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SUBESTACIONES ELCTRICAS

Una subestacin consiste en un conjunto de equipos destinados a recibir la energa a alta tensin proveniente de un suministro de energa, modificar los parmetros de potencia elctrica, transformndola en valores aptos para la distribucin elctrica local y transferir esta energa a los alimentadores de la red primaria de distribucin. Las subestaciones son completamente necesarias, ya que permiten el control del flujo de energa, brindando seguridad para el sistema elctrico, para los mismos equipos y para el personal de operacin y mantenimiento, adems en toda instalacin industrial o comercial es indispensable el uso de la energa, la continuidad del servicio y calidad de la energa consumida por los diferentes equipos, as como la requerida para la iluminacin. La ubicacin de cada subestacin, su tipo y su tamao tienen una razn de ser, ya que depende de muchos factores tales como: Aproximacin al centro de carga de la regin a alimentar. Nivel de voltaje, capacidad de carga, consideraciones ambientales, limitaciones de espacio y terreno y derecho de va de las lneas de transmisin. Debe ser confiable, econmica, segura y un diseo tan sencillo como sea posible. Que proporcione continuidad en el servicio, flexibilidad para futuras ampliaciones y bajo costo inicial y final. Equipada con lo necesario para dar mantenimiento a lneas, interruptores sin interrupcin en el servicio y segura para el trabajador. Fijar la capacidad considerando la demanda de la zona en KVA y lo que pudiese incrementar a largo plazo previendo el espacio.

Las subestaciones se pueden denominar de acuerdo con el tipo de funcin que desarrollan, en tres grupos: y y Subestaciones Variadoras de Tensin. Subestaciones de maniobra o seccionadoras de circuito.

Subestaciones Variadoras de Tensin:Tambin conocida como Subestacin Transformadora y la cual se divide en dos tipos: elevadora y reductora. Subestacin Elevadora: Es una Subestacin de transformacin situada al lado de las centrales generadoras de electricidad, en la cual la potencia de salida de los transformadores est a una tensin ms alta que la potencia de entrada, esto con el fin de reducir la corriente y por lo tanto facilitar el transporte de la energa por medio de conductores de menor grosor, economizando espacio y disminuyendo el tamao de los generadores, adems se reducen las prdidas del sistema y se mejora el proceso de aislamiento de los conductores. Generalmente a una subestacin elevadora llegan de 3 a 36 mil voltios y salen entre 110 mil a 380 mil voltios.

Cuando la potencia generada es pequea y la carga se encuentra cerca del generador, se puede generar en baja tensin y alimentar las cargas directamente a partir del generador. Cuando la potencia generada es mayor, y la distancia entre las cargas es grande, es necesario reducir al mximo la corriente, de modo que se pueda utilizar conductores ms delgados.

Generalmente, las lneas utilizadas son areas, en las cuales no existen mayores problemas de aislamiento, y la reduccin del dimetro y del peso de los conductores implica un gran ahorro en las estructuras de apoyo. Por otra parte, las prdidas en las lneas de transmisin son proporcionales al cuadrado de la corriente y por lo tanto, cuanto menor sea la corriente menores sern las prdidas.

Subestacin Reductora: Es una subestacin de transformacin la cual recibe las lneas de transporte provenientes de las centrales por lo que su misin es de interconexin y reparto, con la funcin de reducir la tensin de alta o muy alta a tensin media para su posterior distribucin. La tensin primaria de los transformadores depende de la tensin de la lnea de transporte (66, 110, 220 o 380 kV). Mientras que la tensin secundaria de los transformadores est condicionada por la tensin de las lneas de distribucin (entre 6 y 30 kV.

Tipos de Subestaciones segn su tipo de instalacin:Depende de varios factores como el terreno, las inclemencias meteorolgicas, del grado de seguridad y vida til que se le quiera dar o bien por aspectos econmicos de su construccin, se distinguen varios tipos: y Tipo intemperie:

Se construyen en terrenos expuestos a la inclemencia del clima, y requiere de proteccin, diseo, aparatos y mquinas capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones atmosfricas adversas (lluvia, viento, nieve, etc.) por lo general se utilizan en los sistemas de alta tensin. y Tipo interior:

Estn diseadas para trabajar dentro de una edificacin, a pesar de esto el transformador si se coloca a la intemperie, son muy poco utilizadas, se usan generalmente en las industrias. Tipo Blindado:

y

Las mismas utilizan el hexafloruro de azufre como aislante en todos sus elementos, debido a que se consigue reducir una gran distancia entre elementos logrando as una instalacin de muy reducido tamao, generalmente se utilizan en fbricas, hospitales, auditorios, edificios y centros comerciales.

Partes PrincipalesUna subestacin transformadora se compone de 6 partes principales: entrada y salida, mando, regulacin, corte, proteccin y medida. Donde: y Entradas y Salidas: Barras de reparto de intensidad. y Proteccin: rels de proteccin, pararrayos y autovlvulas. y Corte: Seccionadores, interruptores y disyuntores. y Medida: transformadores y equipos de medida. y Regulacin: reguladores de tensin. y Mando: cuadros de mando directo y telemando.

Aparatos de Corte y ManiobraSon aparatos que quedan aislados elctricamente por diferentes motivos, con el fin de garantizar y permitir un servicio continuo, en las subestaciones se encuentran los siguientes aparatos de corte: 1. Seccionadores: son utilizados para cortar tramos del circuito, los cuales estn libres de carga, o sea que en el momento de la apertura no circula corriente atravez de ellos, su apertura es visible. 1.1. De cuchillas giratorias: son utilizados tanto en interior como exterior. 1.2. De cuchillas deslizantes: son los ms utilizados porque requieren menor espacio fsico pero con menor capacidad de corte. 1.3. De columnas giratorias: estn hechos para ser usados en intemperie a tensiones superiores a 30 Kv. 1.4. De pantgrafo: adems de realizan la funcin de maniobra y corte, estos interconectan lneas que se encuentran a diferentes alturas.

2. Interruptores: son dispositivos capaces de soportar grandes corrientes de cortocircuito durante un periodo de tiempo lo que le permite realizar la maniobra con carga, es de accionamiento manual. 3. Interruptor-seccionador: cumple la misma funcin del interruptor pero su apertura es visible. 4. Disyuntores: son interruptores automticos, los cuales son los usados habitualmente ya que actan automticamente al detectar una sobrecarga o alguna anomala con la ayuda de los llamados rels de proteccin, incorporan un sistema de extincin de arco elctrico. Dependiendo del sistema de extincin del arco elctrico se distinguen varios tipos de disyuntores: 4.1. De ruptura de aire: usa la propia atmosfera del retorno y su gran velocidad de desconexin para extinguir el arco, por lo que claramente no es el sistema ms seguro, por lo que se limita a la utilizacin en media tensin. 4.2. Con auto-formacin de gases extintores: incorporan una serie de placas, cuya evaporacin producida por la alta temperatura del arco elctrico produce gases que le permiten extinguir arcos elctricos con cierta efectividad, sin embargo su uso se limita a maniobras de escasa potencia. 4.3. Con soplado auto-neumtico: tiene un cilindro que lanza aire comprimido sobre la zona en la que se produce el arco gracias al empuje de un pistn que se mueve por los propios contactos del interruptor cuando se abre, puede trabajar tensiones de hasta 24 Kv. 4.4. De aceite: sus contactos se sumergen en un aceite aislante que tiene la propiedad de enfriarlos, sin embargo existe el riesgo de inflamacin del aceite y requieren mucho mantenimiento, por lo que no son recomendados para grandes potencias ni secciones. 4.5. De hexafloruro de azufre: funcionan igual que los interruptores de soplado solo que en vez de expulsar aire expulsan un gas llamado SF6 cuyas propiedades elctricas son muy superiores a cualquier aislante, por esto son los ms utilizados y los nicos aptos para uso a muy alta tensin. 4.6. En vaco: sus contactos estn inmersos en una cmara de vaco donde, al no haber ningn elemento, no se produce continuidad en el arco elctrico, son utilizados en tensiones de hasta 50 Kv.

Aparatos y equipos de proteccin y medida

Estos aparatos son utilizados para tomar los valores de la instalacin, registrarlos y compararlos con otros valores de referencia, esto con el fin de actuar sobre la aparamenta de proteccin en caso de ser necesario. Dicha aparamenta est compuesta, adems de los disyuntores ya mencionados, por los siguientes elementos: y Pararrayos o auto-vlvulas: son dispositivos encargados de absorber sobretensiones como la producida por la cada de un rayo, evitando que sean los aisladores quienes reciban la sobretensin y evitando as el dao del aislamiento. Se colocan en un extremo de la lnea a proteger y por el otro lado se conecta a tierra.

y

Transformadores de medida y proteccin: estos se encargan de reducir los valores nominales la de tensin e intensidad para poder ser utilizados por aparatos de medida como voltmetros y ampermetros, y por aparatos de proteccin como los rels, al igual que en los elementos que manipulen personas.

Existen dos tipos, de tensin y de intensidad: Transformadores de Tensin: su relacin de transformacin viene dada por los valores de tensin en bornes del arrollamiento con relacin a la tensin aparecida entre los extremos del bobinado secundario. Se utilizan en el acoplamiento de voltmetros siendo su tensin primaria la propia de lnea. Transformadores de Corriente: la intensidad primaria y la secundaria son proporcionales y son utilizados cuando se necesita conocer la intensidad de lnea. En estos transformadores se intercala entre una de las fases el bobinado primario el cual queda conectado en serie a la fase y al secundario se conecta el aparato de medida. y Rels de Proteccin: son unos mecanismos que funcionan a baja tensin y son los encargados de actuar en consecuencia a los valores tomados de los elementos de medida, en este caso los interruptores cuando el aparato de medida devuelve un valor distinta a los valores de referencia. Los rels se componen de las siguientes partes:

1. rgano de entrada: son los mismos transformadores, el funcionamiento del rel no sera posible sin ellos. 2. rgano de conversin: se usa cuando es necesario adaptar las seales de entrada para su utilizacin en el rel. 3. rgano de medida: registra los datos y decide si acta o no sobre la proteccin en referencia a estos. 4. rgano de salida: amplifica la seal para que puedan funcionar una serie de contactores. 5. rgano accionador: no forma parte del rel ya que forma parte de la bobina interna del disyuntor, se encarga de mover los contactos del aparato cuando aparece la tensin suficiente. 6. Fuente auxiliar: alimenta al rel permanentemente.

Existen varios tipos de rels y se clasifican segn su tipo de desconexin y tambin segn su tipo de reconexin, veamos: Segn su desconexin: Por medio de desconexin mecnica: es cuando el movimiento de los contactos del interruptor se realiza con la ayuda de elementos mecnicos como levas y resortes. Por medio de desconexin elctrica: realiza la accin por medio de un contactor que a su vez alimenta al circuito del disyuntor, el contacto auxiliar est abierto y cuando recibe dicha alimentacin se cierra haciendo pasar el voltaje por la bobina del disyuntor provocando el disparo. Segn su reconexin: Por reenganche automtico: cuando desaparece la anomala se rearma sin necesidad de un accionamiento manual. Bloqueo: Tienen un sistema de sealizacin que se activa cuando acta el dispositivo, avisa visual o acsticamente que el rel necesita ser rearmado, en este caso manualmente.

Barras de Entrada y Saliday Barras de entrada/salida: reciben las lneas de transporte y reparten su intensidad por toda la estacin, a partir de hacen varias derivaciones.

y

Bateras de Condensadores: se utilizan para corregir el factor de potencia (desfase en la seal que produce que la potencia til sea menor a la real) de la seal elctrica con el fin de aproximarlo a uno. Telemando: son dispositivos accionados por diversos sistemas (infrarrojos, seales de alta frecuencia) que permiten ejecutar un maniobra de la aparamenta a distancia, con lo que se evitan accidentes por choque elctricas que en su accin manual seran de alto riesgo.

y

Transmisin de Informacin Con el fin de minimizar el tiempo de reporte y reparacin de averas las subestaciones cuentas con sistemas de comunicacin que cumplen con su objetivo cuando alguno de los equipos de proteccin acta. Esta comunica al servicio tcnico la anomala generalmente con mucha precisin, en que parte de la subestacin se encuentra el desperfecto.

Existen varios tipos de transmisin, clasificados segn su tipo de sistema de transmisin: y y y y Comunicacin por hilo telefnico. Comunicacin por microondas. Comunicacin por ondas portadoras. Comunicacin a travs de fibra ptica.

Ejemplo de una subestacin transformadora 66/20 Kv.

LNEAS DE TRANSMISIN

Las lneas de transmisin son el conjunto de dispositivos encargados de trasportar la energa elctrica de las fuentes de generacin a los centros de consumo, buscando maximizar la eficiencia y reduciendo las perdidas a lo menor posible, transportan la energa a niveles de tensin de entre 3 y 30 KV.

Una red de transporte traslada la energa elctrica producida por las centrales de generacin hacia las reas de distribucin en forma trifsica y alta tensin, mediante las subestaciones, de alta tensin a media tensin. La red de distribucin o lneas de transmisin lleva la energa elctrica a los consumidores.

Para que existan menores prdidas en los conductores la energa es transportada a alto voltaje y baja intensidad, esto debido a que siendo lo contrario habra muchas perdidas debido a las largas distancias y el exceso de calentamiento.

Tipos de Lneas de Transmisin segn su Forma:

Redes Radiales y y y La energa solo dispone de un camino desde la subestacin hasta el consumidor. Suministra a distintos centros de consumo con densidad de carga baja-media o baja calidad de suministro. Simplicidad de diseo y operacin, bajo costo y rapidez en localizacin de averas.

y

Alimentacin por un nico origen por lo que sufre cadas de tensiones y limitaciones para ampliacin del suministro.

Redes en Anillo

y Lnea cerrada que parte de una o varias alimentaciones con carga repartidaarbitrariamente.

y Suministro a diversos centros de consumo alejados entre si con grandes cargascon alta calidad de suministro.

y Menores cadas de tensin ante variaciones de tensin bruscas. y Mayor continuidad del suministro, flexibilidad de operacin y facilidad demantenimiento.

y Sistema de proteccin ms complejo, complicaciones para ampliaciones.

Redes Malladas: y y y y y Redes cerradas unidas en los puntos de concentracin de la carga. Suministro a zonas de gran densidad de carga y concentracin. Alta seguridad en el suministro. Mayor flexibilidad de operacin, regulacin de tensin y menor prdida. Mayor costo debido a su sistema de proteccin y gran capacidad de las lneas.

Tipos de Lneas de Transmisin segn su Tendido:Area: Son construidas tanto en conductor desnudo como con cable aislado, esta forma de transmisin tiene la ventaja de que la inversin final es menor y es ms sencilla la deteccin de averas, sin embargo requieren mucho mantenimiento debido al deterioro que sufren debido a inclemencia del clima y la contaminacin. Cabe destacar que provocan dao ambiental y esttico. Subterrneas: En ninguna parte de la distribucin de la energa elctrica los problemas de instalacin, conexin y de proteccin de los conductores y de equipo son tan complejos como en los sistemas subterrneos. Generalmente hay dos tipos de sistemas de distribucin subterrnea: radial y malla. El sistema radial es anlogo a una rueda con rayos emanando desde el centro. La potencia principal se enva a un punto central, y desde all se divide en circuitos con ramificaciones en serie para suministrar servicios a clientes individuales. El sistema tipo red se parece a una rejilla en paralelo y, dada su facilidad de lectura se ha convertido en el estndar para los sistemas de distribucin subterrneos donde existe una densidad elevada de carga.

Materiales Utilizados en Lneas de TransmisinDe acuerdo a la necesidad se utilizan varios materiales, segn sus propiedades principalmente de resistividad, conductividad y resistencia a altas temperaturas. Los ms utilizados el cobre y el aluminio. En lneas areas donde se requieren ms propiedades mecnicas de tensin se utiliza el cobre duro para que no tienda a pandearse y en lneas subterrneas el cobre suave debido a su flexibilidad, necesaria para su instalacin y manejo. Veamos el siguiente cuadro comparativo de materiales conductores:

Claramente podemos ver que los materiales ms adecuados son el cobre y el aluminio, el cobre principalmente por su resistividad y conductividad y el aluminio por su resistividad y su ligereza. El cable utilizado para las lneas de transmisin es el llamado AWG (American Wire Gage), ya que sus propiedades dimensionales y aislamiento lo hacen muy seguro y manejable.

Los cables utilizados en alto voltaje bsicamente deben tener un conducto que pueda llevar una corriente til y debe aislar al conductor de los otros conductores de fase y tierra. Estos cables consisten en una estructura conductora rodeada por un sistema dielctrico de papel impregnado de aceite secado al vaco que lo protege del ambiente y que a su vez es cubierto por tres fases cubiertas por tres capas de aluminio.

Elementos PrincipalesEn lnea area: y y y y y y y Aisladores: vidrio-porcelana, hule sinttico. Postes: de madera, cemento, acero. Seccionadores: cuchillas e interruptores. Conductores. Bancos de Capacitores. Apartarrayos y pararrayos. Hilos de guarda.

En lnea subterrnea: y y y y Registros. Ductos: tubos de PVC de alta densidad y de PVC conduit. Soportes no metlicos. Tierras: empalmes, terminales y cables.

AislamientoLos sistemas de aislamiento en lneas de transmisin comprenden principalmente dos elementos: el aire y los elementos aisladores, los cuales deben ser diseados y colocados considerando diversos factores para su correcto desempeo. Algunos de estos factores son los espacios mnimos entre lnea-estructura, lneatierra y entre fases, contaminacin del entorno; esto para lograr una colocacin correcta, buenas seleccin de estos y cantidad. El elemento ms utilizado como aislante es el aire, el cual tambin influyen algunos elementos como su densidad, altura sobre el nivel mar, humedad y contaminacin. Despus del aire hay otros elementos utilizados, como la suspensin de vidrio, barras y postes.


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