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DISEO DE UNA SUBESTACIN ELCTRICA DE DISTRIBUCIN

INTRODUCCION

El diseo de subestaciones elctricas, es el ensamble de diferentes formas deequipos primarios, estructuras, accesorios y materiales prediseados; el

ensamble depende principalmente de los requerimientos operativos yambientales.

Las subestaciones elctricas de distribucin son esenciales dentro del sistemade potencia ya que son instalaciones con un conjunto de dispositivos y circuitosque tienen la finalidad de modificar las variables de tensin y corriente, darunmedio de interconexin y despacho entre las lneas del sistema. Al ser lassubestacionestan importantes se debe analizar la confiabilidad que se tiene albrindar el servicio as como la importancia de la subestacin en el sistema, deaqu nacen las distintas configuraciones de barras de la instalacin en dondese plantea en un diagrama unifilar la filosofa de funcionamiento de lainstalacin.

En el diseo fsico de Subestaciones Elctricas se llevan a cabo variasactividades como son el revisar, elaborar y realizar propuestas de diseo con lafinalidad de que esta sea del menor costo posible y realizar as ladocumentacin pertinente. La base para la realizacin del diseo es planteadaen la divisin de Distribucin de la Comisin Federal de Electricidad (CFE),posteriormente y ya establecidos los requerimientos de la Subestacin deDistribucin se procede a la revisin y especificacin de cada elemento queconformaran la Subestacin para comenzar con la realizacin de diseo de

planos con las especificaciones normalizadas.CONCEPTOS BASICOS

Transformador de potencia.-Los transformadores de potencia son los equiposmayores ms importantes en una subestacin, estos equipos basan suoperacin en el principio de que la energa puede ser transferida por induccindesde una bobina a otra, a travs de un flujo magntico variable, si ambasbobinas estn en un circuito magntico comn.

Transformador de corriente.- La funcin principal de los transformadores decorriente es transformar la corriente de un circuito primario a un valornormalizado que sea aplicable a los diversos instrumentos de medicin yproteccin. El TC est diseado para suministrar la corriente adecuada enaparatos de medicin, proteccin o ambos, en el cual la corriente secundaria enlas condiciones normales de uso, es proporcional a la corriente primaria ydesfasada respecto a ella un ngulo cercano a cero.

Interruptor de Potencia.- Los interruptores son equipos que se utilizan ensubestaciones elctricas para el cierre y apertura de un circuito elctrico tanto en

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condiciones de carga nominal como en condiciones de cortocircuito. Losinterruptores de potencia y los transformadores de potencia son los equipos msimportantes en una subestacin de distribucin, por lo que la confiabilidad deuna subestacin depende del comportamiento operativo de estos elementos.

Cuchillas desconectadoras.- Las cuchillas desconectadoras se utilizan para

conectar y desconectar circuitos, aparatos o partes de una instalacin elctrica;en subestaciones de distribucin las cuchillas desconectadoras se utilizan paracompletar el esquema de interrupcin y seccionamiento, ya sea de una lnea,para un banco, para un alimentador, o para un banco de capacitores, finalmentelas cuchillas desconectadoras son el medio fsico para indicar que un circuitoest completamente abierto.

Apartarrayos.- Los apartarrayos son los dispositivos que se utilizan paraproteger contra descargas atmosfricas tanto en las lneas como en lassubestaciones, usualmente son conectados entre una parte viva y la tierra del

sistema, el objetivo de estos equipos es controlar los sobrevoltajes que ocurrenentre la parte viva y tierra a un valor definido. El dispositivo de proteccin debetener ciertas caractersticas para proporcionar una proteccin adecuada a losequipos elctricos que estn instalados en las lneas y subestaciones.

Bancos de capacitores.- Los bancos de capacitores en subestaciones seutilizan para mejorar el bajo factor de potencia, la instalacin de banco decapacitores en subestaciones elctricas reduce el flujo de potencia reactiva enlneas y equipos, incrementando la capacidad de carga en transformadores,lneas y generadores, otra de las funciones de los capacitores es regular latensin de suministro.

En las subestaciones de distribucin se instalan banco de capacitores tanto enlas barras de 13.8, 23 y 34.5 kV, en alta tensin los bancos se instalan en lasbarras de 115 y 138 kV.

Tableros Metal-Clad.- Los tableros metal-clad son tableros metlicos autosoportados formados por varias secciones verticales ensambladas, y condivisiones metlicas slidamente aterrizadas. Los tableros metlicos sustituyenal arreglo de estructuras metlicas convencionales tipo exterior, tanto en lastensiones de 13.8, 23 y 34.5 kV. Los tableros Metal-Clad se utilizan en lastensiones de 13.8, 23 y 34.5 kV, esta accin permite disminuir espacios de

terreno, tambin disminuye las fallas en los aislamientos para los equipos demedia tensin instalados en zonas de alta contaminacin. Actualmente CFEdistribucin est utilizando este tipo de tableros y por ser tipo interior Nema 1,requieren una caseta de control para su instalacin, lo cual indica que laacometida tanto del secundario del transformador de potencia, las salidas atodos los alimentadores, a los servicios propios y a los banco de capacitores esen forma subterrnea.

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Corriente de cortocircuito.- Es el efecto que produce un brusco aumento de lacorriente por una falla de la aislacin en un punto cualquiera de una red.

Subestacin elctrica.-Una subestacin elctrica es un conjunto de equipos,dispositivos, accesorios y elementos elctricos; se utilizan para elevar o reducirtensiones, o simplemente para derivar circuitos de distribucin y/o potencia. En

los sistemas elctricos existen subestaciones tipo convencionales, las aisladasen SF6y las hbridas, stas tienen principalmente una modificacin especial ensu arreglo fsico.

Subestaciones elevadoras.- se disean y se encuentran principalmente enlas plantas de generacin, se utilizan para elevar el nivel de tensin de la(s)fuente(s) de alimentacin; la potencia y la relacin de transformacin est enfuncin de las caractersticas de los equipos de generacin.

Subestaciones reductoras.- son aquellas que tienen transformadores que

reducen el nivel de tensin de la(s) fuente(s) de alimentacin, se ubican en lasciudades, centros industriales y en reas rurales. La potencia y la relacin detransformacin de la subestacin se definen con base en los requerimientos dela carga.

Subestaciones de maniobra.- se utilizan donde es necesario seccionar oderivar circuitos de potencia o distribucin a otros centros de consumo o redesde distribucin o transmisin. La caracterstica principal de estas instalacioneses que no existe transformacin del nivel de tensin de la(s) fuente(s) dealimentacin. La alimentacin principal de los servicios propios de C.A. serealizan con lneas de distribucin cercanas, para el respaldo de estos mismosservicios se utilizan plantas de emergencia tipo diesel.

Subestaciones mixtas.-son instalaciones que combinan las caractersticas delos tres tipos de subestaciones citadas anteriormente.

REQUERIMIENTOS BASICOS DE DISEO

Un proyecto de diseo y construccin de una subestacin de distribucin seinicia y se genera con los resultados obtenidos de los estudios realizados en el

rea de planeacin que se realiza a nivel divisin, dentro de estos estudios secontempla el posible crecimiento en el pas y el requerimiento de energaelctrica dentro de cinco a diez aos tomando en cuenta crecimientopoblacional, industrial y de desarrollos tursticos.

Estos resultados definen el nmero de lneas que llegaran a la subestacin, elnmero y capacidades de los bancos, el nmero de alimentadores, y lascaractersticas de los bancos de capacitores.

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BASES DE PROYECTO

Despus de los estudios de planeacin se requiere elaborar las bases delproyecto el cual se describe a continuacin:

Las bases de proyecto de una subestacin es un documento que contiene y

define las caractersticas bsicas para el diseo de una subestacin dedistribucin, estas caractersticas son propuestas por los diferentesdepartamentos de una divisin de distribucin, especficamente losdepartamentos de planeacin, proyectos y construccin, subestaciones ylneas, control, protecciones, operacin, superintendencia de zona, yautorizados por el subgerente de distribucin. Posteriormente se procede arealizar el diseo de la subestacin.

Las bases de proyecto estn integradas de los siguientes requerimientos:

a) Datos generales

b) Caractersticas generales

c) Especificaciones de las estructuras

d) Condiciones del terreno

e) Especificaciones de equipo

f) Materiales

g) Red de tierras

h) Casetas de control

i) Tablero de proteccin, control y medicin

j) Subestacin blindadas en SF6

k) Tableros metal-clad

l) Relevadores de proteccin

m) Medicin

n) Banco de bateras

o) Comunicaciones

p) Torre de comunicacin

q) Control supervisorio

r) Alumbrado

s) Equipo especial

t) Anexos

u) Notas importantes

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a) Datos generales.- Estos datos generales estn integrados por:

1) Requerimientos generales de la subestacin

2) Corrientes de corto circuito

3) Condiciones ambientales del sitio1)En los requerimientos generales de la subestacin se indica el nombre de laobra, la fecha necesaria que se requiere para la entrada en operacin, la zonade distribucin a la que pertenece, la potencia de los bancos, relacin detransformacin, el nmero de lneas y alimentadores, el nmero de paquete, elmunicipio de localizacin, el PEC, el nmero del POISE, el tipo definanciamiento de la obra si es PIO, PIDIREGAS o APORTACION, y finalmenteel nmero de obra.

2)En la seccin de corrientes de corto circuito, se definen las impedancias de

los bancos, y las corrientes de cortocircuito monofsica y trifsica (kA) tanto ageneracin mxima como en la mnima para las barras de alta y media tensinde la subestacin.

3) Condiciones ambientales en el sitio, en esta seccin se indica la altitud, lavelocidad del viento, la temperatura ambiente (mxima y mnima), el nivelceraunico, la humedad relativa promedio al ao, la presencia de hielo en el sitioas como la cantidad en (kg/m3), el grado de contaminacin (medio, alto y extraalto), tipo de contaminacin (salina, industrial, combinacin salina-industrial, siexiste quema de caa y finalmente si el sitio es zona ssmica).

b) Caractersticas generales.- estas caractersticas estn integradas por:1) Caractersticas iniciales

2) Arreglo de barras

3) caractersticas finales

1) Caractersticas iniciales; en esta seccin se define la capacidad, la relacinde bancos de transformacin, el nmero de lneas y alimentadores.

2) Arreglo de barras; se refiere al arreglo final de barras en el lado de alta

(Barra principal, BP-BT, Anillo, H, si es tipo convencional o encapsulada enSF6,y en media tensin si es tablero metal-clad).

3) Caractersticas finales; en esta seccin se define la capacidad, la relacin delos bancos de transformacin, el nmero de lneas y alimentadores.

c) Especificaciones de las estructuras.- Las especificaciones de lasestructuras se definen para la seccin de alta tensin. Las estructuras puedenser de fierro normalizado tipo EBASCO o de fierro normalizado tipo IIE,

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dependiendo del tipo de contaminacin del sitio se seleccionar el tipo degalvanizado, normal o especial.

d) Condiciones del terreno.- Estas condiciones estn integradas por lossiguientes requerimientos:

1) Dimensiones

2) Pisos terminados

3) Caminos y accesos

4) Tipo de muro

1) Dimensiones; En esta parte se definen las dimensiones del terreno, el tipode drenaje requerido pudiendo utilizarse crcamos colectores o registro natural.Aqu tambin es definido si se requiere fosa colectora para derrame de aceite yla fosa captadora para derrame de aceite.

2) Pisos terminados; aqu es definido el tipo de piso que se requiere para elrea elctrica, rea de maniobras y para el resto de la subestacin. Losmateriales que se pueden utilizar son concretos, asfalto, calcreto y gravatriturada.

3) Caminos y accesos; Aqu se ve si la subestacin necesita camino de acceso,y sus dimensiones (longitud y ancho), tambin si se requiere rampa dedesaceleracin. Definindose tambin el material en caso de ser necesarios.

4) Tipo de muro; En esta seccin se define el tipo de muro tanto para el rea

elctrica como para el resto de la subestacin. Los tipos de muro que sepueden emplear son barda y malla ciclnica, o la combinacin de estos,adicionndose en las bases si es necesario colocar alambre de pas en losmuros.

e) Especificaciones de equipo.- Esta seccin de las bases de proyecto esmuy importante ya que se definen las caractersticas de los equipos primarios,estas caractersticas son basadas principalmente en el arreglo, relacin detransformacin, el nmero de bancos, numero de lneas y alimentadores,valores de falla, etc.

Los equipos primarios que se definen son:

1) Interruptores

2) Cuchillas

3) Transformadores de corriente

4) Transformadores de potencial

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5) Apartarrayos

6) Bancos de Capacitores

7) Cortacircuito fusible de potencia

1) Interruptores; Aqu es definidas las caractersticas de los interruptores, si espara lneas, bancos, alimentadores, o si es de transferencia. Indicndose latensin nominal del sistema (kV), cantidad, tensin mxima de diseo (kV),corriente nominal (A), capacidad interruptiva (kA), NBAI (nivel bsico deaislamiento) (kV), medio de extincin (vacio o gas SF6 ), tensin de control(VCD), distancia de fuga (mm/kVf-f).

2) Cuchillas seccionadoras; estas cuchillas comparten caractersticas tcnicascon los interruptores, aqu es definido si la cuchillas son de operacin en grupo,motorizadas, o monopolares (operacin con prtiga), esto tanto para bancos,lneas y alimentadores. Posteriormente se definen los datos de tensin nominal

del sistema (kV), cantidad, tensin mxima de diseo (kV), corriente nominal(A), NBAI (kV), distancia de fuga (mm/kVf-f), tipo de cuchilla (A, V o HC),tensin de control (VCD) y tensin de alimentacin (VCA).

3) Transformadores de corriente; En esta parte se definen las caractersticasde los TCs tanto de la zona de alta como los de media tensin. Para la zonade media y alta tensin se indicar la tensin nominal del sistema, el tipo(pedestal o bushing), la cantidad por tipo, el nmero de devanados ya sea parabanco, lneas y alimentadores, se define si es para proteccin o medicin. Conrespecto a la clase de exactitud se indican los requerimientos para proteccin ymedicin, de la misma forma se indica la relacin tanto para bancos como paralneas y alimentadores. Las caractersticas de los TCs se complementan con ladistancia de fuga (mm/kVf-f), y el NBAI (kV).

4) Transformadores de potencial, para los TPs, se indicarn las tensionesnominales, la cantidad, las RTPs, la clase de exactitud, la carga nominal (VA).Las caractersticas de los TPs se complementan con la distancia de fuga(mm/kVf-f), y el NBAI (kV).

5) Apartarrayos, para los apartarrayos tanto en media como en alta tensin sedefinen las tensiones nominales, se define la clase, la tensin de operacincontinua (Uc)(kV), la tensin de designacin (Ur)(kV), la distancia de fuga(mm/kVf-f) y la corriente nominal In(kA).

6) Banco de capacitores, para los bancos de capacitores se define la tensinnominal del sistema, la cantidad, la tensin nominal de las unidades, lacapacidad del banco, la conexin, la capacidad de las unidades (KVAr), y secomplementan con la distancia de fuga (mm/kVf-f), y el NBAI (kV).

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7) Corta circuito fusible de potencia, para estos equipos se define la tensinprimaria, la cantidad, el tipo de cortacircuito, la corriente nominal (A), lacapacidad interruptiva (kA), NBAI (kV), la distancia de fuga (mm/kVf-f) y lacorriente nominal del elemento fusible (A).

f) Materiales.-En esta seccin se define para cada tensin los materiales que

se deben utilizar tanto en la seccin principal y en la transferencia, losmateriales que se pueden seleccionar son tubo y cable. Tambin se indica eltipo de aislamiento, estos aislamientos son de suspensin y columna.

g) Red de tierras.-aqu se establecen los datos para el diseo y construccinde la red de tierras, los datos son el rea a cubrir con l malla, el material decable a utilizar, los calibres tanto de la red principal como las derivaciones delos equipos, y las resistencias mximas del suelo en seco y hmedo.

h) Casetas de control.- Para las casetas de control, se indica el nmero demdulos, as como las reas que debe de tener como tablero de control, bancode bateras, bodega, tablero metal-clad.

i) Tablero de proteccin.-control y medicin. En las bases se define el tipo detablero que se utilizar; en subestaciones nuevas solo se utilizar el tablerosiscoprom, para ampliaciones se puede definir un siscoprom o tablerosconvencionales como son los simplex y dplex; si se definen uno de estostipos, se indicar el nmero y tipo de secciones.

j) Subestaciones blindadas en SF6.- En esta seccin se define lascaractersticas de la subestacin en caso de ser diseada y construida en SF6se indica la tensin lado alta (kV), la tensin mxima de diseo (kV), las bahasde lneas, las bahas de banco, las de transferencia. Tambin se define lacorriente nominal en barras generales, en bahas de bancos y lneas. Estaseccin se complementa con el NBAI (kV) y la capacidad interruptiva para losinterruptores (kA).

k) Tableros metal-clad.- En esta seccin se define la tensin nominal deltablero, las tensiones son 13.8, 23 34.5 kV. Se indica la tensin mxima dediseo (kV), las secciones de banco, alimentadores, particin de barras ysecciones especiales, la corriente nominal en barras generales, en seccionesde banco, alimentadores, la capacidad interruptiva del interruptor de banco y

alimentadores, as como el NBAI (kV).l) Relevadores.- Aqu es definido el esquema de proteccin para lneas,barras, bancos, alimentadores, capacitores.

m) Medicin.- Se define la medicin para lneas, barras, bancos,alimentadores, capacitores.

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n) Banco de bateras.- En esta seccin son definidos los parmetros de loscargadores y bancos de bateras, tanto para protecciones, fibra ptica ycomunicaciones. Se definen los ampere-horas para cada banco, el voltaje dealimentacin (VCA) y de salida (VCD) de los cargadores, y el tipo de montajede cada uno de los equipos.

o) Comunicaciones.-En esta seccin se definen los datos de los equipos decomunicaciones, tanto para voz como para datos. Los parmetros son rango defrecuencia, tipo, nmero de canales, cable, potencia y tipo.

p) Torre de comunicaciones.- Para el sistema de comunicaciones se indicanlas caractersticas de la torre, como el tipo (auto soportada o arriostrada), losdatos de las luces de obstruccin, foto celda, sistema de tierras, acabado yatura.

q) Control supervisorio ( solo para ampliaciones de subestaciones).- Lascaractersticas para el control supervisorio se aplica solo para la ampliacin desubestaciones, se definen datos si se requiere tarjeta para la ampliacin de laUTR, o en su caso las caractersticas de la UTR como son alimentacin de 125VCD y el protocolo.

r) Alumbrado.- En esta seccin se definen las caractersticas del sistema dealumbrado, si es nuevo, si ser ampliado y si no se requiere, es decir existe elsistema de alumbrado.

s) equipo especial.- En esta seccin se describen equipos o accesorios quedeben integrarse en el diseo y construccin de la subestacin.

t) Anexos.- En esta seccin se mencionan los anexos que se integran a lasbases de proyecto, los cuales pueden ser el diagrama unifilar, el diagrama deintegracin al sistema interconectado nacional, la localizacin geogrfica, lalocalizacin de las trayectorias de lneas y alimentadores, as comodocumentos legales del terreno, entre otros.

u) Notas importantes.- En esta seccin se mencionan las notas importantesque se requiere que el diseador integre en los documentos como planos yespecificaciones de construccin de la subestacin.

LOCALIZACON DEL TERRENO

Para el proceso de localizacin del terreno primero debe realizarse un estudiode cargas en el departamento de planeacin divisional ya realizado el estudiose procede a la localizacin del terreno, el cual debe localizarse lo mas cerno alos centros de carga.

El factor principal para la seleccin del terreno es el topogrfico, principalmentepor las dimensiones del terreno y se prefiere un terreno plano y con la mayor

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altitud de la zona, para evitar inundaciones, evitar establecer el terreno cercade ros, arroyos y terrenos con rellenos de construccin y otros materiales.

El diseo de la subestacin define las dimensiones del terreno, por lo que lasdimensiones est en funcin del arreglo definido en las bases de proyecto; yaque adems del arreglo se tendr en cuenta si es convencional o encapsulada.

IMPACTO SOCIAL Y AMBIENTAL

El impacto social es considerado por el aspecto visual de la subestacin, parareducirlo se requiere la construccin de bardas perimetrales con alturasconsiderables. Por otra parte el impacto ambiental se presenta por el ruido quegeneran los transformadores e interruptores y la utilizacin de materiales comoaceite y gas SF6. Este factor tambin es reducido con la construccin de labarda perimetral considerndose las dimensiones de ancho y alturacalculndose de acuerdo a la normatividad vigente.

Para los transformadores de potencia se considera en el diseo la construccinde un sistema de captacin de aceite para evitar derrames en el terreno de lasubestacin, este sistema ser construido con concreto armado, esto paracada transformador individualmente los cuales irn conectados a una fosageneral y esta ser del 120% del transformador ms grande.

En caso de subestaciones encapsuladas en gas SF6 y interruptores en SF6 losfabricantes deben integrar sensores de presin y deteccin de este gasdielctrico.

No se debe almacenar en el terreno de la subestacin combustibles, pinturas,disolventes, aceites, ni lquidos aislantes dielctricos que estn catalogadoscomo sustancias peligrosas.

ESTUDIOS

Para el diseo deben realizarse estudios los cuales realizara el licitanteganador estos estudios son:

a) Estudio de Geotecnia del terreno.

b) Levantamiento topogrfico del terreno.c) Estudio de impacto ambiental del proyecto.d) Estudio de resistividad del terreno.

a) Estudio de geotecnia del terreno.- El estudio geotcnico es el conjunto deactividades que permiten obtener la informacin geolgica y geotcnica delterreno, necesaria para la redaccin de un proyecto de construccin.El estudiogeotcnico se realiza previamente al proyecto de un edificio y tiene por objeto

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determinar la naturaleza y propiedades del terreno, necesarios para definir eltipo y condiciones de cimentacin.

b) Levantamiento topogrfico.- El levantamiento topogrfico es el conjunto deoperaciones ejecutadas sobre el terreno, con los instrumentos adecuados, el

levantamiento topogrfico necesita una serie de mediciones y triangulaciones,que luego nos permita la elaboracin del plano de ese lugar, terreno o solar.

Los cuales el diseador integrara dentro del alcance de los estudios y sedeber preparar la documentacin soporte para que una UVIE (UnidadVerificadora de Instalaciones Elctricas) realice de acuerdo a la normatividadvigente la verificacin del diseo, construccin y puesta en servicio de lasubestacin.

El arreglo fsico de una subestacin comnmente se dividen en bahas, enestos espacios se localizan los equipos de interrupcin, de seccionamiento,equipos de lnea y los transformadores de potencia. En muchos casos lasbahas incluyen otros equipos como compensadores de potencia reactiva,filtros armnicos, dispositivos limitadores de corriente, etc.

INTRODUCCION AL DISEO DE SUBESTACIONES ELECTRICAS DEDISTRIBUCIN

REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA

El diseo de una subestacin depende de las funciones para la cual fuedefinida esto en la fase de planeacin del sistema elctrico, que es dondedefinen los parmetros y caractersticas de una subestacin. Algunos de estosparmetros son comunes para todas las subestaciones que tienen la mismafuncin pero ah algunos parmetros son especficos de cada subestacin.

Dentro de los parmetros especficos se pueden tener las caractersticas delsitio como la altitud, temperatura, velocidad del viento, humedad relativa,precipitacin pluvial y principalmente el arreglo fsico de la subestacin que

est definido por los requerimientos de suministro elctrico.

Algunos requerimientos especficos son:a) Requerimientos de localizacin.b) Tamao de la subestacin.c) Disponibilidad de los circuitos.d) Arreglo de barras.e) Capacidad de corriente.

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f) Nivel de corriente de falla a tierra.g) Puntos de aterrizamiento.h) Tiempo de limpieza de falla con respecto a la estabilidad del sistema.i) Ampliaciones.j) Control y requerimientos del personal.

k) Equipos.

PARAMETROS DETERMINADOS POR LA RED

En el estudio de la red elctrica se determinan parmetros de la red detransmisin y distribucin los cuales sirven para especificar ciertascaractersticas elctricas de los equipos en la subestacin estos estudios soncortocircuito, flujos de carga, estabilidad transitoria y coordinacin deaislamiento.

Los Parmetros de los equipos principales son:

a) Capacidad de corriente de cortocircuito de equipos (barras, cuchillas,interruptores, transformadores de corriente, cables).

b) La mxima corriente de carga que pasa por todos los equipos de lasubestacin (es relacionado a la mxima capacidad de conduccin decorriente de las lneas y cables subterrneos de potencia).

c) Numero de transformadores, capacidad e impedancia, control de voltaje,nmero y cambiador de taps, conexiones, etc.

Tiempo de limpieza de la falla

La estabilidad transitoria caracteriza el funcionamiento dinmico de ungenerador en el caso de grandes oscilaciones y siguiendo un mayor disturbio.De tal forma que para cumplir los requerimientos de la red (estabilidadtransitoria), o las especificaciones de los equipos de una subestacin enparticular, por lo tanto el tiempo de limpieza de fallas no debe excederse.

PLANEACION DE UNA SUBESTACION

La planeacin de una subestacin se da en funcin de los requerimientos del

sistema y los puntos de inicio para el diseo de una subestacin de distribucinPara la estimacin de costos se deben considerar los siguientes elementos:

son los siguientes:

a) Se inicia una vez aprobada la construccin de una nueva subestacin.b) Se halla determinado el rango de responsabilidades, demanda y

localizacin de la subestacin.

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Estimacin de costosLas prdidas en la transmisin y transformacin.

a) El telecontrol y las comunicaciones.b) La confiabilidad y el arreglo de barras.c) Los clculos de corriente de falla y flujos de carga.

Dentro de la estimacin de costos podemos incluir la automatizacin de lassubestaciones en la cual se consideran los costos del sistema de telecontrol ylas comunicaciones aumentando el costo total de estas instalaciones, ya quepor polticas de CFE distribucin todas las subestaciones tendrn sistemaSISCOPROMM.

AMPLIACION DE UNA SUBESTACION

El espacio disponible de una subestacin, el nmero de salida de lneas yalimentadores, el nmero de transformadores de potencia, el arreglo de barrasy la posibilidad de ampliaciones para la instalacin de equipos de

compensacin, etc. deben ser definidos previendo necesidades futuras. Conesto debe tenerse en cuenta que la vida til de una subestacin podra estarentre 30 y 50 aos.

Es muy importante prever los espacios suficientes en una subestacin parafuturas ampliaciones; para la planeacin de una red se requiere reservar losespacios suficientes, un estimado de estos espacios es considerar un 100% deespacios, estos tambin pueden utilizarse para la salida de alimentadores ylneas. El espacio requerido para las ampliaciones depende esencialmente dela funcin de la subestacin.

La prevencin de espacios en las subestaciones para futuras ampliacionesdepender que se puedan realizar trabajos como construccin de nuevasbahas, completar bahas existentes y extender las barras colectoras.

Es importante definir el nmero y capacidad de los transformadores depotencia, para definir la capacidad es importante tener en cuenta el pico inicialde carga, este valor depende de ciertos factores como la configuracin de lared, la filosofa para operar los transformadores standby as como elcrecimiento de la demanda.

En el caso de subestaciones encapsuladas es comn dejar espacios dentro del

mismo edificio para bahas futuras, sin embargo tambin deben considerarseespacios para el crecimiento del edificio para la instalacin de nuevas bahasen el futuro.

DIAGRAMA UNIFILAR

Uno de los aspectos fundamentales del diseo conceptual o ingeniera bsicaes la preparacin de un diagrama unifilar preliminar, que se usa durante la fase

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de estudio e incluye las principales componentes del sistema. En el diseo deuna subestacin se elaboran varios tipos de diagramas unifilares; como son elsimplificado, el de proteccin, control y medicin, el de servicios propios enC.A. y C.D. y otros de alumbrado y el sistema de fuerza para las casetas decontrol y reas exteriores de la subestacin.

Un diagrama unifilar simplificado debe contener la siguiente informacin bsica:

a) Arreglo de barras.b) Niveles de tensin.c) Numero de circuitos en cada nivel de tensin.d) Un ero y tipo de bancos de transformacin.e) Destino y longitud de cada circuito.f) Cantidad de equipo primario por circuito.g) Localizacin del equipo primario.

ARREGLO DE BARRAS

El arreglo de barras de una subestacin se selecciona con base en lossiguientes parmetros:

Confiabilidad. Continuidad. Flexibilidad. Tipo de subestacin (enlace, radial, anillo, elevadora, reductora, de

switcheo, etc.). Volumen de energa en las barras. Anlisis de costos.

Definindose estos parmetros de la siguiente forma:

Confiabilidad.-Es el ndice de confianza que debe tenerse en la subestacin,se relaciona con el diseo, la construccin, la operacin, el mantenimiento y lamanufactura de los equipos que la integran, los cuales deben desarrollarse conalto grado de control de calidad.

Continuidad.-Se refiere a la seguridad que puede tener el usuario de que elservicio de la subestacin se proporcione con el menor nmero deinterrupciones, y cuya duracin, cuando ocurra, sea lo ms corta posible.

Para asegurar la continuidad del servicio deben seleccionarse disposicionesque logren crear alternativas de solucin a las posibles fallas de algnelemento (equipo o conexin) de la subestacin. Las disposiciones empleadasdeben:

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a) Tener capacidad de reserva en los bancos de transformacin y en lasbarras, para hacer frente a la posible salida de servicio de cualquieralimentador de lnea o banco.

b) Tener un sistema de proteccin automtico que permita aislar consuficiente rapidez cualquier elemento fallado de la subestacin y de las

lneas.c) Disear el sistema de manera que la falla y desconexin de un elementotenga la menor repercusin posible sobre el resto de la subestacin.

d) Disponer de fuentes de emergencia para hacer frente a una falla en laalimentacin normal.

e) Tener los medios para un restablecimiento rpido del servicio,disminuyendo as la duracin de las interrupciones.

Flexibilidad.-Es el factor que indica hasta dnde puede una instalacin cambiar

sus condiciones normales de operacin, ya sea por fallas, por mantenimiento, por

modificacin o por ampliacin, sin afectar, o afectando lo menos posible, lacontinuidad del servicio.

Tipo de subestacin.- Atendiendo al objetivo con el cual se disean las

subestaciones y al servicio que prestan, stas se pueden clasificar de acuerdo al

tipo de subestcion.

Volumen de energa en las barras.- Este trmino significa la capacidad enMVA que se acumula en las barras de una subestacin y se determinasumando las capacidades de transformadores de potencia y alimentadores delnea que estn conectados a las barras. Dependiendo de este valor, se

requerir seleccionar aquellos arreglos de barras que proporcionen mayorflexibilidad, confiabilidad y continuidad a la subestacin.

Anlisis de costos.-La seleccin de arreglos de alta confiabilidad, continuidady flexibilidad significa mayor costo e inversin inicial. El anlisis de costos debecontemplar los siguientes aspectos fundamentales:

a) Costo del terreno

b) Costo del proyecto

c) Costo de equipos

d) Costo de la obra

e) Costo de operacin

f) Costo de mantenimiento

g) Urgencia de la instalacin

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h) Vida til de los equipos (factores de depreciacin)

Para seleccionar cualquier arreglo de barras y representarlo en un DiagramaUnifilar Simplificado se requiere entonces, llevar a cabo un estudio deplaneacin que considere los requerimientos de demanda de energa, laafectacin de una instalacin nueva o ampliacin en el sistema, un anlisis de

costos aproximados y los recursos disponibles. Una vez que se selecciona unarreglo, debe ponerse a consideracin de las reas operativascorrespondientes para adecuar los esquemas de proteccin, medicin y controlque se requieren y localizar adecuadamente los alimentadores.

Atendiendo a lo anterior, los arreglos empleados en subestaciones dedistribucin de C.F.E. son los siguientes:

a) Barra principal

b) Tipo H

c) En anillo

d) Principal y transferencia

NIVELES DE TENSION

Las tensiones utilizadas en distribucin son 69, 115 y 138 kV como tensinprimaria y 13.8, 23 y 34.5 kV como tensin secundaria. El nivel de tensinprimaria de una nueva subestacin depender de la seleccin de lasubestacin que la alimentar, sin embargo las tensiones normalizadas parasubestaciones nuevas de distribucin son 115 kV como tensin primaria y 13.8

kV como tensin secundaria. Las tensiones de 69 y 138 kV se utilizan en zonasespecficas del pas y en muchas ocasiones como ampliaciones desubestaciones existentes.

NMERO DE CIRCUITOS EN CADA NIVEL DE TENSION

Los diagramas unifilares simplificados, deben indicar claramente el nmero decircuitos para cada nivel de tensin, representando cada uno de ellos y, de serposible, las previsiones para futuras ampliaciones con lnea punteada.

NMERO Y TIPO DE BANCOS DE TRANSFORMACION

Los diagramas unifilares simplificados deben indicar claramente el nmero debancos de transformacin, su tipo operativo, el nmero de fases, la conexinde sus devanados (delta, estrella, estrella aterrizada), su capacidad y tipo deenfriamiento.

DESTINO Y LONGITUD DE CADA CIRCUITO

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Para cada circuito se debe indicar el destino y la longitud en kilmetros de cadalnea, con el fin de seleccionar adecuadamente tanto los esquemas como lascaractersticas de los equipos de proteccin, medicin y control.

CANTIDADES DE EQUIPO PRIMARIO POR CIRCUITO

Para cada circuito se deben indicar las cantidades de equipo primario, comoson, Nmero de apartarrayos, nmero de transformadores de potencial,nmero de transformadores de corriente, interruptores, cuchillas,transformadores de potencia, bancos de capacitores.

En las subestaciones de distribucin, el utilizar tres transformadores depotencial en las barras en el lado de alta, tiene el fin de proporcionar lasseales de tensin para medicin, proteccin y sincronizacin para todos loscircuitos conectados a la barra. Esta seal se compara contra el potencial delnea, por lo que se instalara un transformador de potencial de tipo inductivo enla fase central de la lnea para sincronizar el cierre de interruptores de lnea.

Cuando las caractersticas de un banco de transformacin se indican como 1T -3F significa que se tiene una unidad trifsica.

LOCALIZACION DE EQUIPO PRIMARIO

Los diagramas unifilares indican tambin el orden y la ubicacin de los equiposprimarios con relacin a los equipos asociados ms cercano, dependiendo decada arreglo de barra, por ejemplo en una subestacin con arreglo de barrasimple, para una lnea partiendo del remate de esta direccin hacia las barras,primero se localizan los apartarrayos, despus, las cuchillas seccionadoras con

puesta a tierra, despus el interruptor de lnea, despus las cuchillasseccionadoras sin puesta a tierra y por ltimo la conexin a la barra. Serecomienda que la distribucin indicada de los equipos sea lo ms apegadaposibles a la disposicin fsica real.

SIMBOLOGIA

La simbologa utilizada en los diagramas unifilares es la siguiente:

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Para la nomenclatura de equipos y dispositivos se emplean las disposicionesdel captulo X del Reglamento Interno para la Operacin del Sistema ElctricoNacional, las cuales son las siguientes:

Artculo 178.- La identificacin del equipo de una instalacin determinada, sehar con cinco dgitos. Como nica excepcin y sujeto a revisiones posteriores,

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los alimentadores de distribucin (radiales) en 34.5 KV y los voltajes inferioresconservaran la nomenclatura de cuatro dgitos en las instalaciones.

Artculo 179.- El orden que ocuparan de acuerdo a su funcin los dgitos, sehar de izquierda a derecha.

PRIMERO -- Tensin de operacin.

SEGUNDO -- Tipo de equipo

TERCERO Y

CUARTO -- Nmero asignado al equipo (las combinaciones queque resulten) del 0 al 9 para el tercer digito, combinando

del 0 al 9 para el cuarto digito.

QUINTO -- Tipo de dispositivo.

Artculo 180.- TENSION DE OPERACIN. Est definido por el primer carcteralfanumrico de acuerdo a lo siguiente:

TENSION KV NMERO

0.00 a 2.40 12.41 a 4.16 24.17 a 6.99 37.00 a 16.50 4

16.60 a 44.00 544.10 a 70.00 670.10 a 115.00 7

115.10 a 161.00 8161.10 a 230.00 9230.10 a 499.00 A500.10 a 700.00 B

Articulo 181.- TIPO DE EQUIPO.- Esta definido por el segundo carcternumrico de acuerdo a lo siguiente:

No. EQUIPO

1 Grupo generador-transformador(Unidades generadoras)

2 Transformadores o autotransformadores

3 Lneas o alimentadores

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4 Reactores

5 Capacitores (serie o paralelo)

6 Equipo especial

7 Esquema de interruptor deTransferencia o comodn

8 Esquema de interruptor y medio

9 Esquema de interruptor de amarreDe barras

0 Esquema de doble interruptor lado barra numero 2

Artculo 182.- NUMERO ASIGNADO AL EQUIPO. El tercero y cuarto carcterdefinen el nmero econmico del equipo de que se trate y su combinacinpermite tener del 00 al 99; este nmero es asignado por la regin detransformacin correspondiente.

Artculo 183.- TIPO DE DISPOSITIVO. Para identificarlo se usa el quintocarcter numrico que especifica el tipo de dispositivo de que se trata.

NUMERO DISPOSITIVO0 Interruptor

1 Cuchillas a barra uno2 Cuchillas a barra dos3 Cuchillas adicionales4 Cuchillas fusibles5 Interruptor en gabinete blindado

(extraccin)6 Cuchillas de enlace entre

alimentadores y/o barras7 Cuchillas de puesta a tierra8 Cuchillas de transferencia9 Cuchillas lado equipo (lneas,

transformador, generador, reactor,capacitor)

Artculo 184.- Las barras se identifican en la forma siguiente:B1 Tensin en KVB2 Tensin en KVBT Tensin en KV

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Por ejemplo:

B1 115 KV que significa barra uno de 115 KVB2 115 KV que significa barra dos de 115 KVBT 115 KV que significa barra de transferencia de 115 KV

Artculo 185.- Para identificar a los equipos se utiliza la siguiente nomenclatura:

U UnidadT TransformadorAT AutotransformadorR ReactorC Capacitor

Existe una regla prctica para la presentacin de cuchillas desconectadoras, encuanto a determinar hacia qu lado abre la cuchilla, consiste en dibujarlasabriendo hacia afuera del equipo tal como se muestra en la figura siguiente:

Diagramas Unifilares Simplificados

Diagrama unifilar simplificado para arreglo de barra simple

El arreglo de barra principal es el arreglo ms sencillo y econmico que seutiliza en subestaciones de distribucin, su utilizacin tanto en alta como en

media tensin tiene como objetivo principalmente alimentar servicios radialesde baja carga.

El diagrama unifilar simplificado para el arreglo de barra simple se forma por laseccin de lnea de alta tensin, la seccin de barras de alta, la seccin debancos, la seccin de barras de media tensin y por la seccin dealimentadores.

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La seccin de lneas de alta tensin se forma inicialmente por la entrada osalida de lneas de subtransmisin como se muestra en la figura siguiente:

En la figura 1.1 puede verse que en la llegada o salida de la lnea primero setienen tres apartarrayos para proteger la subestacin contra descargasatmosfricas, posteriormente a travs de un arreglo de cuchillas-interruptor cuchillas se conecta la lnea a la barra principal de alta tensin. En la figuraindicada puede observarse que la cuchilla lado lnea es con puesta a tierra, selocalizan en la entrada de las lneas de transmisin ya que tienen por objetoproteger al personal de mantenimiento, cuando se estn efectuando trabajos,

en el interruptor y en los equipos en una lnea, excepto las cuchillas. Si en eltranscurso del mantenimiento ocurre alguna sobretensin, causada porinduccin, en la lnea, el personal queda protegido de descargas por laconexin a tierra. La conexin a tierra tambin protege al personal contra lacarga de electricidad esttica que por efecto capacitivo de la lnea se forma enla misma; la cuchilla de tierra descarga la electricidad esttica acumulada en lalnea a cuyo equipo se da mantenimiento.

Para disminuir espacios en las secciones de lneas y en general en toda lasubestacin se utilizan interruptores de potencia tipo tanque muerto, esteinterruptor se especifica con transformadores de corriente tipo boquillaintegrados en cada una de las boquillas. En el arreglo de barra simple seintegra una tercera cuchilla de transferencia (by-pass) por cada circuito, la cualse conecta tambin a la misma barra, "puenteando" al interruptor y suscuchillas asociadas; de esta forma, es posible dar mantenimiento ainterruptores y cuchillas, y continuar brindando el servicio que, de otra forma,quedara interrumpido.

1.1

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En la seccin de barras de alta tensin se instalan tres transformadores depotencial tipo inductivo, estos equipos se utilizan para proporcionar las sealesde tensin para los equipos de medicin, proteccin y sincronizacin segn seael caso de todos los circuitos conectados a dicha barra tanto de secciones delneas como secciones de bancos.

1.2

1.3

.

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24/63

En la seccin de banco lado alta de la fig. 1.2, los equipos de interrupcin ydesconexin son similares a la seccin de lnea, incluyendo los tresapartarrayos para la proteccin del propio banco. Con el mismo criterio deubicacin de los apartarrayos en la lnea se instalan los apartarrayos lo mscercano al banco, esto como primer elemento de proteccin contra

sobretensiones producidas por descargas atmosfricas. Para alimentar losequipos de medicin y proteccin en el banco, los interruptores de potencia seseleccionan con transformadores de corriente tipo boquilla integrados en cadauna de las boquillas del equipo primario.

La figura indicada para esta seccin de banco tambin muestra la conexin delbanco a las barras de media tensin, para la conexin se utiliza un interruptorcon transformadores de corriente tipo boquilla, la simbologa empleada muestraun interruptor tipo extrable lo cual indica que es un tablero Metal-Clad. Eltablero Metal-Clad se utiliza cuando se selecciona en media tensin un arreglode barra simple, puede observarse que para este tipo de arreglo no se utilizan

cuchillas desconectadoras, nicamente interruptores. Otro arreglo utilizado enla seccin de barras de media tensin es el barra principal y barra detransferencia, esta variante es la indicada en la figura 1.3. Este arreglo utilizados cuchillas desconectadoras y un interruptor, esta forma de conexin essimilar a la seccin de lnea de alta tensin. Sin embargo existe una diferenciaya que la tercera cuchilla de bypass que se utiliza para brindar mantenimientoal equipo de interrupcin y seccionamiento del banco se conecta tambin a labarra principal.

. 1.4

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Cuando por requerimientos de la subestacin se tienen dos bancos detransformacin, se utiliza un interruptor para enlazar los dos tramos de barras,figura 1.6; as es posible seccionar y aislar una falla en las barras, lo quepermite seguir operando con la parte de la barra y banco que no tiene falla.

. 1.5

.

. 1.6

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En la seleccin del arreglo de barras en media tensin (13.8, 23 y 34.5 kV) sepueden utilizar dos tipos de arreglos de barras, el arreglo de barra simple(figura 1.4) y el arreglo de barra principal y barra de transferencia (figura 1.7).En el arreglo de barra simple se utiliza una sola barra y principalmente seseleccionan tableros MetalClad, este equipo generalmente es tipo interior. El

arreglo de barra principal y transferencia utiliza una estructura metlica, laestructura elevada para este arreglo se utiliza para soportar los equipos ya queestos son relativamente ligeros y se pueden soportar fcilmente, incluso enposicin vertical como los apartarrayos y cuchillas de transferencia, ahorrandoconsiderable espacio. Para los interruptores se prefiere utilizar disposicionesfsicas a nivel de piso para facilitar maniobras de operacin y mantenimiento, yahorrar costo en estructuras mayores requeridas para pesos grandes. Cuandoes necesario seleccionar el arreglo de barra principal y barra de transferenciaindica que se utilizar una estructura de acero convencional para soportar lasbarras, cuchillas y apartarrayos principalmente, as como los interruptoresanclados al piso, es decir todos los equipos son tipo intemperie. En este arreglode barras la barra de transferencia se utiliza como punto de transferencia parael mantenimiento del interruptor y el juego de cuchillas.

La seccin dealimentadores se forma principalmente por la indicacin de salida de energa ausuarios (industriales, rural y urbana) figura 1.6, puede observarse que en lallegada se instalan tres apartarrayos que protegen la subestacin contradescargas atmosfricas, posteriormente la conexin a la barra principal serealiza con un interruptor, por lo que no se requieren cuchillas asociadas y lasde transferencia; este tipo de conexin se utiliza cuando define un tableroMetalClad. Para conectar los alimentadores en un arreglo de barra principal ybarra de transferencia (figura 1.7), se utiliza un juego de cuchillas asociadas al

interruptor. Para complementar el arreglo se integra una tercera cuchilla detransferencia (by-pass) por cada circuito, la cual se conecta a la barra detransferencia, "puenteando" al interruptor y sus cuchillas asociadas; de estaforma, es posible dar mantenimiento a interruptores y cuchillas, y continuarbrindando el servicio que, de otra forma, quedara interrumpido.

En este arreglo, se tienen cuchillas de transferencia pero no existe interruptorcomodn, sin embargo, si se le da mantenimiento al interruptor del alimentadorA2 es posible mantener la continuidad de servicio, cerrando las cuchillas detransferencia de A1 y A2, quedando alimentadas los dos alimentadores por el

interruptor de A1. Al operar bajo estas condiciones, debe verificarse que lacarga total de los 2 alimentadores no sobrepase los amperes nominalesprimarios de los transformadores de corriente del interruptor que las alimenta

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DIAGRAMA UNIFILAR SIMPLIFICADO PARA ARREGLO TIPO H

El arreglo de barras tipo H normalizado es una variante del arreglo barrasimple en el lado de alta de una subestacin de distribucin, en este arreglo seincrementa la confiabilidad ya que con respecto al de barra simple incluye uninterruptor de potencia en el seccionamiento de la barra, siendo esta la primerdiferencia con respecto al arreglo de barra simple, figura 1.8. Este arreglo quesolo se utiliza en subestaciones de distribucin, se limita a dos lneas en altatensin y dos salidas a banco; sin embargo una subestacin puede iniciar suconstruccin y operacin con la combinacin de una lnea un banco, dos lneasy un banco, o la utilizacin completa de todas las bahas para formar la letraH, y por lo cual se define el nombre del arreglo. Este arreglo solo se utiliza enalta tensin de una subestacin de distribucin, ya que en el lado de mediatensin tanto en las secciones de banco, barras y alimentadores los arreglosson similares a lo indicado en el arreglo de barra simple, siendo principalmentela diferencia si se utiliza un tablero MetalClad con una sola barra, o el arreglo

. 1.7

.

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tradicional de estructuras metlicas para soportar la barra principal y la barra detransferencia

La formacin del diagrama unifilar de una subestacin de distribucin sigue elmismo procedimiento indicado para el arreglo de barra simple.

.

La figura 1.8 muestra el arreglo de equipos para dos lneas de transmisin conun arreglo tipo H, adems de la caracterstica de un tercer interruptorinsertado en la barra principal el cual incluye su juego de cuchillas, se agregantres transformadores de potencial por cada lnea para alimentar los equipos demedicin y proteccin de cada la lnea. Tambin puede observarse que en laslneas no se utilizan cuchillas de transferencia como el arreglo barra simple, sinembargo para realizar el mantenimiento de los equipos de seccionamiento einterrupcin de lnea se utiliza el cierre del tercer interruptor de la barra principalpara tener potencial en los dos extremos de dicha barra. Puede observarse quepara disminuir espacios en la subestacin se utilizan interruptores de tanque

muerto con TCs integrados, por lo que el interruptor de seccionamiento de labarra principal tambin integra TCs.

La seccin de banco del arreglo tipo H se muestra en la figura 1.9. Paraalimentar los bancos de transformacin en un arreglo tipo H se utilizan solocuchillas desconectadoras tipo motorizadas, el cual difiere del arreglo barrasimple que utiliza un interruptor de potencia. En la figura puede observarse quecada transformador de potencia se protege contra descargas atmosfricas

.1.8

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colocando apartarrayos lo ms cercano posible al equipo tanto en el lado dealta como en el lado de media tensin. En este arreglo cuando por motivo defalla es necesario sacar de servicio el transformador en el lado de alta se envadisparo a los dos interruptores de potencia tanto el de lnea como que est enla barra principal aislando completamente la falla.

La seccin de media tensin tanto en las barras como en los alimentadores ensimilar al diagrama unifilar indicado en el arreglo barra simple.

DIAGRAMA UNIFILAR SIMPLIFICADO PARA ARREGLO BARRAPRINCIPAL Y BARRA DE TRANSFERENCIA

En comparacin con el arreglo descrito en el inciso anterior, el arreglo de barra

principal y de barra de transferencia (figura 1.10), implica un incremento en costo,

ya que requiere mayor superficie de terreno, ms equipo primario, ms

estructuras, ms conductor, herrajes y aisladores para las barras, ms obra civil y

electromecnica, etc.; en la seccin de alta este arreglo puede integrar hasta

cuatro lneas con dos bancos de transformacin. En la seccin de media tensin

cada banco puede integrar desde tres hasta seis alimentadores de distribucin.

. 1.9

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30/63

A cambio de este mayor costo en este arreglo, se obtienen mayores ventajas de

flexibilidad, confiabilidad, manejo de mayores volmenes de energa y facilidades

operativas para el mantenimiento de interruptores, ya que se cuenta con un

interruptor comodn conocido como interruptor de transferencia, el cual puede

sustituir a cualquier interruptor de lnea o banco. Este arreglo se puede utilizar

para cualquier nivel de tensin en subestaciones de distribucin ya sea en 69,

115 161 kV. Para la instalacin del interruptor comodn en el arreglo se utiliza

una baha completa, incrementando con esto el costo de la subestacin.

Tambin a diferencia del arreglo de barra simple, se agrega una segunda barra

llamada transferencia, esta segunda barra se construye en forma paralela a la

barra principal, comnmente esta barra no est energizada ya que el interruptor

comodn y sus cuchillas asociadas no estn cerradas, solo se cierran tantocuchillas como interruptor cuando se transfiere la carga de alguno de los circuitos

de alta que se desea dar mantenimiento y como consecuencia la barra es

energizada.

De igual forma que el arreglo de barra simple agrega una tercera cuchilla de

transferencia, este arreglo tambin agrega una tercera cuchilla de transferencia

(by-pass) por cada circuito, con la diferencia que esta se conecta a la barra de

transferencia, "puenteando" al interruptor y sus cuchillas asociadas; de estaforma, es posible dar mantenimiento a interruptores y cuchillas, y continuar

brindando el servicio que, de otra forma, quedara interrumpido; la proteccin se

mantiene, transfiriendo los disparos y bloqueos del interruptor del circuito bajo

mantenimiento al interruptor comodn.

Por otra parte puede observarse que por las caractersticas del arreglo se

requieren tres TPs integrados en la barra principal, con estos equipos se tendr

la referencia de voltaje en las tres fases para alimentar los equipos de medicin yproteccin tanto de las lneas como de bancos, sin embargo para la

sincronizacin de cada circuito de lnea se requiere la instalacin de un TP,

generalmente se instala en la fase central de cada una de las lneas.

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La secuencia de operaciones necesaria para sustituir un interruptor de lnea ode banco por el interruptor comodn es la siguiente:

a) Se abre el interruptor de lnea o banco, al cual se va a darmantenimiento.

b) Se abren las 2 cuchillas del interruptor de lnea o banco.

c) Se cierra la cuchilla de transferencia o "by-pass", de la lnea obanco cuyo interruptor va ser sustituido.

d) Se cierran las 2 cuchillas del interruptor comodn.

e) Se cierra el interruptor comodn.

Es importante mencionar que para el arreglo de barra principal y barra de

transferencia, los transformadores de corriente deben localizarse de tal formarespecto a las cuchillas, de manera que, independientemente de la posicin destas, siempre se tenga seal de corriente, tanto para medicin como paraproteccin.

El arreglo de equipos en la seccin de banco es similar a lo indicado para laslneas de transmisin (figura 1.11), sin embargo se tienen diferencias como lacuchilla con puesta a tierra que no se utiliza para esta seccin, otra diferencia

. 1.10

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es que no se integran TPs para cada circuito de banco, ya que en caso derequerir seal de voltaje para los medidores se utiliza el potencial quesuministran los tres TPs instalados en la barra principal.

En la misma figura puede observarse que la seccin de barras de mediatensin y alimentadores es similar a lo indicado en los dos arreglos explicados

anteriormente.

DIAGRAMA UNIFILAR ARREGLO EN ANILLO

El arreglo en anillo de una subestacin de distribucin se utiliza en reasurbanas e industriales donde el suministro elctrico requiere de una altaconfiabilidad (figura 1.12), sin embargo por la utilizacin de mayor nmero deequipos de seccionamiento este arreglo tambin tiene mayor costo. Al igualque los tres arreglos de barras de distribucin explicados anteriormente estearreglo solo se aplica en el lado de alta de la subestacin, y el arreglo fsico esde bajo perfil.

En la figura 1.12 puede observarse que el anillo de la subestacin se formaprincipalmente con las barras, cuchillas e interruptores, a diferencia de los otrosarreglos un circuito de lnea o banco para este arreglo tiene dos interruptoresde potencia, de esta forma el esquema de protecciones de la lnea se alimentacon las seales de dos transformadores de corriente cuando ambos estn

. 1.11

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cerrados, es decir las seales se conectan en paralelo o se traslapan, de lamisma forma la seal de disparo de los relevadores de proteccin de la lneaenvan disparo a los interruptores asociados a la lnea.

Para este arreglo, la seccin de lnea tiene sus tres apartarrayos a la llegada dela lnea, tres cuchillas motorizadas con puesta a tierra, esta cuchilla se utilizapara aislar la lnea del arreglo de la subestacin, de esta forma cuando una delas lneas est en mantenimiento el anillo de la subestacin no se modifica.Despus de la cuchilla motorizada en el orden del exterior al interior se instalantres TPs por cada lnea, estos se utilizan para suministrar las seales devoltaje trifsico a los equipos de medicin, proteccin y sincronizacin de lalnea.

Por las caractersticas del arreglo las salidas a banco tambin tienen dosinterruptores (figura 1.12); fuera del anillo de las barras y en direccin al bancose tienen cuchillas desconectadoras, stas tienen la funcin de desconexin albanco cuando ste se encuentra en mantenimiento, manteniendo as lacaracterstica del anillo. A la llegada al banco se tienen instalados tresapartarrayos cuya funcin es proteger al equipo ms importante de lasubestacin contra descargas atmosfricas.

En la misma figura puede observarse que la seccin de barras de mediatensin y alimentadores es similar a lo indicado en los tres arreglosanteriormente explicados.

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ARREGLOS FISICOS NORMALIZADOS

El arreglo fsico de una subestacin elctrica consiste en determinar la posiciny la conexin de cada uno de los componentes de dicha subestacin, deacuerdo con el arreglo de barras definido en el diagrama unifilar; de esta formael arreglo fsico determina la superficie del terreno que se necesita para laconstruccin de la subestacin.

Es importante aclarar que el proceso de determinacin de la disposicin fsicainicia con el seguimiento del diagrama unifilar, la decisin de utilizar estructurastpicas o estructuras de bajo perfil, la definicin de las distancias entre equipos,distancias entre fases y de fase a tierra, distancias para mantenimiento,distancias dielctricas, la altura y caractersticas de las estructuras; es as

. 1.12

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como todos estos elementos y referencias determinan el arreglo fsico completode una subestacin. Sin embargo a consecuencia de la falta de espaciossuficientes en reas urbanas y en zonas industriales donde se presenta elcrecimiento poblacional e industrial mas importante en nuestro pas, esnecesario realizar en ocasiones pequeas modificaciones a las distancias de

los arreglos normalizados, sin embargo cuando por razones de espacio no esposible construir una subestacin de distribucin convencional ser entoncesnecesario decidir por una subestacin compacta en SF6, pero si se presentanrestricciones en el presupuesto ser necesario buscar otros espacios y evaluarlos costos de la subestacin contra el tendido de mayores longitudes de lneasde distribucin.

Los arreglos fsicos que se explican a continuacin son los arreglosnormalizados que se utilizan en subestaciones de distribucin, a continuacin y

siguiendo el mismo contexto que los diagramas unifilares se detallan losarreglos fsicos.

Los dibujos de planta y cortes incluidos en este captulo fueron desarrolladosen forma modular, con objeto de que al conformar una subestacin enparticular se tengan disponibles los mdulos bsicos que permitan su totalintegracin.

Es conveniente indicar que las distancias dielctricas estn definidas en losplanos normalizados de distribucin, sin embargo si es necesario realizarmodificaciones a estas distancias ser necesario referirse al mdulo IV "Redesde Tierras y Coordinacin de Aislamiento" para su anlisis e impacto en elarreglo.

ARREGLO FISICO BARRA SIMPLE

PLANTA

La definicin de una subestacin de distribucin con arreglo de barra simpleinicia con la integracin de las bahas normalizadas, este dimensionamiento debahas depende del nmero de lneas y bancos indicados en el diagrama

unifilar, la figura 1.13 muestra las caractersticas y las dimensionesnormalizadas de dos bahas para el arreglo de barra simple.

La definicin de un plano de arreglo fsico se realiza con la ubicacin de lasbahas que sern utilizadas dentro del espacio del terreno, en esta parte seanaliza la posicin de la llegada de las lneas y los espacios necesarios para la

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salida de los alimentadores. La salida de los alimentadores comnmente serealiza por las calles y avenidas cercanas a la subestacin. En la formacin deun plano de arreglo fsico se tiene por convencin que la llegada y salida delneas de alta tensin es por el lado derecho, y tambin se tiene por convencinque la salida de los alimentadores es en sentido inverso a la llegada de las

lneas de transmisin; de esta forma solo existen dos posibilidades paraintegrar el plano de arreglo fsico. Debe entenderse entonces que comnmentela salida de los alimentadores ser en sentido opuesto a las lneas detransmisin, tambin y por las caractersticas del arreglo y la forma de lasbahas los bancos quedarn en la posicin media de la subestacin, y comoconsecuencia la caseta de control si las dimensiones del terreno lo permitentambin se ubicar en posicin opuesta a las lneas de transmisin.

En el arreglo de barra simple, cada baha tiene 24.0 m de largo y 10.0 m de

ancho (figura 1.13), cada baha est dimensionada para alojar dos salidas,comnmente una parte se utiliza para la salida a lnea y otra parte se utilizapara la salida a banco, es as que la longitud de 24.0 m se divide en dos partesiguales, donde 12.0 m se utilizan para el equipamiento de una lnea y 12.0 mpara el equipamiento de salida a un banco, donde el centro del largo de laestructura corresponde con la fase B de la barra principal. Fuera del espaciode las estructuras de las bahas, se localizan otros equipos como apartarrayos,bancos de transformacin, TPs, estructuras menores, caseta de control, etc.Las dimensiones de estas estructuras son los espacios normalizados, yactualmente son utilizados por cada una de las divisiones que integran el reade distribucin de CFE.

Los equipos de salida a una lnea que se ubican dentro de la estructura de unabaha son, cuchillas desconectadoras con y sin puesta a tierra, interruptor depotencia y aislador soporte. Para la salida a un banco los equipos que seubican dentro de la estructura que conforman la baha son, aislador soporte,cuchillas desconectadoras e interruptor de potencia.

Comnmente se tiene establecido que en los planos de arreglos fsicos laslneas de transmisin se insertan en el lado derecho de la baha, es decir las

lneas entran de derecha a izquierda para conectarse a la barra que seencuentra exactamente a la mitad de la baha, es decir a 12.0 m (fase B de labarra principal), y las salidas a banco se ubican del lado izquierdo de la baha,es decir salen de las barras en direccin derecha izquierda. Si por razones delocalizacin de las lneas que llegan a la subestacin es diferente a laconvencin indicada anteriormente, entonces la convencin indicadaanteriormente puede ser modificada considerando que el arreglo fsico debeparecerse a la condicin real de la subestacin.

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Este dimensionamiento se complementa con los equipos y estructuras menoresque se ubican fuera de la estructura normalizada de 24.0 x 10.0 m, de estaforma para cada una de las lneas de transmisin que en este caso entran porel lado derecho de la estructura, se requiere un espacio de 6.0 m para instalar

los apartarrayos de lnea, esta distancia puede disminuir si la longitud delterreno no permite su ubicacin, figura 1.14. Sin embargo si se incrementa sernecesario verificar con clculos que los apartarrayos protejan a la subestacincontra descargas atmosfricas (ver mdulo IV Coordinacin de Aislamiento yRedes de Tierras).

Dentro de las estructuras tipo A del arreglo barra simple se localizan dosestructuras menores en forma perpendicular, en ambos extremos de estasestructuras se instalan aisladores soporte para soportar las tres barrascolectoras. En uno de los extremos de las barras donde no se prev

crecimiento de la subestacin se ubicarn los tres TPs de barras, estosequipos proporcionarn las seales de voltaje a todos los equipos de mediciny proteccin del lado de alta de la subestacin, figura 1.14.

Al extremo izquierdo de la estructura mayor normalizada, se requieren espaciospara ubicar los equipos de salida al banco, de esta forma se requieren 6.0 mpara instalar el transformador de potencia, posteriormente se requieren 3.60 mpara la ubicacin de una estructura menor la cual se utiliza para colocarequipos y accesorios para realizar la transicin tubera-cable de la salida delsecundario del banco, en esta estructura tambin se localizan los apartarrayosdel lado secundario del transformador, as como los aisladores soporte que se

utilizan tanto para soportar la tubera de cobre, como para el soporte del cablede potencia. La utilizacin de esta estructura se limita cuando se utiliza cablede potencia para el secundario del banco de transformacin, es decir si seutiliza un tablero Metal-Clad. La figura 1.14 muestra el dimensionamiento con laintegracin de estos equipos.

Posteriormente se ubica la caseta de control, generalmente esta estructura selocaliza a lado izquierdo del banco, la distancia que existe entre estoselementos puede ser variable, sin embargo es comn utilizar una distancia de9.50 m, esta distancia es entre la estructura de transicin del lado de baja del

banco y el primer extremo de la estructura de la caseta de control, figura 1.15.Esta distancia es considerable ya que debe permitir el paso de vehculosrequeridos para realizar el mantenimiento de equipos de la subestacin.

Las dimensiones del cuarto de control normalizado son 7.20 m de ancho, y22.50 m de largo cuando se tiene un solo banco de transformacin, cuando setienen dos bancos se tendr que modificar el largo de la caseta para ubicar unsegundo tablero MetalClad. Independientemente del largo de la caseta decontrol, esta se divide en dos secciones, la seccin de fuerza y la seccin de

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control. En la seccin de fuerza se ubica el tablero MetalClad, en la seccin decontrol se ubican las secciones del tablero Siscopromm y las secciones detableros de servicios propios. En un espacio menor y con separaciones dentrode la seccin de control se localiza el cuarto de bateras (la distribucin deequipos en la caseta de control se define en el mdulo III).

En la seccin de fuerza de los cuartos de control normalizados se debe ubicaruna trinchera a lo largo del tablero MetalClad, esta trinchera ser necesariapara alojar la llegada y salida de los cables de potencia de media tensin parasu conexin al tablero.

. 1.13

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. 1.14

.

. 1.15

.

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CORTES

Dentro de la realizacin de un proyecto de una subestacin de distribucin serealizan cortes a los equipos, es as que se realizan los cortes necesariosdonde el objetivo es representar en perfil la ubicacin de los equipos de lasubestacin dependiendo del arreglo de barras. En los cortes se indican las

alturas de las estructuras y barras, la altura y caractersticas de los equipos ysus conexiones.

El nmero de cortes est definido por el nmero de cortes indicados en el planode planta, principalmente se muestran los cortes de lnea, de banco, de lostransformadores de potencial en barras, la caseta de control, o unacombinacin de estos.

La figura 1.16 muestra el corte de una baha de lnea, que sale hacia el ladoderecho, el espacio que utiliza la lnea es el 50% de 24.0 m, es decir 12.0 m dela longitud de la baha, el espacio restante 50% puede ser utilizado para lasalida comnmente a un banco. En el corte pueden observarse lascaractersticas de los equipos, invariablemente a nivel de piso se tienen losapartarrayos a la llegada de la lnea, posteriormente los equipos deseccionamiento e interrupcin para conectarse a la barra principal. Para laconexin de la lnea a la fase de la barra mas lejana, se utiliza un aisladorsoporte tipo columna, con esto se disminuye la distancia de 6.50 m que existeentre la terminal de la cuchilla y la fase de la barra mas lejana. Puedeobservarse tambin que en un segundo nivel se tiene la cuchilla detransferencia, esta cuchilla se utiliza cuando se realiza mantenimiento al equipode interrupcin y seccionamiento.

La figura 1.17 muestra el corte de una baha de salida a banco, se observa quesolo el 50% de la longitud de la baha es utilizada, la parte restante 12.0 mpuede utilizarse para la llegada de una lnea. La figura muestra que tanto elseccionamiento de la lnea como el de banco son similares, en decir simtricoscon pequeas diferencias, la primera diferencia es que cuchilla lado lnea escon puesta a tierra, mientras que las asociadas al interruptor de banco soniguales y sin puesta a tierra. La segunda diferencia es que la cuchilla delarreglo de salida a banco, lado banco se encuentra 1.50 m fuera de laestructura de la baha, y con la base mas alta que las cuchillas de lnea. Otro

de los detalles tambin similares para este corte comparado con el de lnea esla cuchilla de transferencia.

Siguiendo el orden de los equipos del corte de banco, despus de la cuchilla seubica el transformador de potencia, este equipo est a 4.50 de la cuchilla,posteriormente se cuenta con una estructura menor se ubica a 3.60 m delbanco, esta estructura se utiliza para soportar los aisladores de las tuberas decobre que salen del secundario del transformador de potencia, tambin soportalos apartarrayos del lado de baja, y sirve tambin para la transicin de la

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tubera de cobre a los cables de potencia. Posteriormente de esta ltimaestructura se tiene una distancia hacia la caseta de control, la distancianormalizada es 9.50 m. Puede observase que al utilizar un tablero metalclad, laacometida a la caseta de control se realiza con cable subterrneo; el anchonormalizado de la caseta de control cuando se utiliza un tablero metalclad es

7.20 m.La figura 1.18 muestra los transformadores de potencial en barras, se utilizantres TPs para enviar las seales a los equipos de medicin y proteccin querequieren seal de voltaje. Los tres TPs se ubican en uno de los extremos delas barras, principalmente hacia donde no habr ampliacin de la subestacin.

. 1.16 .

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ARREGLO FISICO TIPO H

. 1.17

. 1.18

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El arreglo fsico tipo H presenta restricciones en su construccin ya que comose coment en la seccin del diagrama unifilar, el arreglo est limitado encuanto al nmero de lneas y bancos, y como consecuencia las dimensiones dela subestacin prcticamente son fijas, comparado con el arreglo de barra

principal.

El arreglo tipo H es de bajo perfil, es decir todos los equipos se encuentran anivel de piso, el elemento mas alto es la estructura tipo A, por lo que por cadabaha se utilizan dos estructuras para el remate de las lneas. El ancho de labaha para lnea y banco normalizada es 10.0 m considerando la distanciaentre centros de la estructura, el largo normalizado es 34.50 m (figuras 1.19 y1.20), esta distancia es desde los apartarrayos de lnea hasta la estructura detransicin de los cables de potencia del secundario del transformador; elarreglo H utiliza dos bahas de estas caractersticas. Para integrar el arreglo

H se utiliza una tercer baha transversal (figuras 1.21 y 1.22), se requiere unespacio de 6.10 m de ancho por 26.80 m de largo, en este espacio se instalandos tramos de barras que tienen una altura de 6.0 m y que recorren en unsegundo nivel y en forma transversal las dos bahas de lnea, este enlace serealiza a travs de un tercer interruptor y su juego de cuchillas.

El ancho de la baha de lnea y banco (10.0 m) para este arreglo tipo H es elmismo ancho que el de la baha del arreglo barra principal, la diferencia sepresenta en el largo de la baha 33.50 m del arreglo H contra 40.50 m delarreglo barra principal, considerando desde el equipo de llegada de lnea hastala estructura de transicin del lado de baja del transformador; con esta

diferencia se define que cuando se presenten terrenos de menoresdimensiones (largo) puede optarse por utilizar el arreglo tipo H. La figura 1.19muestra la vista de planta de una baha del arreglo tipo H, se observa que laentrada de la lnea es por el lado derecho y la salida al banco es por el ladoizquierdo; tambin en semejanza al arreglo barra principal este arreglo utilizapara el remate de la lnea una estructura tipo A.

Siguiendo las figuras 1.19 y 1.20 en la llegada de la lnea se tienen instaladoslos apartarrayos y los transformadores de potencial, posteriormente los equiposde interrupcin y seccionamiento y con aisladores soporte tipo columna y

puentes se conecta a la barra; puede observarse que este arreglo no utilizacuchillas de transferencia, ya que como se mencion en el diagrama unifilarsimplemente en casos de mantenimiento del interruptor y equipos deseccionamiento de cualquiera de las dos lneas, el tercer interruptor (medio) semantiene cerrado. Continuando en direccin derecha izquierda se tiene en lamisma baha la conexin de salida al banco, esta conexin es similar a la lneasin embargo para la llegada al banco solo se utiliza una cuchilla con un soportemas alto que las cuchillas lado lnea, puede observarse que todas las cuchillas

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desconectadoras son tipo V con la diferencia que solo la cuchilla de lnea seespecifica con el accesorio de puesta a tierra.

En la figura 1.20 se observa que el remate de la lnea se encuentra a 8.75 m,para entrar a la baha se instala una cadena de aisladores en suspensin en lacual se disminuye la altura a 3.80 m hasta conectarse a la barra, cuyas fases

se encuentran a 6.40 m, estas alturas mantienen la caracterstica de bajo perfildel arreglo tipo H.

Las distancias del transformador a la estructura de transicin de lado de mediatensin y de sta a la caseta de control se indican en la figura 1.20.

4.0

0

4.

00

5.00 3.86 2.24 2.24 4.16 3.00 3.00 3.00 3.504.50

34.50

. 1.19 .

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9.207.20

TABLERO METAL- CLAD

4.50

6.

03

3.662.242.243.365.00 3.503.003.003.00

49.90

8.

00

8.0

0

2.

40

3.

00

3.

00

2.

40

6.10

26.

80

. 1.20 .

.

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6.00

2.408.00

3.70

3.00 3.00 2.40 8.00

3.70

6.00

ARREGLO FISICO TIPO ANILLO

El arreglo fsico en anillo est definido para aquellas subestaciones dedistribucin que requieren mayor confiabilidad, el arreglo puede tener unacapacidad mxima de cuatro lneas con dos bancos de transformacin, esta

capacidad mxima de circuitos es similar al arreglo de barra principal, sinembargo la confiabilidad de este ltimo arreglo es menor. Este arreglo estambin de bajo perfil, los elementos de mayor altura son las estructuras tipoA de 11.0 m de altura que se utilizan para el remate de las lneas.

La caracterstica principal del arreglo en anillo es que cada circuito tieneasociado dos interruptores con sus correspondientes juegos de cuchillas, estohace que este arreglo requiera mayor rea para su construccin. Para el casodel mantenimiento de cada grupo de equipos de seccionamiento e interrupcinpor cada circuito, el arreglo no cuenta con cuchillas de transferencia, sin

embargo debido a la caracterstica de dos interruptores asociados por circuitocualquiera de estos puede salir a mantenimiento ya que el circuito permanecealimentado por el segundo equipo de interrupcin, aunque durante eltranscurso del mantenimiento a los equipos el arreglo en anillo quedamodificado temporalmente.

Al definir este arreglo para una subestacin de distribucin y dependiendo de lademanda en MW de la subestacin y por consecuencia del nmero dealimentadores, sta podr construirse en etapas, esto es dos lneas y un

. 1.22

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banco, tres lneas con uno o dos bancos, o la construccin del arreglo completocon cuatro lneas y dos bancos de transformacin. Por otra parte si unasubestacin est planeada para recibir nicamente dos lneas de transmisincon uno o dos bancos de transformacin no se podra justificar la construccinde la subestacin con un arreglo en anillo, ya que de acuerdo a la normativa

uno de los arreglos que podra utilizarse es el tipo H.Como se ha mencionado anteriormente, este arreglo tiene la caracterstica quecada circuito de salida a lnea o banco tiene asociado dos interruptores, esdecir que el nmero de circuitos es igual al nmero de interruptores. Estacaracterstica tambin se mantiene cuando la subestacin se construye poretapas, por ejemplo si la subestacin se construye en la primera etapa con treslneas y un banco, el nmero de circuitos es cuatro, es decir solo se requierencuatro interruptores para la operacin de la subestacin en anillo, y losespacios de los interruptores y cuchillas no instalados se cubren con barras yaisladores soporte para completar el anillo. Es importante el diseo de los

elementos que podran construirse en una primera etapa ya se deber preverque ciertos elementos podrn desmantelarse cuando se construya y secomplete el arreglo.

La figura 1.23 muestra el arreglo en planta de una lnea de transmisin, lafigura 1.24 muestra la elevacin correspondiente de esta salida de lnea. Puedeobservarse que debido a las caractersticas del arreglo se requiere una cuchillade lnea, esta cuchilla se localiza fuera del arreglo la razn es cuando la lnease le realiza mantenimiento esta cuchilla permanece abierta con el elemento depuesta a tierra cerrado, de esta forma el arreglo en anillo mantiene sucaracterstica operativa.

Por las caractersticas de bajo perfil del arreglo, el anillo se construye en dosniveles, el primer nivel es de 3.75 m, y el segundo nivel es de 6.04 m, estos conreferencia a un nivel de piso terminado 0.0. El primer nivel se utiliza pararealizar principalmente el anillo, el anillo se realiza con cuchillas, interruptoresde potencia, aisladores soporte, barras y cables; los equipos a instalardependen del nmero de circuitos que requerir la subestacin, sin embargo laforma (rectangular o cuadrada) que tomar la subestacin depender de laorientacin de las lneas y la salida a los bancos. El segundo nivel que es de6.04 m se utiliza para realizar las salidas transversales de lneas o bancos y

tambin para realizar los cambios de direccin del anillo (vrtices), la conexinentre niveles se realiza con cables tipo ACSR.

En la figura 1.24 se observa en elevacin los equipos de la lnea de transmisinque se encuentran fuera del anillo, de afuera hacia dentro del arreglo seencuentran los apartarrayos, las cuchillas y los transformadores de potencial,stos coinciden con el centro de la estructura tipo A de remate de la lnea,finalmente con un aislador soporte entra al arreglo en anillo, puede verse que

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para la conexin al arreglo se utilizan barras tubulares que tienen una altura de6.04 m. Al lado izquierdo de la estructura tipo A se encuentra un soporte cortoen T, que soporta tres aisladores tipo columna, la altura final de estoselementos soporte es 3.75 m, estos aisladores soportan las tres fases del anilloque forman la subestacin.

11 12 13 14 15

B

C

D

16

. 1.23 .

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1.25 1.26

, , ,

( 51

) 6.04 . ,

,

,

.

. 1.24 .

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4 5 6 7 8 9

1.27 ,

,

. 1.25

. 1.26

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( 1.27). ,

,

,

, 1.27

,

. ,

.

7 8 9 10 11 12 13

C

E

F

G

. 1.27 .

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La figura 1.29 muestra parte de un diagrama unifilar en anillo, por simplicidaden esta figura se muestran las distancias que el arreglo fsico tiene, el ancho esde 46.0 m, esta longitud es desde los apartarrayos de lnea hasta la estructurade transicin del secundario del banco, el largo es de 64.0 m; estasdimensiones corresponden a un arreglo fsico tipo rectangular en posicinvertical, esta posicin es recomendable cuando las cuatro lneas llegan en lamisma direccin y como consecuencia las salidas a banco son en direccinopuesta. Una variante de este arreglo se presenta en la figura 1.30, estavariante puede utilizarse cuando las entradas de dos lneas estn por el frentey las dos restantes estn a 90 con respecto a las primeras; estas dos formasde arreglo fsico en anillo pueden cubrir diversas formas de terrenos para suconstruccin.

. 1.28

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. 1.29

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ARREGLO FISICO BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA

La seleccin de un arreglo barra principal y barra de transferencia para unasubestacin de distribucin (figuras 1.31 y 1.32), implica un incremento encosto, ya que requiere mayor superficie de terreno, ms equipo primario, msestructuras, ms conductor, herrajes y aisladores, ms obra civil yelectromecnica, etc. En CFE este arreglo se aplica para subestaciones dedistribucin con tensiones primarias de 69, 115 y 138 kV, sin embargo por suincremento en costo comparado con los arreglos principal, tipo H y anillo, solo

se justifica para aquellas subestaciones que alimentan o derivan a otrassubestaciones de distribucin.

A cambio de un mayor costo, se obtienen mayores ventajas de flexibilidad,confiabilidad, manejo de mayores volmenes de energa y facilidadesoperativas para el mantenimiento de interruptores, ya que se cuenta con uninterruptor comodn conocido como interruptor de transferencia, el cual puedesustituir a cualquier interruptor de lnea o banco de transformacin.

. 1.30

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El arreglo principal y transferencia al igual que los tres arreglos mencionadosanteriormente se forman con bahas, las bahas normalizadas para el arregloprincipal y transferencia tienen 10.0 m de ancho por 50.0 m de largo. El anchoest definido por las caractersticas de la estructura de remate de las lneas, esuna estructura tipo A, la longitud de la baha es desde los apartarrayos de la

lnea hasta la estructura de transicin del secundario de los bancos detransformacin. Cada baha puede alojar una lnea con un banco, puede alojarsolamente una lnea y cada subestacin debe tener una baha para el arreglodel interruptor de transferencia; con estas tres combinaciones de bahas puedeintegrase una subestacin con cuatro lneas, dos bancos y la baha detransferencia; las figuras 1.31 y 1.32 muestran la planta y elevacin de unabaha de lnea y banco.

La baha que aloja los equipos de alimentacin a lnea y banco es la de mayorlongitud, tiene 50.0 m, la longitud de la baha para lnea tiene 36.50 m, mientrasque la baha de transferencia tiene 25.50 m; esta baha de transferencia tiene

menor longitud porque se construye dentro de los lmites de las estructurasnormalizadas tipo A. La tabla 1.2 muestra las dimensiones de las bahas quese emplean en una subestacin con arreglo principal y transferencia.

Anchonormalizado

Longitud normalizada

Bahas Estructura EstructuraEquiposlnea

Equiposbanco

Total

Lnea y banco 10.0 25.50 11.0 13.50 50.0

Lnea 10.0 25.50 11.0 36.50

Transferencia 10.0 25.50 25.50

La distancia que existe desde la estructura de transicin del secundario deltransformador a la caseta de control es la misma para los cuatro arreglosnormalizados de distribucin, el espacio debe permitir el paso de vehculospesados, los vehculos pesados de mayores dimensiones son los quetransportan una subestacin mvil y las gras que se utilizan para el cambio deequipos en caso de fallas.

1.2

()

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Resulta importante mencionar que para el arreglo de barra principal ytransferencia, los transformadores de corriente deben localizarse de tal formarespecto a las cuchillas, de manera que, independientemente de la posicin destas, siempre se tenga seal de corriente, tanto para medicin como paraproteccin. En la figura 1.32 se observan dos transformadores de corriente, uno

a la entrada de la lnea y otro a la entrada del banco, ambos equiposalimentarn los equipos de medicin y proteccin tanto de la lnea como delbanco respectivamente. Tambin a la entrada de la lnea se tiene untransformador de potencial, este equipo se instalar cuando las fuentes dealimentacin a la subestacin son diferentes, para su integracin yrequerimientos se deber consultar al rea de control y comunicaciones tantode la zona como de la divisin.

. 1.31

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NPT

.1.32 .

. 1.33 .

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1.33 1.34 ,

,

,

1.33 1.34

.

, , .

. 1.34

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. 1.34

. 1.36

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La figuras 1.35 y 1.36 muestran en planta y elevacin lostransformadores de potencial de barras, puede observarse que los tres TPs sealinean con respecto a las barras principales del arreglo, y solo se requierendos metros de separacin para realizar las conexiones; los TPs se ubican enel extremo de la barra hacia donde la subestacin no tendr ampliacin.

SUBESTACIONES ENCAPSULADAS EN SF6

Una subestacin blindada aislada en SF6se puede definir como un ensamblecompacto de varios elementos contenidos en una envolvente metlicaaterrizada, en la cual el medio de aislamiento primario es el SF6.

Los diagramas unifilares simplificados que representan subestacionesencapsuladas y aisladas en gas hexafluoruro de azufre (SF6), slo difierenrespecto a los que representan subestaciones convencionales en aire en lalocalizacin de las cuchillas para conexin a tierra. La figura 3.36 muestracomo ejemplo el diagrama unifilar simplificado de una subestacinencapsulada en SF6, con arreglo barra principal. De la misma forma queaplica la normativa de diseo de subestaciones de distribucin en cuanto a loscuatro arreglos normalizados, se aplica para subestaciones en SF6, de estaforma se puede seleccionar una subestacin en SF6con arreglo barra principal,tipo H, en anillo, o arreglo barra principal barra de transferencia.

Las subestaciones encapsuladas en SF6,son instalaciones que se seleccionanpara casos especiales, ya que solo se seleccionan cuando se tienen lassiguientes condiciones:

a) Zonas urbanas con poca disponibilidad de espacio

b) Zonas con alto costo del terreno

c) Zonas con alta contaminacin y ambiente corrosivo