCOS DE CAPACITORES

1. Voltaje nominal ( KV eficaz )2. Frecuencia ( Hz )3. Potencia nominal ( KVAR )4. Número de fases5. Número de unidades6. Tipo de conexión7. Número de unidades en paralelo / grupo8. Número de grupos en serie / fase9. BIL ( KV cresta )10.Tipo de instalación11.Voltaje soportado a 60 Hz, seco, 1 min. ( KV eficaz )12.Pérdidas de potencia ( W )13.Número de bushings14.Distancia de fuga del bushing ( mm )

Normas: ANSI C55.1 , IEC 70

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ESPECIFICACIONES BÁSICAS DE BATERÍAS

1. Tipo

2. Voltaje / celda V

3. Número de celdas

4. Voltaje mínimo de celda V

5. Tiempo de descarga H

6. Capacidad A-H

7. Corriente de carga inicial A

8. Corriente de carga final A

Normas: ANSI, IEC

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SELECCIÓN DE BATERÍAS PLOMO - ÁCIDOReferencia: K100=100 A-H

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ESPECIFICACIONES DE RECTIFICADORES ( CARGADORES )

1. Voltaje de entrada ( V.C.A. )

2. Número de fases

3. Voltaje de salida ( V.C.C. )

4. Corriente de salida ( A.C.C. )

5. Ondulación %

6. Frecuencia Hz

Normas: ANSI, IEC

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CLASES DE PROTECCIÓN PARA ENCERRAMIENTOS

IP30 PROTECCIÓN CONTRA HERRAMIENTAS Y CUERPOS > 2.5 mm NEMA 2IP31 PROTECCIÓN ANTERIOR Y DRIP PROOFIP32 PROTECCIÓN ANTERIOR Y CONTRA AGUA A 15° NEMA 3RIP40 PROTECCIÓN CONTRA ALAMBRES Y CUERPOS > 1 mmIP42 PROTECCIÓN ANTERIOR Y CONTRA AGUA A 15 °IP43 PROTECCIÓN ANTERIOR Y CONTRA AGUA A 60° ( SPRAYPROOF )IP50 PROTECCIÓN COMPLETA Y CONTRA EL POLVOIP52 PROTECCIÓN ANTERIOR Y CONTRA AGUA A 15° NEMA 12,12KIP53 PROTECCIÓN ANTERIOR Y CONTRA AGUA A 60° NEMA 5IP54 PROTECCIÓN ANTERIOR Y AGUA EN TODAS DIRECCIONES ( SPLASHPROOF ) NEMA 3SIP55 PROTECCIÓN ANTERIOR Y AGUA CON MANGUERA ( HOSEPROOF ) NEMA 12 Y 12 KIP64 PROTECCIÓN COMPLETA Y AGUA EN TODAS DIRECCIONES NEMA 3IP65 PROTECCIÓN COMPLETA Y CONTRA EL POLVO ( DUSTTIGHT ) NEMA 13IP66 PROTECCIÓN ANTERIOR Y CONTRA INMERSIÓN INTERMITENTE EN AGUA NEMA 4 Y 4 XIP67 PROTECCIÓN ANTERIOR Y CONTRA AGUA A PRESIÓN NEMA 6 Y 6 PIP68 PROTECCIÓN COMPLETA, CONTRA EL POLVO Y CONTRA INMERSIÓN

INDEFINIDA EN AGUA

Nota: Para equipo METALCLAD montaje al exterior se intercala la letra W antes de los dos dígitos

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BASES PARA ESPECIFICACIÓN DE TABLEROS DE CONTROL

1. Dividir secciones de tableros de acuerdo al voltaje del patio2. Asignar para cada posición un tablero independiente3. En cada tablero asignar en lo posible los sectores de protección y control4. En el sector de protección distribuir separadamente los relés de

protección primaria y de respaldo, cuando amerite5. Especificar preferiblemente relés digitales numéricos con protocolos para

sistema SCADA6. Especificar preferiblemente relés de tipo integral7. Especificar preferiblemente medidores digitales integrales con protocolos

de sistema SCADA

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PROTECCIONES BAJA TENSIÓN1. Protección de alimentador: fusible o interruptor2. Protección de motor: fusible+arrancador ( contactor+relé )

interruptor+arrancador ( contactor+relé ) guardamotor+arrancador ( contactor+relé ) guardamotor+contactor (12-100 A )

Características de protección de interruptores1. Interruptores convencionales: 15-630A

- Protección de largo tiempo –LT (región de sobrecarga), Ir=0,4-1Ir;0,5-24s- Protección de largo tiempo –ST (región de cortocircuito),Isd=1,5-10Ir;

0,1-0,4s ( para I t ON y OFF )- Protección instantánea –I (región de cortocircuitos), Ii=2-15 In

2. Interruptores con control electrónico: (60-1600 o 2500 A) ACB- Protección de largo tiempo –I t o I t , Ir y tr- Protección de corto tiempo – tsd o I t , Isd y tsd- Protección instantánea , Ii- Protección de tierra – t o I t , Ig=0,3-1In (A-B-C-D-E-F-G-H-J); 0,1-0,4 s

3. Interruptores de potencia: (630-6300 A) ACB( Tiene la posibilidad de las mismas protecciones del control electrónico )

2

2

2

2 4

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CURVAS DE PROTECCIÓN DE INTERRUPTORES

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APANTALLAMIENTO DE SUBESTACIONES

H = altura de los conductores o del equipo a protegerse.

2a = ancho de la posición

H = altura mínima de los hilos de guardia o de las astas de protección

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DISTANCIAS DE SEGURIDAD (INSTALACIONES EXTERIORES (M))

TENNOMINAL/

MÁXIMA SIÓN (KV)

BIL(KV) DISTANCIA

ENTRE FASES

(B.RIGIDAS/FLEXIBLES)

DISTANCIA FASE-

TIERRA (B. RIGIDAS/F

LEX)

ALTURA MINIMA A VIAS DE PARTES VIVAS

DISTANCIA MINIMA DE

SEGUR. (VERTICAL)

DISTANCIA MINIMA FASE

TIERRA ANSI IEC

13,8/15

23/25

34,5/38

46/

69/72,5

138/145

230/242

110

150

200

250

350

650

1050

95

125

170

250

325

650

1050

0,90/0,90

1,05/1,05

1,20/1,20

1,80/2,10

2,15/2,50

2,40/3,00

3,60/4,50

0,53/0,53

0,60/0,60

0,70/0,70

1,05/1,40

1,50/2,0

1,50/2,20

2,50/3,40

6,00

6,00

6,70

6,70

7,0

7,6

7,9

2,52

2,62

2,75

2,85

2,93

3,60

4,40

0,22

0,32

0,45

0,50

0,63

1,30

2,10Notas: 1.- Para 138KV se tiene también un BIL reducido de 550 KV y un superior de 750KV2.- Para 230 KV se tiene también BILes reducidos de 900,825 y 750 KV3.- Distancias para una altitud de hasta 1000 msnm.

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COORDINACIÓN DEL AISLAMIENTO

Onda 250/2500 uS

Onda 30/ 60uS

(TRANSFORMADOR 230KV)

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MARGENES PARA CORDINACIÓN DE AISLAMIENTO

PARAMETROS DE TRANSFORMADOR

-Tensión de onda cortada: 1,15x BIL = 1035 KV

-Tensión a la onda de maniobra: 745 KV

MARGENES DE PROTECCIÓN:

1. En la zona de sobretensiones externas:

2. En la zona de sobretensiones de maniobra:

3. En la zona del frente de onda:

-Voltaje residual para onda de 8/20 uS, 10KA = 452KV

-Voltaje en el frente de onda, 0,5 uS 483KV

-Voltaje a la onda de maniobra de 30/60 uS

381KV

PARÁMETROS DE PARARRAYOS DE 192KV

- BIL: 900 KV

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DISTANCIAS MAXIMAS DE PROTECCIÓN DE PARARRAYOS

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DIMENSIONES DE POSICIONES (BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA)

Voltaje (KV)

Distancias d(m)

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7

69 2 8 8 2,5 5,5 4,5 7

138 3 12 13 3,5 8,5 6,5 11,5

DIAGRAMA UNIFILAR

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DIMENSIONAMIENTO DE POSICIONES ( DOBLE BARRA CON INTERRUPTOR)

DIAGRAMA UNIFILAR

Voltaje (KV)

Distancias d(m)

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7

138 3 12 10 5,5 8 12 24

230 4,25 17 15,5 8,5 12,5 18 36

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DIMENSIONAMIENTO DE POSICIONES ( PORTICO)

Voltaje (KV)

Distancias D(m)

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10

34,5 5 1,2 2,8 9 1,5 1,5 1,25 1,25 5 1

46 5 1,2 2,8 9 2,1 2,1 1,5 1,5 6 1

69 5 1,2 2,8 9 2,1 2,1 2 1,7 7,4 1

138 8 1,2 3,0 12,2 2,70 3,0 3 3 12 1

DIAGRAMA UNIFILAR

Nota1: Fusible o interruptor

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DIMENSIONAMIENTO DE POSICIONES ( BARRA SIMPLE )

Distancias “d” (m)

d

Voltaje (KV)

13,8 23 34,5 46 69

0,65 0,9 1,5 1,7 2

Simbología

TC = Transformador de corrienteDS = Seccionador P = PararrayosCB = Interruptor PT = Transformador de potencial

DIAGRAMA UNIFILARDS DS

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DIMENSIONAMIENTO DE POSICIONES ( BARRA SIMPLE )

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DIMENSIONAMIENTO DE POSICIONES ( GIS DOBLE BARRA )

1. Juego de barras 12. Juego de barras 23. Seccionador4. Interruptor5. Transformador de corriente

6. Transformador de potencial

7. Seccionador de puesta a tierra

8. Bushing exterior.9. Pararrayos10. Trampa de onda11. Equipo de onda portada

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MALLA DE TIERRA PARA SUBESTACIONES (IEEE 80)

Parámetros a considerarse en el diseño

I = corriente de cortocircuito (A)

T = tiempo de interrupción de la falla

p = resistividad aparente del terreno (ohmios-m)

ps = Resistividad superficial del terreno (ohmios-m)

Kf = constante de cobre duro para una temperatura de fusión de 250°C

(7,06 para suelda exotérmica)

hs = espesor de la capa superficial (m)

L1 = Largo de la malla (m)

L2 = ancho de la malla (m)

h = profundidad de enterramiento de los conductores (m)

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MALLA DE TIERRA PARA SUBTESTACIONES (IEEE 80)

Lc = longitud total del conductor horizontal (m)

Lv = longitud de la varilla copperweld (m

D= espaciamiento medio entre conductores (m)

N=número total de varillas

Vpt= tensión de paso tolerable (v)

Vct= tensión de contacto tolerable (v)

Vm= tensión de la malla en caso de falla (v)

Ac = sección transversal del conductor (mm2 )

d = diámetro del conductor seleccionado (m)

Lt = longitud total del conductor (mm2)

A= área total ocupada por la malla (m2 )

Rg = resistencia de puerta a tierra calculada (ohmios)

Kii = factor de corrección por ubicación de varillas

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1. Medición de la resistividad del terreno en varios sitios (método de Wenner)

2. Cálculo de las tensiones de paso y de contacto máximas tolerables

Proceso de calculo

Km=factor de espaciamiento para tensión de malla

Lp = longitud de perímetro de la malla (m)

Kh = factor de corrección por profundidad de enterramiento de la malla.

n = número de conductores paralelos de la malla de tierra.

Ki = factor de irregularidad por geometría de la malla

Ks = factor de espaciamiento por tensión de paso

Cs = factor de decremento de la capa superficial

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3. Diseño preliminar del trazado de la malla

4. De terminación de la configuración inicial Lt = Lc + N. LvPara mallas rectangulares (normalmente 1= 1 a 1 = 3)

Lc = (L1/D) L2 + (L2/(D+1)) L1

5. Cálculo de la resistencia de tierra de la malla (Laurent) Rg =

6. Cálculo del máximo potencial de tierra (GPR) GPR = I. Rg

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Si GPR > Vct, se calculan las tensiones de malla y de paso en caso de falla.

7.Cálculo de la sección del conductor

(en CM)

Tm = temperatura de uniones soldadas (250°C)Ta = temperatura ambiente

8. Calculo de la tensión de malla en caso de falla.

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Kii= para mallas con electrodos tipo varilla en las esquinas o dentro de la malla

Kii = para la malla sin electrodos tipo varilla

Ki = 0,644 + 0,148n

n = na . nb .nc

na =

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Lp = (L1 + L2).2 para mallas cuadradas o rectangulares.

9.Si V malla > Vct se debe rediseñar la malla Si V malla < Vct se debe calcular la tensión de paso

10.Calculo de la tensión de paso en caso de falla

Según Sverak Ks tienen un valor de 0,46

11.Si Vp > Vpt se debe rediseñar la malla. En caso contrario el diseño ha concluido.

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DIMENSIONAMIENTO DE CABLES DE PUESTA A TIERRA (NEC)

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CONTROL DE SUBESTACIONES

1. Establecer la filosofía de operación de cada posición (diagramas lógicos o secuencias)

2. Definir la filosofía de operación de servicios auxiliares3. Definir la estructura jerárquica de operación (niveles)4. Definir el tipo de sistema de control a implementar• En base de relés electromecánicos.• En base de ordenadores y PL’S (DCS, sistema de control distribuido)5. Arquitectura del sistema de control• Estaciones de control • Periféricos• Terminales• Instrumentación• Medición• Protecciones• Módulos de comunicaciones. Protocolo de comunicaciones6. Software de control • Para PLC’S• Para HMI (interfaz hombre-máquina)• Bases de datos• Alarmas

curso de diseÑo de subestaciones

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