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SUBESTACIONES ELECTRICAS (S.E.

) Definicin:
Las S.E. son componentes de los S.E.P. en donde se modifican los
parmetros de la potencia (V y I), sirven de punto de interconexin para
facilitar la transmisin y distribucin de la energa elctrica.
Smbolos convencionales de S.E.
La nomenclatura y simbologa de los arreglos unifilares y
trifilares de una S.E. estn basados en la normas internacionales CEI
(Comisin Electrotcnica Internacional), la norma americana ANSI
Y las normas mexicanas CCONNIE (Comit Consultivo Nacional de
Normalizacin de la Industria Elctrica)

La simbologa y nomenclatura ayudan a la pronta


interpretacin de los diagramas

elctricos de las S.E., en los cuales se

representa en forma simblicamente el equipo mayor en un solo hilo (diagrama


unifilar) o en tres hilos (diagrama trifilar) que forma parte de la
instalacin, considerando la secuencia de operacin de cada uno de los
circuitos

Existen 4 puntos importantes que se deben considerar al disear una S.E.

Las tensiones a las que trabajara la instalacin (S.E.)

Nivel de aislamiento admisible en los aparatos por instalar

Corriente mxima que se prev en servicio continuo (mxima potencia en condiciones normales de operacin).

Corriente mxima de falla (corriente de corto circuito) Puede clasificarse de acuerdo a: a).- FUNCIN QUE
DESEMPEAN S.E. en plantas generadoras Receptoras primarias (reductoras) Receptoras secundarias
Switcheo (interconexin)

b).- Forma de construccin Intemperie Interior Encapsuladas

Por el arreglo de los buses:

Barra sencilla Barra principal y de transferencia Barra en anillo Arreglo de interruptor y medio Arreglo de
doble barra con un interruptor y barra de transferencia. Arreglo de doble barra con dos interruptores.

Subestaciones en plantas generadoras o centrales elctricas


S.E. adyacentes a las C.E., modifican los parmetros de la
potencia suministrada por
transmisin de la E.E.

los generadores elctricos para permitir la

Los voltajes de generacin se tienen entre 5 y 25 KV y la


transmisin de la E.E. se puede efectuar a 69, 85, 115, 230 o 400 KV (en
Mxico).

Subestaciones receptoras primarias


Alimentadas directamente de L.T. reducen la tensin a valores
menores para la alimentacin de sistemas de subtransmisin o de redes de
distribucin, dependiendo de la tensin
secundario tensiones del orden

de transmisin pueden tener en el

de 230, 115 0 69 KV y eventualmente de 34.5,

13.2, 6.9 o 4.16 KV.


S.E. RECEPTORAS SECUNDARIAS
S.E. alimentada por las redes de subtransmisin y suministran
la E.E. a las redes de distribucin a tensiones comprendidas entre 34.5 y 6.9
KV
S.E. tipo intemperie
Son las S.E. diseadas para operar expuestas a las
condiciones atmosfricas (lluvia, nieve, viento, contaminacin ambiental,
etc.) y ocupan grandes extensiones de terreno.

Estas instalaciones manejan alta tensin y extra alta


tensin.
S.E. TIPO INTERIOR
S.E. construida en el interior de edificios, no son
aptas para operar bajo condiciones atmosfricas, actualmente son utilizadas
por la industria incluyendo la variante de las tipo blindado
SUBESTACIONES BLINDADAS
En estas S.E. el equipo est totalmente protegido del medio
ambiente, el espacio que ocupan es muy reducido, por lo general son ocupadas
en hospitales, interior de fabricas, auditorios, centros comerciales, lugares
densamente poblados, lugares con alto ndice de contaminacin, en lugares
donde no se cuenta con una extensin grande de terreno para poder instalar una
de tipo convencional (intemperie).
S.E. Encapsuladas
En estas S.E. el equipo se encuentra totalmente protegido del
medio ambiente el espacio que ocupan es la tercera parte de una S.E.
convencional, todas las partes vivas y equipos que soportan la tensin estn
contenidos dentro de envolventes metlicos que forman mdulos fcilmente
conectados entre si, estos mdulos se encuentran dentro de una atmsfera de
gas seco y a presin que en la mayora de los casos es hexafloruro de azufre

(SF6) que tiene la caracterstica de reducir las distancias de aislamiento,


comparativamente con las del aire.

La tensin de una S.E. se puede fijar en funcin de:

a).- Si la S.E. es alimentada en forma radial, la tensin de la S.E. se fija en funcin de la potencia de la misma.

b).- Si la alimentacin proviene de un anillo, la tension de la S.E. queda obligada por el anillo.

c).- Si la alimentacin es tomada de una L.T. cercana, la tensin de la S.E. queda obligada por la que maneje la lnea
de transmisin

Las tensiones normalizadas en Mxico son:

440, 220, y 127 V Baja tensin


(B.T.)
400, 230, 85 y 23 KV Alta tensin
(A.T.)
Arriba de 400 Extra alta tensin
(E.A.T.)

La S.E. como instalacin elctrica debe estar diseada para


soportar el paso de dos corrientes
a).- CORRIENTE NOMINAL (Mxima) IN; Est corriente fija los
esfuerzos trmicos que debe soportar la instalacin elctrica en condiciones
de operacin desfavorables, sirve para determinar la seccin de las barras
colectoras y las caractersticas de conduccin de corriente de los
interruptores de potencia, cuchillas, T.C.S, etc..

b).- CORRIENTE DE CORTO CIRCUITO (Mxima) ICC; Determina los


esfuerzos electrodinmicos mximos que pueden soportar las barras colectoras y
los tramos de conexin, esta corriente de corto circuito es un parmetro
importante en el diseo de la red de tierras de la S.E..
La ICC al circular por los devanados de cualquier transformador
produce un incremento brusco de temperatura que degrada los aislamientos y
disminuye la vida til de estos, de tal manera que una sobre tensin posterior
aunque sea pequea puede originar una falla seria en los devanados inclusive
su destruccin.
Componentes de una S.E.
Los principales componentes de una S.E. son:

Transformadores de potencia Interruptores de potencia Cuchillas desconectadoras Cuchillas de puesta tierra


Apartarrayos Barras colectoras Estructuras de soporte Transformadores para instrumentos
(T.C. y T.P.)

Transformadores:
Maquina esttica que trabaja en base al principio de induccin
electromagntica, aislada elctricamente y eslabonada magnticamente.

Constituido por dos devanados el primario y el secundario y en algunos


casos por devanado terciario, es ele elemento de la S.E. con menor porcentaje
de falla comparativamente con las L.T..

Esta constituido por tres partes:

Parte activa: Esta constituida por:


Ncleo: Constituye el campo magntico fabricado de lamina de acero al
silicio con un espeso de 0.28 mm.. Puede venir unido a la tapa o a la pared
del tanque lo cual produce mayor resistencia durante las maniobras mecnicas
de transporte.

bobinas: Forman el

circuito elctrico, son fabricadas con alambre o

solera de cobre o de aluminio, forrados de material aislante, que puede tener


diferentes caractersticas de acuerdo con la tensin de servicio, la
temperatura y el medio

en el que va estar sumergida la bobina.

Los devanados deben tener conductos de enfriamiento axiales y radiales


que permitan fluir el aceite y eliminar el calor generado en su interior,
deben tener apoyos y sujeciones suficientes para soportar los esfuerzos
mecnicos debido a su propio peso y sobre todo los esfuerzos electromagnticos
que se producen durante los cortos circuitos

PARTE PASIVA: Tanque donde se encuentra alojada la parte activa, debe reunir caractersticas como hermeticidad,
soportar el vaci absoluto sin presentar deformaciones, proteger elctrica y mecnicamente a la parte activa. Ofrecer
puntos de apoyo para el transporte y la carga del mismo, soportar enfriadores, bombas de aceite, ventiladores y si se
requiere accesorios especiales.

ACCESORIOS: Conjunto de partes y dispositivos que auxilian la operacin y que facilitan las labores de
mantenimiento como; tanque conservador, boquillas, tablero de control, vlvulas, conectores de tierra, placa de
caractersticas. CONEXIONES DEL TRANSFORMADOR

En la seleccin del transformador se debe tomar en cuenta las ventajas y desventajas de cada una de las conexiones
CONEXIN ESTRELLA-ESTRELLA (Y-Y): Los devanados de las 3 fases se
conectan a un punto comn llamado neutro, el cual es generalmente conectado al
sistema de tierra, directamente o

bien a travs de una resistencia

limitadora.
CONEXIN DELTA-DELTA (

- ); Ambos extremos de los devanados

estn conectados a la tensin de la lnea directamente, lo cual determina en


forma precisa la tensin aplicada y desarrollada en los devanados
CONEXIN DELTA-ESTRELLA ( - Y); en esta conexin del lado de la
estrella puede ser de 4 hilos, las tensiones del lado de la delta son 1.743
veces mayor que en la estrella, por tratarse en el primer caso de tensiones
entre fases y en el segundo caso de tensiones de fase a neutro.
CONEXIN ESTRELLA-DELTA (Y- ); Sus caractersticas de esta conexin
son similares a la conexin delta-estrella solo que la estrella en este caso
se encuentra en el lado primario.

La C.F.E. utiliza en subestaciones de transmisin transformadores y


autotransformadores trifsicos y monofsicos con tres devanados en conexin
estrella-estrella-delta, con la estrellas solidamente conectadas a tierra por
lado fuente y lado carga (A.T. y B.T.) y delta en el terciario utilizado para
el control de armnicas y tambin para alimentar transformadores de
distribucin para los servicios propios de la S.E. y/o reactores que auxilien
en la regulacin de tensin

Tanto para los clculos como para las medidas de voltaje secundario de
los transformadores en sus diferentes cargas se utiliza el trmino regulacin;
la cual se define como la diferencia de tensin entre el lado de carga del
transformador; entre su valor en vaco y plena carga, expresada en

por ciento

de voltaje de plena carga es:

V vaci

V plena carga

% regulacin =

x 100
V plena carga

La capacidad de sobrecarga de un transformador esta en funcin su


capacidad de dispersin de calor, en cualquier situacin de operacin se puede
sobrecargar un transformador por un cierto perodo de tiempo.

Es admisible una sobrecarga (sin producir daos al transformador) de


un 50% sobre potencia nominal por perodos de una hora por cada 24 hrs., sobre
cargas superiores son admisibles por un tiempo menor.

Banco de transformacin
Un banco de transformacin puede estar formado por cuatro unidades
monofsicas, de las cuales 3 estn en servicio y una esta en reserva, estos
bancos presentan la ventaja de que en caso de fallar un transformador este se
saca de servicio y se pone en operacin el de reserva, dando con esto mayor
confiabilidad a las S.E. que tiene bancos de transformacin con unidades
monofsicas que los que tienen una unidad trifsica
Transformadores para instrumento
Estos transformadores proporcionan aislamiento

a los equipos de

proteccin y medicin, alimentndolos con magnitudes proporcionales a aquellas


que circulan en el circuito de potencia, pero lo suficientemente reducidas en
magnitud para que los equipos de medicin y proteccin sean fabricados
pequeos y no costosos.
la aplicacin adecuada de los transformadores para instrumentos
implican una serie de consideraciones como:
Transformador de Potencial (T.P. Y D.P.) Transformador de Potencial Es el transformador diseado para
suministrar la tensin adecuada a los instrumentos de medicin como los voltmetros, frecuencmetros, wattmetros,
watthormetros, etc., as como a los aparatos de proteccin como los relevadores; en el cual la tensin secundaria es
proporcional a la tensin primaria y defasada respecto a ella un ngulo cercano a cero. Las terminales del devanado
primario del transformador de potencial se conectan a las dos lneas del sistema donde se necesita medir el alta
tensin y los instrumentos de medicin se conectan en paralelo a las terminales del secundarioSu funcin es brindar
una imagen proporcional en magnitud con el mismo ngulo de tensin existente en el circuito de potencia conectado.
Existen 2 tipos uno de tipo inductivo (T.P.) y otro de tipo capacitivo (D.P.) Transformador de corriente (T.C.)
Transformador de Corriente
Es el transformador diseado para suministrar la corriente adecuada a
los instrumentos de medicin como los ampermetros, wattmetros y
watthormetros, as como a los aparatos de proteccin como los relevadores; en
el cual la corriente secundaria es proporcional a la corriente primaria y
defasada respecto a ella un ngulo cercano a cero. El devanado primario del
transformador de corriente se conecta en serie con el circuito donde circula
la corriente que se desea medir, mientras que los aparatos de medicin se
conectan en serie a su devanado secundario.

Clases de aislamiento
La otra funcin principal del transformador de medicin es
proporcionar un aislamiento seguro entre la lnea de alta tensin y los
instrumentos conectados al secundario y que estn al alcance de los tcnicos.

La clase de aislamiento debe estar en funcin de la mxima tensin de la lnea


donde est instalado el transformador; est asociada a un nivel bsico de
aislamiento al impulso (N.B.A.I. B.I.L.) e indica la capacidad del
transformador de resistir sobre tensiones de duracin muy breve, como las
provocadas por descargas atmosfricas o transitorios de conexin. As mismo se
asocia a una prueba de tensin aplicada al primario durante un minuto a 60
hertz.
Interruptor de potencia
Son usados para interrumpir el flujo de corriente y desconectar algn
elemento del S.E.P., puede interrumpir corrientes de carga normales o debidas
a fallas elctricas.
Las maniobras de mando de los interruptores no se efecta en el sitio
donde se encuentra el interruptor, si no desde la sala de control de la S.E. o
bien desde el centro de control del rea correspondiente, donde estn
dispuestos los cuadros de mando y los aparatos de sealizacin
Cuchilla desconectadora
Dispositivos anlogos al interruptor de potencia, con la
diferencia que estos dispositivos no deben operar bajo condiciones de carga y
en ningn caso responden a condiciones de falla, su funcin solo es
desconectar.

La dimensin y caractersticas de las cuchillas depende del


circuito y la S.E. donde sern instaladas.

En S.E. modernas su accionamiento se efecta a distancia a


travs de motores, las hay tambin de accionamiento manual en grupo o
individual.

Instrumentos de medicin y tableros


La medicin de la S.E. est compuesta por un conjunto de diferentes
instrumentos conectados a los secundarios de los transformadores para
instrumento (T.C., T.P. y D.P.) cuya

funcin es medir las magnitudes de los

diferentes parmetros elctricos de la instalacin del lado de A.T., as como


del lado de B.T..
Los instrumentos de medicin se colocan sobre tableros ya sea en forma
sobre puesta o embutidos en los tableros.
En S.E. es importante conocer; la corriente, la tensin, frecuencia,
F.P., potencia activa y reactiva, energa temperatura, etc.

Los sistemas de medicin de una S.E. pueden ser:


Local Remoto o telemedicin Mixto

Es recomendable definir las zonas de medicin dentro de una S.E., las


cuales son encaminadas para indicar los parmetros antes mencionados para los
siguientes equipos:
Banco de transformacin Lneas y cables Barras colectoras Alimentadores de distribucin Banco de
capacitores Tableros de C.D. y C.A. TABLEROS
Los tableros en general son de lamina a gris con un

espesor de 3 mm.,

pintada de gris, en esos tableros adems de instalar los equipos de medicin


se instalan conmutadores, por la parte posterior los esquemas de proteccin,
as como el bus mmico.

La altura de los tableros es de 2.28 mts. y los equipos de medicin


son instalados a una altura de 1.70 mts. para ser ledos sin dificultad.

rea de A.T. (400 KV) por el nivel de tensin los equipos se encuentran muy separados rea de 400 KV, A.T. rea
de B.T. (115 KV) por el nivel de tensin los equipos se encuentran relativamente cercanos rea de 115 KV, B.T.
SISTEMA DE TIERRAS La red de tierras en una S.E. Es una de las principales herramientas para la proteccin
contra sobre tensiones de origen atmosfrico o por alguna maniobra, a ella se conectan los neutros de los aparatos, las
bayonetas, los hilos de guarda, las estructuras metlicas, los tanques y todas aquellas partes metlicas que deben estar
a potencial de tierra.
La red debe cumplir:
v Proporcionar un camino de muy baja impedancia para la circulacin de las corrientes de tierra, ya sean debidas a
una falla de aislamiento o a la operacin de apartarrayos. v Evitar que durante la circulacin de las corrientes de tierra
, puedan producirse diferencias de potencial entre distintos puntos de la S.E., que pueden ser peligrosos para el
personal. v Dar mayor confiabilidad al servicio electrico.

Lneas de transmisin Tienen como funcin:

Transportar la E.E. desde los centros de generacin, hasta los centros de consumo.

Interconexin, con la finalidad de transferir energa entre reas en condiciones de emergencia o como consecuencia
de la diversidad de la demanda entre reas.
Ocupan un lugar importante en la operacin de las redes elctricas,
dado que son el elemento de los S.E.P. encargados de la transportacin de la
E.E.
Lneas de transmisin
Son el elemento de los S.E.P. con mayor riesgo de falla, tanto por el
nmero que existe, como por la extensin territorial que ocupan.

Los Sistemas de transmisin (L.T) presentan valores caractersticos


desde el punto de vista circuitos elctricos, determinados por su
configuracin, por su material y por el tamao de sus conductores.

MATERIALES MAS COMUNES EL L.T.


En las L.T. se utilizan materiales como cobre duro y
aluminio, el aluminio por su conductividad y bajo pero, es empleado en claros
(distancias interpostales) muy grandes, en claros pequeos se puede emplear
cobre o aluminio, pero por lo general en las L.T. que operan con altas
tensiones en donde los claros grandes son muy comunes se emplean conductores
de aluminio con alma de acero, para dar mayor resistencia mecnica.

MATERIALES MAS COMUNES EL L.T.


normalmente se emplean conductores formados por varios hilos
en forma trenzada, en lugar de conductores slidos, en el caso de conductores
de aluminio y acero (ACSR), el hilo o hilos centrales son de acero y se
conocen como el alma del conductor.

Se utilizan conductores trenzados para prevenir problemas de


vibracin que se tiene con los conductores slidos y que podran romper los
soportes, adems los conductores trenzados son ms fciles de manipular que
los slidos.
MATERIALES MAS COMUNES EL L.T.
Los cables de aluminio con alma de acero no deben de
emplearse en zonas de contaminacin fuerte o con atmsfera salubre en lugares
prximos al mar, ya que los efectos de corrosin electroqumica entre los
hilos de acero y de aluminio, los destruye rpidamente.
La intensidad de corrosin se clasifica en:
Fuerte ( F ) Media ( M ) Ligera ( L ) Dependiendo de la zona de corrosin en la siguiente tabla se muestra el tipo de
cable que se recomienda: Lneas de transmisin Lneas de transmisin
Para la generalidad de los anlisis, el principal objetivo es conocer
la relacin que existe entre los

V y las I en ambos extremos de la lnea.

A lo largo de la L.T. existe un cambio continuo tanto en el voltaje


como en la corriente, debido a la naturaleza distribuida de sus parmetros
Circuito equivalente de una L.T.
El circuito equivalente de una L.T. se denomina circuito pi (), el
cual esta en funcin de la impedancia serie y de la admitancia en derivacin.

CIRCUITO PI DE UNA L.T. LARGA (+ de 240 KM) Circuito Equivalente de una L.T. media (menores de 240 Km.)
Circuito Equivalente de una L.T. corta (menores de 80 Km.)

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