ESCUELA POLITCNICA NACIONALOPERACIN DE SUBESTACIONES EQUIPO PRIMARIONOMBRES: David Morales Cristian MoraResumen En este tema presentan las principales caractersticas fsicas y elctricas de los equipos primarios de patio, las definiciones de los equipos y sus funciones, y los criterios para la seleccin del equipo de acuerdo con las necesidades y requerimientos del sistema donde ser utilizado. 1.- DefinicionesAislamiento externo: distancias en el aire y sobre las superficies de aislamientos slidos de los equipos en contacto con la atmsfera que estn sometidos a esfuerzos dielctricos, y a la influencia de las condiciones atmosfricas y de olas condiciones externas como polucin, humedad, animales, etc.Contador: dispositivo que indica el nmero de ciclos de operacin realizados por un equipo.Envolvente: elemento que suministra proteccin a los equipos contra ciertas influencias externas y, en cualquier direccin, contra contacto directo.Grado de Proteccin: nivel de proteccin dado por una envolvente contra el acceso a partes peligrosas, contra el ingreso de cuerpos slidos extraos y/o el ingreso de agua y que es verificable mediante pruebas.Inspeccin: Examen visual peridico de las principales caractersticas de los equipos en servicio, sin desmantelarlos. Esta investigacin se realiza generalmente a las presiones y /o niveles de lquidos, estanqueidad, posicin de rels y polucin de las partes aislantes. Comprende, igualmente, acciones como lubricacin, limpieza, lavado, etc., que pueden ser realizadas en los equipos en servicio.Mantenimiento: Combinacin de todas las acciones tcnicas y administrativas, incluyendo acciones de supervisin, destinadas a mantener o a restaurar un elemento a un estado tal que pueda realizar la funcin requerida para l.Presin asignada de llenado para aislamiento Pre (densidad Pre) o para operacin Prm (densidad Prm): presin en pascales para el aislamiento y /o para la maniobra, referida a las condiciones atmosfricas normalizadas de +20C y 101,2 kPa que puede ser expresada en trminos relativos o absolutos, a la cual se llena un equipo antes de ser puesto en servicio o que se mantiene automticamente.Presin de alarma para aislamiento Pae (densidad Pae) o para operacin Pam (densidad Pam): Presin (Pa) para aislamiento y/o manibora, referida a las condiciones atmosfticas normalizadas de +20C y 101,3 kPa, qe puede ser expresada en trminos relativos o absolutos, a la cual se debe generar una seal de alarma para indicar que el equipo debe ser recargado en un tiempo relativamente corto.Presin mnima para aislamiento Pme (densidad Pme) o para operacin Pmm (densidad Pmm): presin (Pa) para aislamiento y/o maniobra, referida a las condiciones atmosfricas normalizadas de +20C y 101,3 kPa, que puede ser expresada en trminos relativos o absolutos, a la cual o por encima de la cual se conservan las caractersticas asignadas de los equipos y a la cual se requiere una recarga para el equipo. Esta presin usualmente es utilizada como presin de enclavamiento.Sistema secundario: sistema conformado por: Los circuitos de control y auxiliares montados en un equipo de adyacentes al equipo incluyendo los circuitos de gabinetes de control central. Los dispositivos de supervisin y diagnstico que hacen parte de los circuitos auxiliares de un equipo. Los equipos conectados a los terminales secundarios de los transformadores de instrumentos.2.- CONCEPTOS GENERALES2.1 Consideraciones generalesEl diseo y la seleccin de las caractersticas elctricas de los equipos de subestacin se basan en los siguientes factores: Resultados de los estudios del sistema Normas tcnicas aplicables Experiencia nacional e internaciones en la utilizacin de equipos Posibilidades de normalizacin de la compaa propietariaEn la Tabla 1 se particularizan estos estudios hacia los parmetros y caractersticas elctricas que deben especificarse en los equipos. Los estudios especiales cubren casos particulares de los sistemas y deben ser tenidos en cuenta donde sea aplicable. En las ampliaciones de subestaciones deben ser considerados tambin los estudios de compatibilidad con los equipos existentes.

Tabla 1. Estudios bsicos para la seleccin de equipos.Conociendo los resultados de los estudios y considerando la experiencia nacional e internaciones en la utilizacin de cada equipo, se determinan con la ayuda de las normas tcnicas pertinentes de normalizacin de los equipos, pues esto refleja en el costo y en la facilidad de mantenimiento. Como se mencion, se recomienda utilizar fundamentalmente las normas de Comisin Electrotcnicas Internacional (IEC) complementadas en cuanto haya lugar con las del Instituto Americano de Normas (ANSI) y con las de la Asociacin Nacional de Fabricantes de Equipos Elctricos de los Estados Unidos (NEMA)2.2 Caractersticas comunes al equipo de alta tensin La publicacin IEC 60694 (Common specfications for high-voltage switchgear and controlgear standards) establece las caractersticas comunes para equipos de corte o maniobra de alta tensin para instalacin interior y a la intemperie y operando a una frecuencia de servicio de 60H inclusive. A continuacin se incluyen las principales consideraciones de la publicacin IEC 60694;2.2.1 Condiciones de servicio2.2.1.1 Condiciones normales de servicioa. Equipo para interiorLa temperatura ambiente en el aire no excede 40C y su valor promedio, medido sobre un perodo de 24h, no excede 35C. La temperatura ambiente mnima en el aire es -5C para equipo clase interior -5, -15C para equipo clase interior -15C y -25C para equipo clase interior -25CEl valor promedio de humedad relativa para un perodo de 24h no excede 95%.El valor promedio de la presin de vapor, para un perodo de 24h, no excede 2,2 kbar.El valor promedio de la humedad relativa en un perodo de un mes, no excede 90%.El valor promedio de la presin de vapor en un perodo de un mes, no excede 1,8kbar.Las vibraciones por causas externas al equipo, o por movimientos de la tierra, son despreciables.La altitud sobre el nivel del mar no excede 1000m.El aire no tiene contaminacin apreciable por polvo, humo, gases inflamables y/o corrosivos, ni por sal.b. Equipo para intemperie o exteriorLa temperatura ambiente en el aire no excede 40C y su valor, promedio, medido sobre un perodo de 24h, no excede 35C. La temperatura mnima en el aire es -10C para equipos clase exterior -10C, -25 para equipos clase exterior -25C y -40C para equipo clase exterior -40C.La altitud sobre el nivel del mar no excede 1000mEl aire puede estar contaminado por polvo, humo, gas o vapor corrosivos, o sal. La polucin no debe exceder el Nivel II- Medio.La velocidad del viento no excede 34m/s (correspondiente a una presin de 700Pa) sobre superficies cilndricas)Se deben tener en cuenta condensacin, lluvia, cambios rpidos de temperatura y efectos de la radiacin solar.Las vibraciones por causas externas al equipo, o por movimientos de la tierra, son despreciables.El valor de cresta de las perturbaciones electromagnticas inducidas en el sistema secundario no excede 1,6kV en modo comn para clase normal de severidad de condiciones electromagnticas.2.1.2.1 Condiciones especiales de servicioDebe existir un acuerdo entre el fabricante y el usuario cuando se tienen condiciones de servicio diferentes a las descritas anteriormente. Para aislamientos internos se tienen caractersticas dielctricas para cualquier altitud y no es necesario tomar ninguna precaucin. Para equipo auxiliar de baja tensin no es necesario tomar ninguna precaucin si la altitud est por debajo de 200m.2.2.2 Caractersticas asignadasPara los equipos y dispositivos auxiliares, es conveniente seleccionar las caractersticas asignadas entre las siguientes: Tensin asignada Ur Nivel de aislamiento asignado Frecuencia asignada f Corriente asignada en servicio continuo Ir Corriente de corta duracin admisible asignada Ik Valor de cresta de la corriente admisible asignada para equipos de maniobras IP Duracin admisible asignada de la corriente de cortocircuito ik Tensin asignada de alimentacin de los dispositivos de cierre, de apertura y circuitos auxiliares Us Frecuencia asignada de alimentacin de los dispositivos de cierre, de apertura y circuitos auxiliares Presin asignada de alimentacin de gas comprimido para aislamiento y /o maniobra.2.2.2.1 Tensin asignada UrLa tensin asignada corresponde al lmite superior de la tensin ms elevada del sistema para el cual se previ el equipo. Los valores normales de la tensin asignada segn la clasificacin hecha en la publicacin IEC 60694 se indican a continuacin Rango I para las tensiones asignadas inferiores o iguales a 245kVSerie I: 3,6kV 7,2 kV 12 kV 17,5kV 24kV 36kV 52kV 72,5kV 100kV 123kV 145kV 170kV 245kVSerie II: (basada en la prctica corriente de Amrica del Norte) 4,76kV 8,25kV 15kV 25,8 kV 38kV 48,3kV 72,5kV Rango II para las tensiones asignadas superiores a 245kV300kV 362kV 420 kV 550kV 800kV3.2.2.2 Nivel de aislamiento asignadoEs el conjunto de tensiones portadas que caracterizan la rgida dielctrica del aislamiento. El nivel de aislamiento asignado de un equipo debe seleccionarse entre los valores indicados en las Tablas 2 a 4.Los valores de la tensin soportada indicados en dichas tablas, corresponde a las condiciones atmosfricas normales de referencia (temperatura, presin y humedad especificadas en la publicacin IEC 60071-1 (1993) y mencionas en los captulos de Coordinacin de aislamiento y Pruebas puesta en servicio.El nivel de aislamiento asignado se especifica por la tensin soportada al impulso tipo rayo entre fase y tierra.Para la mayora de las tensiones asignadas existen varios niveles de aislamiento permitiendo la aplicacin de diferentes criterios de funcionamiento o de diferentes conjuntos de sobretensiones. La seleccin deber hacerse considerando el grado exposicin a sobretensiones de frente rpido y de frente lento, del tipo de puesta a tierra de neutro del sistema y del tipo de dispositivos limitadores sobretensiones, tal como se indica en el captulo de Coordinacin de aislamiento.Los valores comunes utilizados en las tablas 2 y 3 aplican a aislamientos fase tierra, entre fases y entre bornes del equipo de conexin abierto. Los valores de las tensiones soportadas sobre la distancia de seccionamiento son vlidos nicamente para equipos de maniobra donde la distancia entre los contactos abiertos est diseada para cumplir con las exigencias de seguridad especificadas para seccionadores.

Tabla 2. Niveles de aislamiento asignados para tensiones de la gama I, serie I.

Tabla 3. Niveles de aislamiento asignados para tensiones de la gama I, serie II.

Tabla 4. Niveles de aislamiento asignados para tensiones de la gama II.

Frecuencia asignada.Generalmente en Europa se utiliza una frecuencia de 60 Hz, mientras que en Amrica las frecuencias an no son homogneas.

Tabla 5. Frecuencias de servicio en los distintos pases de Amrica Latina.Corriente asignada en servicio continuo.Los valores de corriente asignada en servicio continuo pueden ser seleccionados de la publicacin IEC 60059 (1999), as 1-1.25-1.6-2-2.5-3.15-4-5-6.3-8 y sus mltiplos por 10*n Corriente de corta duracin admisible asignada IK.Debe ser igual al valor del cortocircuito asignado especificado para el equipo y debe seleccionarse entre los siguientes valores: 1 -1.25 -1.6 -2 2.5 -3.15 -4 -5 -6.3 -8 A y sus productos por 10*n Duracin asignada del cortocircuito tkEs el intervalo de tiempo durante el cual el equipo debe soportar, en posicin cerrada, una corriente igual a la corriente de corta duracin admisible asignada. Presin asignada del gas comprimido para aislamiento y/o operacinEl dispositivo neumtico debe ser capaz de abrir o cerrar el equipo con la presin de gas comprimido entre 85% y 110% de la presin nominal.

Pruebas.El objetivo de las pruebas consiste en verificar las caractersticas de los equipos, de sus dispositivos de comando y de sus equipos auxiliares. Las pruebas pueden clasificarse en: Pruebas de Rutina: son realizadas en todos los equipos comprados a fin de verificar la calidad y uniformidad de la mano de obra y de los materiales utilizados en su fabricacin.

Pruebas tipo: Se realizan slo en uno de los equipos comprados a fin de verificar su operacin adecuada bajo las condiciones normales y anormales de servicio.

Pruebas especiales: Son aquellas que la norma pertinente no considera de tipo ni de rutina, siendo realizadas mediante un acuerdo previo entre fabricante y comprador.

Conclusiones: Es necesario el conocimiento de los parmetros necesarios para el diseo y la posterior operacin de una subestacin elctrica. Para ello, conviene analizar los conceptos generales del equipo primario existente en cada una de ellas. Por otro lado, es necesario tambin hacer estudios previos para la implantacin de una subestacin teniendo en cuenta los valores nominales y transitorios para el dimensionamiento del equipo primario y coordinacin de protecciones. Las caractersticas de los equipos primarios vienen dado por normas preestablecidas, depende de las corrientes nominales y de cortocircuito, as como tambin del tiempo que un cortocircuito dure.

Para cumplir con las condiciones asignadas o normales, se establece el medio en el cual se ha desarrollado las pruebas, ya que las normas en s especifican las condiciones normales tanto de temperatura como presin.

BIBLIOGRAFA[1] C. F. Ramrez, Subestaciones de alta y extra alta tensin, Bogot - Colombia: Impresiones Grficas Ltda., 1991.