subestaciones eléctricas 2
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Subestaciones Eléctricas 2.TRANSCRIPT
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Subestaciones ElctricasDefiniciones, tipos y configuraciones
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DefinicinUna subestacin es el desarrollo e implementacin de un nodo del sistema.
Conjunto de equipos utilizados para dirigir el flujo de energa en un sistema de potencia y garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automticos de control y proteccin y para redistribuir el flujo de energa a travs de rutas alternas.
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Equipos en una subestacin
Interruptor:Maniobra:
Control de flujoAisla para mantenimiento o trabajos
Proteccin:Aisla elementos con falla (capaz de operar con Icc)
Transformadores de instrumentacin: interfaz entre la alta tensin y los equipos de medida, control y proteccin.
Transformadores de corrienteTransformadores de tensin
Seccionadores:
Aislan para mantenimiento
Operan sin carga
Pararrayos: Proteccin contra sobretensiones
Sistema de medida, proteccin y control
Sistemas auxiliares
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Equipos en una subestacin
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Patio de conexiones
Conjunto de equipos y
barrajes de una
subestacin que tienen el
mismo nivel de tensin y
que estn elctricamente
asociados.
Generalmente ubicados en la misma rea de la subestacin.
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Patio de transformadores
rea de la subestacin en donde se ubican los transformadores de potencia. Generalmente entre patios de conexin de
diferente niveles de tensin.
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Lote de una subestacin
El lote de la subestacin es el conformado por las reas de los patios de conexin y transformacin, vas de circulacin y mantenimiento, edificaciones, etc.
El lote se debe en forma ptima para obtener el mejoraprovechamiento de las reas constitutivas sin que existaninterferencias entre los patios, accesos de lneas, vas decirculacin, as como durante el montaje, la operacin ymantenimiento de la subestacin, ampliaciones, etc .
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Otras definiciones
Campo(baha o mdulo)de conexinEs el conjunto de equipos necesarios para conectar un circuito(generacin, transformacin, interconexin o distribucin,equipo de compensacin,etc) al sistema de barrajes colectoresde un patio de conexiones.
Barrajes colectoresElemento fsico de un patio de conexiones que representa elnodo del sistema, es decir, el punto de conexin en donde seunen elctricamente todos los circuitos que hacen parte de undeterminado patio de conexiones.
DisposicinfsicaEs el ordenamiento fsico de los diferentes equiposconstitutivosde un patio de conexionespara una configuracindeterminada.
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Tipos de subestacin
Subestacin de generacinAsociadas a centrales generadoras. Dirigen directamente elflujo de potencia al sistema.
Subestacin de transformacinCon transformadores elevadores o reductores (pueden serterminales o no).
Subestacin de maniobraConectan varios circuitos (o lneas) para orientar o distribuirel flujo de potencia a diferentes reas del sistema.
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Tipos de subestacin
G
E
N
E
R
A
C
I
N
Interruptores
automticos
Usuarios
comerciales
Subestacin de
de generacin
Usuarios
residenciales
Subestacin de
de maniobra
Subestacin de
de transformacin
Subestacin
industrial Tomada de la revista ABB
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Tipos de subestacin
Las subestaciones tambin pueden ser:Convencionaleso aisladas al aire - AIS
Encapsuladaso aisladas en SF6 - GIS
Y a su vez stas pueden ser de ejecucininterior o exterior
Tambin celdas para subestaciones de mediay baja tensin
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Tipos de subestacin
Convencionales o aisladas al aire - AIS
Encapsuladas o aisladas en SF6 - GIS
Interior
Exterior
Celdas para subestaciones de media y baja tensin
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Configuracin de una subestacin
Se denomina configuracin al arreglo de los equiposelectromecnicos constitutivos de un patio deconexiones, o pertenecientes a un mismo nivel detensin de una subestacin, efectuado de tal formaque su operacin permita dar a la subestacindiferentes grados de confiabilidad, seguridad yflexibilidad de manejo, transformacin y distribucinde energa.
Cada punto (o nodo) en el sistema tiene diferentesrequerimientos de confiabilidad, seguridad yflexibilidad y cada configuracin brinda diferentesgrados de estas caractersticas .
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Tipos de configuracinTendencia europea - Conexinde seccionadores
Son aquellas en las cuales cada circuito tiene uninterruptor, con la posibilidad de conectarse a una oms barras por medio de seccionadores:
Barra sencilla
Barra principal y de transferencia
Doble barra
Doble barra ms seccionador de by passo paso
directo
Doble barra ms seccionadorde transferencia
Doble barra ms barra de transferencia
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SUBESTACIONES CON ARREGLO SENCILLO DE BARRAS.
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Por su simplicidad, este arreglo es el ms econmico, perocarece de los dos principales defectos, que son:
a) No es posible realizar el mantenimiento sin la interrupcindel servicio .
b) No es posible una ampliacin de subestacin sininterrumpir el servicio .
El nmero de circuitos que se vea afectado por cualquierade las razones anteriores, se puede reducir seccionando labarra, e inclusive formando anillos,
Este arreglo tiene la limitante de que toda la subestacinqueda fuera de servicio cuando ocurre una falla en lasbarras principales .
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Tipos de configuracinTendencia Europea
Opcional
Barra sencilla Configuracin en H
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Barra sencilla
Es la configuracin ms sencilla, por tanto lams econmica . En condiciones normales deoperacin, todas las lneas y transformadoresestn conectados a un solo juego de barras .Con esta configuracin en caso de operaralguna proteccin queda des energizada todala subestacin ; para realizar elmantenimiento de algn elemento esnecesario des energizar parte de lasubestacin .
Barra sencilla particionada
Tiene la ventaja de que si se presentaalguna falla, puede seguirfuncionando la mitad de lasubestaci n. Esta configuraci nimplica un seccionador mas, perohace ms confiable el sistema .
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SUBESTACIN CON BARRA PRINCIPAL Y BARRA DE TRANSFERENCIA.
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Esta es una variante del doble juego de barras ; lallamada barra de transferencia, se usa nicamentecomo auxiliar, cuando se efecta el mantenimiento enel interruptor de lnea, de manera que el interruptorse puede desconectar en ambos extremos, mientras lalnea o alimentador permanece en el servicio .
COMPARACIONES DE CONFIABILIDAD .
Se han comparados los diversos esquemaspara hacer resaltar susventajas y desventajas . La base de comparacin que se utiliza esla justificacin econmica de un grado particular de confiabilidad .La determinacin del grado de confiabilidad requiere de unaevaluacin de condiciones anticipadas de operacin y lacontinuidad del servicio requerida por la carga a la que haya deservir .
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Tipos de configuracinTendencia Europea (continuacin)
Barra
principal
Barra de
transferenciaT
ran
sfe
ren
cia
BP
BT
Barra principal y de transferencia
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SUBESTACIONES CON DOBLE JUEGO DE BARRAS.
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Se usan dos juegos de barras idnticas, uno se puede usar comorepuesto del otro, con este arreglo se puede garantizar que noexiste interrupcin de servicio ; en el caso de que falle uno de losjuegos de barras ademsde que:
1. Se puede independizar el suministro de cargas, de maneraque cada carga, se puede alimentar de cada juego de barras .
2. Cada juego de barras, se puede tomar por separado paramantenimiento y limpieza de aisladores, sin embargo, losinterruptores, no estn disponibles para mantenimiento sin quese desconecten la barras correspondientes .
3. La flexibilidad en operacin normal, se puede considerarcomo buena.
4. Este arreglo se recomienda adoptarlo cuando la continuidaden el suministro de la carga, justifica costos adicionales.
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Tipos de configuracinTendencia Europea (continuacin)
B2
B1
AcopleAcople
B2
B1
Doble barra ms seccionador de By-Pass o paso directo
Doble barra
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Tipos de configuracinTendencia Europea (continuacin)
B2
B1
Acople
B2
B1
Acople
Tra
ns
fere
nc
iaAcople y transferencia
(Alternativa)
BT
Doble barra ms seccionador de transferencia
Doble barra ms barra de transferencia
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Configuracin doble barra
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Est constituido por dos (2) barras principales, las cuales seacoplan entre s mediante un disyuntor y sus seccionadoresasociados .
Ventajas :Las labores de mantenimiento pueden ser realizadas sininterrupci n del servicio .Facilita el mantenimiento de seccionadores de barra,afectando nicamente el tramo asociado .
Desventajas :La realizaci n del mantenimiento en un disyuntor de untramo, requiere la salida del tramo correspondiente .Requiere de gran espacio f sico para su construcci n.
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Tipos de configuracin
Tendencia americana - Conexinde interruptoresSon aquellas en las cuales los circuitos se conectan a lasbarras o entre ellas, por medio de interruptores :
Anillo
Interruptor y medio
Doble interruptor
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Tipos de configuracinTendencia Americana
Anillo
Interruptor y medio
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Configuracin interruptor y medio
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Constituido por dos (2) barras principales interconectadas atrav s de dos (2) tramos de disyuntor y medio (1-1/ 2) a loscuales las salidas est n conectadas .
Ventajas :No necesita tramo de enlace de barra .El mantenimiento de un disyuntor se puede realizas sinsacar de servicio el tramo correspondiente .
Desventajas :Para la realizaci n del mantenimiento de los seccionadoresconectados directamente al tramo, es necesario dejar fuerade servicio el tramo correspondiente .Requiere gran espacio f sico para su construcci n.
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Tipos de configuracinTendencia Americana (continuacin)
Doble barra con doble interruptor
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Otras configuraciones
Anillo cruzado
Interruptor y tres cuartos
Malla
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Otras configuraciones
Anillo cruzado
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Otras configuracionesContinuacin
Interruptor y tres cuartos
Malla
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USO DE LAS PRINCIPALES CONFIGURACIONES
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Consideraciones en la seleccin de la configuracin de una subestacin
Funcin que desempea la subestacin en el sistemainterconectado para determinar su necesidad deflexibilidad, confiabilidad y seguridad.
Tipo de subestacin (generacin, transformacin omaniobra)
Conocer las caractersticas de la configuracin
Facilidades de extensin y modulacin
Simplicidad en el control y proteccin
Facilidad en el mantenimiento
rea disponible
Costos
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Seleccin de la configuracin
1.Funcin que desempea la subestacin en el sistema
Flexibilidad
Es la propiedad de la instalacin para acomodarse a lasdiferentes condiciones que se puedan presentar por cambiosoperativos en el sistema, y adems por contingencias y/omantenimiento del mismo.
Control de potencia reactiva para optimizar cargas engeneradores
Limitar niveles de corto
Estabilidad en el sistema
Independizar o limitar influencia de cargas
Varias compaasen una mismasubestacin
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Funcin que desempea la subestacin en el sistema
Confiabilidad
Es la probabilidad de que una subestacin pueda suministrarenerga durante un periodo de tiempo dado, bajo la condicinde que al menos un componente de la subestacin no puedarepararse durante la operacin.
Diferentes artculos y revistas incluyen cifras o grficas quepermiten hacer comparaciones, como grficas del CIGRE enrevista ELECTRA No. 65
Programas de computador para definir la confiabilidad contasas de frecuencia y duracin de fallas.
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Tasa de falla de una subestacin de distribucin en funcin de la tasa de falla de los interruptores
A: Barra sencilla seccionada
B: Anillo
C: Doble barra
D: Interruptor y medio
CB: Interruptor
SW: Seccionador
Tasa de falla: Nmero de fallas por ao
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Tasa de falla de una subestacin de distribucin teniendo en cuenta el tiempo de mantenimiento de los interruptores
Tasa de falla CB: 3,5 por 100 aos
Tiempo de mantenimiento (horas/ao)
A: Barra sencilla seccionada
B: Anillo
C: Doble barra
D: Interruptor y medio
CB: Interruptor
SW: Seccionador
Tasa de falla: Nmero de fallas por ao
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No disponibilidad de una subestacin de transmisin en funcin del tiempo de mantenimiento de los interruptores
A: Barra sencilla seccionada
B: Anillo
C: Doble barra
D: Interruptor y medio
CB: Interruptor
SW: Seccionador
Tasa de falla: Nmero de fallas por ao
No
Dis
po
nib
ilid
ad
S/E
(ho
ras/a
o
)
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Funcin que desempea la subestacin en el sistema
SeguridadEs la propiedad de una instalacin para dar continuidaddeservicio sin interrupcin alguna durante fallas en losequipos de potencia, especialmente interruptores ybarras.
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Seleccin de la configuracin
2.Tipos de subestacin
GeneracinRequiere principalmente confiabilidad
La seguridad y la flexibilidad pueden ser requerimientoadicional, dependiendo de la importancia y ubicacin de lasubestacin en el sistema.
Maniobra
Requiere principalmente flexibilidad
TransformacinRequiere principalmente confiabilidad
La seguridad puede ser de importancia
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Seleccin de la configuracin
3. Caractersticas de las configuraciones
Las subestaciones con barra de transferencia brindanconfiabilidad por falla en interruptores .
Las subestaciones con doble barra brindan flexibilidad parala operacin del sistema y confiabilidad por falla en barras .
Las subestaciones con doble barra, en donde una de ellastambin sirve como barra de reserva no brindansimultneamente flexibilidad y confiabilidad .
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Seleccin de la configuracin
El seccionamiento de barras brinda parcialmenteconfiabilidad por falla en barras .
Las subestaciones con conexin de interruptores brindanbuena confiabilidad y seguridad .
La configuracin en anillo siempre se debe disear en formamodular, tal que se pueda convertir en interruptor y medio.
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Seleccin de la configuracin
La barra sencilla es una configuracin sin confiabilidad,seguridad o flexibilidad, que se debe utilizar solo para lassubestaciones pequeas o de menor importancia en elsistema.
La doble barra ms seccionador de o paso directoes una configuracin que brinda, pero no simultneamente,flexibilidad y confiabilidad, complicada en su operacin ycontrol, que puede ser utilizada en subestaciones demaniobra con generacin o transformacin .
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Seleccin de la configuracin
La doble barra ms seccionador de transferencia es unaconfiguracin similar a la anterior pero un poco ms simple ensu operacin y control .
El anillo cruzado es una configuracin un poco ms segura yconfiable que el interruptor y medio pero ms complicada ensu control y operacin
Las configuraciones ms utilizadas para subestacionesencapsuladas en SF6 son: para alta tensin barra sencilla,doble barra, anillo e interuptor y medio; para extra altatensin son anillo, interruptor y medio y doble interruptor .
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Desarrollo de conexin de barras
Doble barra ms seccionador de transferencia
BP
BT
B1
B2
B1
B2
BT
B1
B2
Barra sencilla
Doble barra
Barra principal y de transferencia
Doble barra ms barra de transferencia
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Desarrollode conexin deinterruptores
2 Circuitos
(Anillo)
3 Circuitos
(Anillo)
4 Circuitos
(Anillo)
5 Circuitos
(Anillo)
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6 Circuitos
(Anillo)
>6 Circuitos
(Interruptor
y medio)
Desarrollo de conexin de interruptores
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Seleccin de la configuracin
5. Simplicidad en el esquema de control y protecciones
+ Interruptores + complicada la subestacin
Se debe reducir el nmero de interruptores y seccionadorescuando se quiere simplicidad .
Configuraciones del tipo conexin de seccionadores soncomplejas en su sistema de enclavamientos.
Configuraciones del tipo conexin de interruptores soncomplejas en su sistema de proteccin (recierre,sincronismo, falla interruptor, etc) .
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Seleccin de la configuracin
6. Facilidad de mantenimiento
Cada configuracin brinda ventajas y desventajas durantemantenimiento .
Cuadro comparativo del CIGRE - revista ELECTRANo. 10
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Facilidades de mantenimiento de cada configuracin
EFECTO DE MANTENIMIENTO EN INTERRUPTOR
CONFIGURACIN
Normal Falla en circuito Falla en barra
Barra sencilla Prdida de circuito Prdida de todos los circuitos
Barra sencilla Prdida de circuito Prdida de la mitad de los
seccionada circuitos
Nada si el interruptor de Prdida de circuito En la de transferencia prdida
Barra principal transferencia est disponible La barra de transferencia del circuito.
y de transferencia si la falla es en el circuito En la principal si no est seccionada
en transferencia se pierden todos los circuitos
Prdida de circuito Se pierden todos los circuitos
Doble barra conectados a la barra con falla
mientras se conmutan a la barra sana
Nada si el interruptor de Prdida de circuito y de barra En la de transferencia prdida de
Doble barra ms transferencia est disponible de transferencia si la falla es circuito
barra de transferencia en el circuito en transferencia. En una principal se pierden todos los
circuitos conectados a sta mientras
se conmmutan a la barra sana
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Facilidades de mantenimiento de cada configuracin
EFECTO DE MANTENIMIENTO EN BARRAS
CONFIGURACIN
Normal Falla en circuito Falla en barra
Barra sencilla Prdida de todos los circuitos
Barra sencilla Prdida de la mitad Prdida de circuito Prdida de todos los circuitos
seccionada de los circuitos
Se pierden todos los circuitos Prdida de circuito y barra de
Barra principal si la barra principal no est transferencia si la barra principal est Prdida de todos los circuitos
y de transferencia seccionada seccionada
Nada, siempre y cuando
Doble barra no se sobrepase el nivel Prdida de circuito Prdida de todos los circuitos
mximo de corto circuito
Doble barra ms Nada, siempre y cuando
barra de transferencia no se sobrepase el nivel Prdida de circuito Prdida de todos los circuitos
mximo de corto circuito
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Facilidades de mantenimiento de cada configuracin
EFECTO DE MANTENIMIENTO EN INTERRUPTOR
CONFIGURACIN
Normal Falla en circuito Falla en barra
Nada si el interruptor de acople Prdida de circuito. Si la falla es en el Si no es la barra que est
est disponible circuito con el interruptor en mantenimiento siendo utilizada como transferencia
Doble barra ms se pierde ese circuito con el acople se pierden todos los circuitos, mientras
"by pass" y una de las barras se conmuta a la barra sana la cual
no puede ser utilizada ms como barra
de transferencia
Ningn circuito se pierde, pero Prdida de circuito
Anillo se rompe el anillo Segundo circuito puede quedar aislado
dependiendo del lugar de la falla
Se aisla un circuito si el interruptor central
Interruptor y medio Nada Prdida de circuito est en mantenimiento. Si la falla es en la
barra opuesta el interruptor en mantenimiento
quedan aislados dos circuitos
Prdida de un circuito si el interruptor
Doble interruptor Nada Prdida de circuito en mantenimiento est adyacente a la barra
con la falla
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Facilidades de mantenimiento de cada configuracin
EFECTO DE MANTENIMIENTO EN BARRAS
CONFIGURACIN
Normal Falla en circuito Falla en barra
Nada, siempre y cuando no se
Doble barra ms sobrepase el nivel mximo de Prdida de circuito Prdida de todos los circuitos
"by pass" cortocircuito
Anillo
La subestacin puede dividirse en grupos
Interruptor y medio Nada Prdida de uno o dos circuitos de dos circuitos
Doble interruptor Nada Prdida de circuito Prdida de todos los circuitos
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Seleccin de la configuracin
7. rea
El rea de una configuracin determinada depende de ladisposicin fsica que se utilice .
En general las configuraciones de conexin de seccionadoresocupan una mayor rea que las subestaciones con conexin deinterruptores .
reas muy limitadas pueden exigir ejecuciones con unadisposicin fsica con muchos niveles de conexin o inclusivedel tipo encapsulada(GIS) .
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Seleccin de la configuracin
8. Costo
El costo de una subestacin aumenta a medida que se hacems compleja la configuracin .
Las configuraciones interruptor y medio y doble interruptor,son ms costosas que las de conexin de seccionadores.
Las configuraciones de conexin de seccionadores debencontar con la inversin inicial del campo de acople y/otransferencia .
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Costo vs Confiabilidad
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Seleccin de la configuracin
El costo se debe tomar como un todo para poder efectuarcomparaciones: ingeniera + equipos + obras civiles + lote +montaje + operacin y mantenimiento + indisponibilidad +otros costos .
Las subestaciones encapsuladas (GIS), en lo que respecta alequipo, son ms costosas que las convencionales (AIS), por loque su utilizacin debe ser bien justificada .
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Comparacin de costos en subestaciones encapsuladas y convencionales a 145 kV
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Comparacin de costos en subestaciones encapsuladas y convencionales a 525 kV
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Mtodo simplificado para comparar costos de diferentes configuraciones
Precios relativos:
EQUIPO NIVEL DE TENSIN
500 kV 230 kV 115 kV
INTERRUPTOR 1,0 1,0 1,0
SECCIONADOR 0,2 0,25 0,3
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Mtodo simplificado para comparar costos de diferentes configuraciones
Ejemplo para 230 kV:Subestacin en doble barra (DB) de ocho campos
Interruptores = 8 (campos)+ 1 (acople) = 9
Seccionadores= 24 + 2 = 26
Valor comparativo = 9 + 26 x (0,25) = 15, 5
Subestacin en interruptor y medio (CB 1/ 2) de ocho cicuitos
Interruptores = 8 x 1,5 = 12
Seccionadores= 8 x 4 = 32Valor comparativo = 12 + 32 x (0,25) = 20 ,0
En donde:CB 1/ 2 = 1, 29 DB (8 campos)29% + costo
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Seleccin de la configuracin
9. Otros aspectos
Influencia ambiental
Historia y tradicin
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Sistema de media y baja tensinEsquemas y configuraciones bsicas
S/E FUENTE S/E INDUSTRIAL
1. Subestacin terminal con interruptor (radial)
2. Subestacin terminal sin medio de interrupcin local( 115 kV sistema radial)
S/E FUENTE S/E INDUSTRIAL
MEDIO DE TRANSMISIN
(RADIO, PLC, HILO PILOTO)
P
85Tx85Rx
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Sistema de media y baja tensinEsquemas y configuraciones bsicas
S/E INDUSTRIALS/E FUENTE
S/E INDUSTRIAL
5. Subestacin terminal con fusible (sistema radial derivado)
*
* Localizacin
alternativa
*
4. Derivacin de sistema enmallado
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Sistema de media y baja tensinEsquemas y configuraciones bsicas
5. Barra sencilla terminal (sistema radial derivado)
b. Con fusibles
a. Con interruptores
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Sistema de media y baja tensinEsquemas y configuraciones bsicas
BP BT
6. Barra principal ms transferencia
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Sistema de media y baja tensinEsquemas y configuraciones bsicas
7. H o T (esquemas simplificados)Ideal para conexin a sistemas enmallados abriendo al lnea
c. Dos interruptores - dos transformadores
d. Dos interruptores - un transformadores
a. Cuatro interruptores
b. Tres interruptores
e. Subestaciones unitarias
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Sistema de media y baja tensinEsquemas y configuraciones bsicas
8. Sistema de distribucin de media o baja tensin
a. Sistema radial simple
b. Sistema radial expandido
c. Sistema primario selectivo
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Sistema de media y baja tensinEsquemas y configuraciones bsicas
8. Sistema de distribucin de media o baja tensin (cont.)
d. Sistema de lazo primario e. Sistema secundario selectivo
f. Doble alimentacin secundaria