Elaboracion del diagrama de la subestacion electrica y planta de emergencia del hospital regional veracruz de petroleos mexicanos

INGENIERIA
ELECTRICA
DIEGO ARMANDO ROSALES DIAZ
E07021109
08/06/2012
ELABORACION DEL DIAGRAMA
DE LA SUBESTACION ELECTRICA
DEL HOSPITAL GENERAL DE
VERACRUZ DE PETROLEOS
MEXICANOS

INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ
“ELABORACION DEL DIAGRAMA DE LA SUBESTACION ELECTRICA DEL HOSPITAL
GENERAL DE VERACRUZ DE PETROLEOS MEXICANOS”
1
INDICE GENERAL
INTRODUCCION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4
JUSTIFICACION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6
OBJETIVOS GENERALES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7
CARACTERIZACION DEL AREA EN QUE PARTICIPO - - - - - - - - - - - - - - - - 8
PROBLEMÁTICA A RESOLVER - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8
ALCANCES Y LIMITANTES DEL PROYECTO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9
CAPITULOS
1.- CONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES ELECTRICAS 10
1.1.- CRITERIOS DE DISEÑO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13
1.2.- ASPECTOS DEL DISEÑO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17
1.3.- EL DIAGRAMA UNIFILAR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 20
1.4.- LA RED DE TRANSMISION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22
1.5.- TIPOS DE SUBESTACIONES ELECTRICAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23
1.6.- ARREGLO DE BARRAS EN SUBESTACIONES - - - - - - - - - - - - - - - - - - 24
1.7.- TECNOLOGIA DE LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS - - - - - - - - - - - 30
2.- ELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA SUBESTACION 35
2.1.- TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 36
2.2.-AISLAMIENTO EN TRANSFORMADORES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 40
2.3.- METODOS DE ENFRIAMIENTO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 41
2.4.- CONTROL DE TEMPERATURA DEL TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - 47
2.5.- INTERRUPTORES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50
2.6.- RESTAURADORES - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52
2.7.- CUCHILLA FUSIBLE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 55
2.8.- APARTARRAYOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 56
2.9.- TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTACION - - - - - - - - - - - - - - - - - 58
3.- PLANTAS DE EMERGENCIA 64
3.1.-IDENTIFICACIÓN DE LOS CONCEPTOS BÁSICOS DE UNA PLANTA
ELÉCTRICA DE EMERGENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
64
3.2.-IDENTIFICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA ELÉCTRICA
DE EMERGENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
65
3.3.-IDENTIFICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS COMPONENTES
PRINCIPALES DE LAS PLANTAS ELÉCTRICAS DE EMERGENCIA - - - - - - - 67
4.- MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA EL MANEJO DE SUBESTACIONES Y
TABLEROS DE CONTROL 69
4.1.- METODOLOGÍA PARA EL ACCESO A UNA SUBESTACIÓN - - - - - - - - 69
4.2 ELABORACIÓN DE UN PROGRAMA DE CONTINGENCIA PARA UNA
SUBESTACIÓN - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
70
5.- BANCOS DE TIERRA 81
5.1.-TEORÍA DE LA DISPERSIÓN DE LAS ALTAS CORRIENTES - - - - - - - - - 81
5.2.- FUNCIONES DE UNA MALLA DE PUESTA A TIERRA - - - - - - - - - - - - - 81
5.3.- REQUISITOS DE UNA MALLA A TIERRA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 81
5.4.-DISEÑO DE MALLA DE TIERRA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 82
6.- ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA SUBESTACIÓN 87
6.1.- LEVANTAMIENTO DE EQUIPO UTILIZADO EN LA SUBESTACIÓN DEL 87

2
HOSPITAL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
6.2.- ANALISIS DE CARGAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 89
6.3.- REALIZACION DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA S‟E‟ DEL HOSPITAL
GENERAL VERACRUZ DE PEMEX - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
91
CONCLUSION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 94
BIBLIOGRAFIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 95
INDICE DE FIGURAS
CAPITULOS
1.- CONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES ELECTRICAS
1.1.- LA RED DE TRANSMISION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23
1.2.- ARREGLO DE BARRA SENCILLA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26
1.3.- ARREGLO DE BARRA RADIAL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26
1.4.- ARREGLO DE BARRA EN ANILLO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27
1.5.- ARREGLO DE BARRA DE TRANSFERENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28
1.6.- ARREGLO DE INTERRUPTOR Y MEDIO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29
1.7.- ALGUNOS ARREGLOS DE BARRA PARA SUBESTACION EN
HEXAFLORURO DE AZUFRE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
33
2.- ELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA SUBESTACION
2.1.- DIAGRAMA ELEMENTAL DE UN TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - 36
2.2.- NUCLEO DE UN TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 37
2.3.- PARTES PRINCIPALES DE UN TRANSFORMADOR TRIFASICO - - - - - 39
2.4.- VISTA DE UN TRANSFORMADOR DE POTENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - 39
2.5.- TRANSFORMADOR TRIFASICO DE GRAN POTENCIA - - - - - - - - - - - - 40
2.6.- ENFRIAMIENTO TIPO AA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42
2.7.- ENFRIAMIENTO TIPO OA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42
2.8.- TIPOS DE TANQUES PARA TRANSFORMADORES ENFRIADOS POR
ACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
42
2.9.- ENFRIAMIENTO DEL NUECLEO Y BOBINA POR CIRCULACION DE
ACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
43
2.10.- TRANSFORMADOR CON ENFRIAMIENTO TIPO OW - - - - - - - - - - - - - 44
2.11.- TRANSFORMADOR CON ENFRIAMIENTO TIPO OA - - - - - - - - - - - - - 44
2.12.- ENFRIAMIENTO DEL NUECLEO Y BOBINA POR CIRCULACION DE
ACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
45
2.13.- TRANSFORMADOR ENFRIADO POR ACEITE Y AIRE FORZADO
OA/FA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
46
2.14.- DIAGRAMA DEL CONTROL DE TEMPERATURA DE UN
TRANSFORMADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
47
2.15.- ESQUEMA DE UNA IMAGEN TERMICA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 48
2.16.- ESQUEMA DE UTILIZACION DE UNA IMAGEN TERMICA - - - - - - - - - 49
2.17.- ELEMENTOS CONSERVADORES DE ACEITE - - - - - - - - - - - - - - - - - 49
2.18.- ONDA DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO SIMETRICA - - - - - - - - 51
2.19.- ONDA DE CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO ASIMETRICA - - - - - - - 51
2.20.- RESTAURADOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 54
2.21.- CUCHILLAS DESCONECTADORAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 55
2.22.- APARTARRAYOS (EXPLOSORES) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57
2.23.- APARTARRAYOS (RESISTENCIA VARIABLE) - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57

3
2.24.- ONDA DE CHOQUE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 58
2.25.- TRANSFORMADOS DE CORRIENTE - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 62
2.26.- TRANSFORMADOS DE POTENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 63
5.- BANCOS DE TIERRA
5.1.- MEDICION DE LA RESISTIVIDAD DEL SUELO POR EL METODO
WENNER - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
82
5.2.- DISTANCIA ENTRE ELECTRODOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 83
5.3.- RESISTIVIDAD APARENTE OHM-M VS DISTANCIA ENTRE
ELECTRODOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
84
5.4.- CURVA M(h=a) VS K - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 85
6.- ELABORACIÓN DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA SUBESTACIÓN
6.1.- FIG. 1 IMÁGEN DEL DIAGRAMA ANTERIOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 92
6.2.- FIG. 2 IMAGEN DEL DIAGRAMA ANTERIOR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 92
6.3.- DIAGRAMA UNIFILAR TERMINADO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 93
INDICE DE TABLAS
1.- CONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES ELECTRICAS
1.1.- SELECCIÓN DEL NIVEL DE TENCION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17
1.2.- SIMBOLOS DE UN DIAGRAMA UNIFILAR - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21
1.3.- COMPARACION DE LAS CONFIGURACIONES DE BUSES - - - - - - - - - 31
2.- ELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA SUBESTACION
2.1.- EQUIVALENCIAS DE FUNCIONES EN LOS TRANSFORMADORES DE
INSTRUMENTOS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
59
6.- ELABORACION DEL DIAGRAMA UNIFILAR DE LA SUBESTACION
6.1.- TABLA DE BAJA TENSION - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 89
6.2.- TABLA DE A. ACONDICIONADO - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 89
6.3.- TABLA DE LOS CENTROS DE CARGA NORMALES - - - - - - - - - - - - - - 90
6.4.- TABLA DE LOS CENTROS DE CARGA DE EMERGENCIA - - - - - - - - - 90
6.5.- TABLA DEL TABLERO H Y S NORMAL - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 91
6.6.- TABLA DEL TABLERO H Y S DE EMERGENCIA - - - - - - - - - - - - - - - - - 91
6.7.- TABLERO T.G.Q. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 91

4
INTRODUCCION
Se da el nombre de subestación eléctrica al conjunto de elementos que sirven
para alimentar el servicio eléctrico de alta tensión a un local con una demanda
grande de energía para obtener luz, calefacción, y otros servicios.
Las subestaciones eléctricas no obstante su elevado costo son convenientes al
usuario debido a que la cuotas de consumo, medidas en alta tensiono n mucho
más económicas que cuando lo servicio son suministrados por la empresa en
baja tensión, por lo cual, el gasto inicial compensa en poco tiempo quedando un
ahorro permanente al propietario.
Actualmente las subestaciones de tipo abierto para interiores han pasado a la
historia los materiales modernos que hemos visto permiten la construcción de
subestaciones unitarias o también llamadas compactas dentro de las cuales se
disponen los aparatos y accesorios que señalan las normas de reglamento de
obras e instalaciones eléctricas que son como sigue:
Las subestaciones unitarias consta de un gabinete de medidas normalizadas
fabricado de lámina rolada de frio protegido con pintura anticorrosiva en capa
gruesa y tres mano de pintura auto motiva para alojar lo siguiente.
SUBESTACION ELECTRICA: es el conjunto de elementos que transforman,
distribuyen, controlan y miden la energía eléctrica proveniente de las plantas
generadoras, líneas de transmisión o líneas de distribución en alta tensión.
Por su servicio:
a) Subestación tipo intemperie: estas subestaciones se construyen en
terrenos expuestos a la intemperie de un diseño y equipo capaz de
soportar, condiciones atmosféricas adversas (lluvia, viento, nieve e
inclemencias ambientales diversas).
b) Subestación de tipo interior: en esta subestación el equipo y diseño de la
subestación están adaptados para operar en lugares protegidos de los
cambios climatológicos.
Por su construcción:
a) Subestaciones compacta. También llamadas unitarias. En estas
subestaciones el equipo se encuentra protegido por gabinetes y el espacio

5
necesario es muy reducido. Pueden construirse para servicio interior o
para servicio exterior.
b) Subestaciones convencionales el equipo que se instala en este tipo de
subestaciones también llamadas abiertas, se coloca en estructura
metálica, se aíslan tan solo por una malla de alambre, es decir, no van en
gabinetes. Pueden construirse para servicio interior y exterior.

6
JUSTIFICACION
Los diagramas unifilares representan todas las partes que componen a un
sistema de potencia de modo gráfico, completo, tomando en cuenta las
conexiones que hay entre ellos, para lograr así la forma de una visualización
completa del sistema de la forma más sencilla.
La importancia de las diferentes partes de un sistema varía con el problema, y la
cantidad de información que se incluye en el diagrama depende del propósito
para el que se realiza.
La falta de un diagrama unifilar de la subestación eléctrica del Hospital Regional
Veracruz de Petróleos Mexicanos así como de los tableros subgenerales es el de
suministrar en forma concisa información significativa acerca del sistema, así
mismo su falta dificulta el mantenimiento, y el engrandecimiento de la misma,
para ello se llevara a cabo la elaboración de un diagrama.

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OBJETIVO GENERAL
Elaboración del diagrama de la subestación eléctrica del Hospital General
Veracruz de Petróleos Mexicanos
OBJETIVOS ESPECIFICO 1
Elaboración del procedimiento para la operación de la subestación eléctrica y
tableros de baja tensión.
Actualización de datos técnicos para inventarios.
Elaboración de proyecto para renovación de tableros eléctricos de media y baja
tensión.

8
CARACTERIZACION DEL AREA EN QUE PARTICIPO
El Hospital atiende a una población de 27,700 derechohabientes, contando con
una infraestructura que abarca diversas especialidades médicas que contribuyen
al desarrollo del diagnóstico y la prevención.
Es importante mencionar, que el Hospital General Veracruz, tiene como misión
proporcionar atención médica integral con enfoque preventivo, mediante una
cultura de corresponsabilidad de los trabajadores jubilados y derechohabientes de
la empresa, que considere a la persona en el trabajo, en la familia, en la
comunidad y en el medio ambiente, para mejorar su calidad de vida.
También tiene como visión, ser una organización de servicios de salud de clase
mundial, que incursione en nuevos mercados e incorpore la tecnología al modelo
de atención a la salud, basado en la predicción para contribuir a una vida plena,
individual y colectiva.
La estancia en residencias fue en el área de mantenimiento trabajando en la
realización del diagrama unifilar de la subestación del mismo.
PROBLEMÁTICA A RESOLVER
La problemática a resolver es la elaborar el diagrama unifilar, ya que no existe
alguno, y dificulta el poder realizar actualizaciones así como mantenimientos y la
identificación de interruptores del mismo.

9
ALCANCES Y LIMITANTES DEL PROYECTO
Se pretende realizar el diagrama unifilar del Hospital Veracruz de Petróleos
Mexicanos, así como Elaborar el procedimiento para la operación de la
subestación eléctrica y tableros de baja tensión. De igual manera después de
obtener los anteriores alcances se actualizarán los datos técnicos para
inventarios.

10
CAPITULO I
CONCEPTOS GENERALES DE SUBESTACIONES
ELECTRICAS
La planeación de un sistema, se puede dividir en dos partes, que son:
 DISEÑO CONCEPTUAL
 DISEÑO DE DETALLES
Durante la fase de planeación, los estudios que se han realizado deben probar
que el diseño es óptimo y que son prácticos ´para construir y operar.
El diseño conceptual en los sistemas eléctricos de potencia, se pueden
establecer como la armoniosa integración de varios aspectos discretos, pero que
compiten en el diseño del sistema para satisfacer los requerimientos u objetivos
operacionales en forma económica. Esta etapa, en cualquier proyecto, es la más
crucial en la cadena de los aspectos que llevan a la operación comercial de los
sistemas eléctricos de potencia, ya que pueden determinar el éxito o falla del
sistema.
El diseño conceptual también se le conoce como INGENIERÍA BÁSICA DE LOS
PROYECTOS y requiere de una familiarización con las distintas fases del diseño
y de mantener en forma anticipada los posibles conflictos potenciales entre estos
aspectos. Puede requerir de estudios analíticos para verificar la factibilidad del
diseño.
En el caso del diseño de subestaciones eléctricas, la ingeniería básica o diseño
conceptual deben estar familiarizados con los estudios de cortocircuito, la
protección y la coordinación de los dispositivos de protección, los estudios de
flujos de cargas, los estudios de estabilidad dinámica y de estado estacionario.
También, para el diseño de las subestaciones de tipo industrial, se deben tener
conocimientos elementales de los distintos tipos de cargas y procesos, tales
como los que se tienen en las industrias: Papelera, Metalurgia, Petrolera,
Cementera, Petroquímica, Electroquímica, Electrometalúrgica, etcétera. En este
tipo de industrias o procesos, significa que se debe tener conocimiento de los
requerimientos de cargas especiales, tales como:
 Convertidores estáticos de Var‟s.

11
 Accionamientos de velocidad ajustable.
 Soldadura por resistencia.
 Accionamiento para grades motores.
 Hornos de arco eléctrico, etcétera.
Los tres aspectos claves para el diseño conceptual son:
 Requerimientos del diseño.
 Criterios de diseño.
 Aspectos del diseño.
REQUERIMIENTOS DEL DISEÑO
En primer lugar, antes que nada, se deben establecer los objetivos primarios y
secundarios para el proyecto del sistema eléctrico, a través de la consulta con
ingenieros de proceso, operadores y personal de mantenimiento. Esto podría
incluir objetivos, tales como continuidad de servicios y la clasificación de los
procesos como crítica, esencial o de propósitos generales.
En segundos lugar, una buena comprensión del tipo de cargas y su aplicación
resulta fundamental para una buena planeación del sistema, se debe tomar
también una información completa de comportamiento de la carga para
determinar las necesidades de potencia real y reactiva.
Asimismo, se debe hacer una revisión de las cargas y procesos y sus
requerimientos de confiabilidad, basadas en los aspectos económicos, que es
establecer cuál es el costo de la producción o equipo dañado debido a las falas
en el suministro de la energía eléctrica, las salidas temporales, las depresiones o
elevaciones de voltaje o las ondas de sobretensiones.
Los procesos y requerimientos de las cargas, se pueden determinar examinando
procesos existentes o cargas; cuando no se tiene información disponible,
entonces lo mejor es tomar la experiencia de cargas similares. Algunas veces es
necesario tomar nota de cargas especiales para ciertos tipos de subestaciones
eléctricas industriales, algunas de estas son las siguientes:
 Arranque de grades motores.
 Hornos de arco.
 Soldadura de resistencia.
 Convertidores estáticos de VAR (potencia reactiva).
 Cargas electrónicas sensibles.
 Alto nivel de ruido.
 Cargas con corrientes armónicas.

12
 Coordinación de la energía eléctrica con otros sistemas de energía.
Como conclusiones del comportamiento de la carga, se pueden establecer las
siguientes:
 Requerimientos del suministro de potencia (cargas pico, demanda
máxima, factor de diversidad, factor de carga y factor de demanda).
 Requerimiento de confiabilidad (cargas críticas, esenciales y de
propósitos generales).
 Requerimiento de calidad del suministro de la energía (voltaje
constante, depresiones de voltaje, presencia de armónicos, ondas de
sobretensiones, etcétera).
 Necesidad de seguridad física (subestaciones atendidas o no atendidas,
cuartos de motores, etcétera).
En tercer lugar, se determina la carga total, factor de carga y de demanda, cuya
definición es la siguiente:
Carga pico. Es la máxima carga, ya sea en máximo instantáneo o en máximo
promedio en un periodo de tiempo.
Carga promedio. Es la carga promedio en un periodo de tiempo, que puede ser
un día, una semana, un mes o un año.
Carga conectada. Es la suma de las capacidades normales de todas las cargas
conectadas.
Demanda. Es la carga eléctrica promedio durante un periodo de tiempo,
usualmente se expresa en KW o KVA, promediando el tiempo en periodos de 15
o 30 minutos o 1 hora.
Demanda máxima. La mayor de todas las demandas que ocurren durante un
periodo de tiempo específico. El periodo para propósitos de facturación es de 1
mes.

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En cuarto lugar, se deben, considerar las necesidades futuras para el sistema
para los próximos 5, 10 y hasta 20 años, tomando en consideración no solo
crecimiento de la demanda, también posibles cambios en los procesos y la
incorporación de accionamientos electrónicos para maquinas eléctricas.
En quinto lugar, en particular para las subestaciones o sistemas eléctricos
industriales, se debe tomar en cuenta, en ciertos casos, la posibilidad de
cogeneración, si existen proyectos de autoabastecimiento o de compra de mayor
cantidad de energía a una tarifa diferente. La generación local generalmente
incrementa la confiabilidad del sistema eléctrico para cargas locales.
1.1.- CRITERIOS DE DISEÑO
Se requiere de un criterio uniforme o estándar para los propósitos de selección
del sistema o equipos, así como para comparar distintas alternativas de un
proyecto. Una vez que los requerimientos de la carga se han establecido, es
necesario algún criterio básico para que se seleccione un sistema de distribución
apropiado; la comparación entre distintos sistemas de distribución, se debe hacer
sobre comunes, algunas de estas consideraciones básicas son las siguientes:
 Seguridad.
 Confiabilidad.
 Simplicidad de operación.
 Calidad de voltaje.
 Mantenimiento.
 Flexibilidad.
 Costos.
SEGURIDAD
La seguridad es una consideración panorámica durante la fase de diseño de
detalles, si no se pone suficiente atención a los aspectos de seguridad, entonces
el personal puede ser puesto en riesgo durante la operación y mantenimiento del

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sistema, puede ocurrir también una falla catastrófica del equipo y una falla en el
suministro de la energía, por lo que se deben seguir estrictamente todos los
requerimientos de las normas y códigos; adicionalmente, algunas de las
consideraciones básicas que permiten la seguridad son las siguientes:
 Verificar la adecuada capacidad de los interruptores y dispositivos de
desconexión.
 Los conductores energizados deben estar dentro de canalizaciones
(ductos, tubos, conduits, charolas), o bien, colocados correctamente a
suficiente altura.
 Se deben bloquear convenientemente los desconectadores sin carga con
los interruptores.
 Se deben mantener desenergizado solo el equipo que tiene tarjetas de
seguridad o candado.
 Minimizar el acceso a los cuartos de equipos eléctricos y tener las salidas
adecuadas.
 Proteger todos los aparatos eléctricos de posibles daños mecánicos, dejar
las áreas accesibles solo para operaciones y mantenimiento.
 Considerar las áreas peligrosas. En caso necesario usar equipo a prueba
de explosiones.
 Colocar señales y letreros de alerta en bardas, compuertas, puertas y
conduits.
 Usar una conexión a tierra adecuada para el sistema eléctrico de potencia
y para el equipo.
 Instalar alumbrado de emergencia para señalizar las señales de salida.
 Proporcionar las capacidades correctas para el equipo.
 Entrenar y capacitar al personal de operación y mantenimiento.
CONFIABILIDAD
En requerimiento de confiabilidad para un tipo dado en sistema, se puede lograr
por distintos, métodos, algunos aspectos a considerar son:
Selección de los niveles apropiados de los voltajes de suministro. Los
sistemas de distribución de las empresas suministradoras tienen por lo general
menor confiabilidad que los sistemas de subtransmisión o de transmisión. Los
sistemas de distribución de clase 6.6 o 15 KV, se usan generalmente para

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alimentar cargas residenciales o comerciales y están expuestos a muchos
riesgos.
Los sistemas con voltajes mayores están diseñados con mayor cuidado y tienen
por lo tanto mayor protección incorporada.
Redundancia. Duplicar la trayectoria de alimentación entre la fuente y la carga
proporciona confiabilidad adicional y permite también mantener en servicio una
trayectoria de alimentación, mientras la otra está en mantenimiento.
Sistema de protección adecuado para el sistema y el equipo. Una
coordinación de protecciones apropiada de los dispositivos de protección permite
hacer selectiva la operación de las protecciones, afectando al menor número de
cargas durante una falla.
Control y monitor. La instalación de las alarmas apropiadas informa al personal
de mantenimiento de problemas que se presenten, tan pronto como estos
ocurran, con lo que se puede tener una intervención oportuna para resolver los
problemas, reduciendo los tiempos fueron de servicio.
Selección apropiada de equipo confiable. Los equipos cuyas capacidades se
seleccionan en forma conservadora, proporcionarán servicio por periodos de
tiempo más largos, es decir, se deben seleccionar para cumplir con un cierto ciclo
de trabajo durante su tiempo de vida esperado.
SIMPLICIDAD DE OPERACIÓN
Se debe seleccionar un sistema simple, es decir, que sea sencillo de operar, los
sistemas diseñados en forma simple pueden proporcionar el servicio que la carga
requiere, esto parecería obvio, pero es una consideración muy importante que se
debe hacer, ya que los sistemas sencillos son seguros y más confiables.
CALIDAD DE VOLTAJE
La calidad del voltaje se suministro ha venido a ser en los últimos años una
consideración importante, debido al incremento de las cargas sensibles, como
son los equipos controlados en forma electrónica, los equipos que incluyen
computadoras, los requerimientos particulares para la calidad del suministro de

16
energía eléctrica; mismo que se deben establecer en forma típica. Los conceptos
a considerar son los siguientes:
 Regulación de voltaje.
 Depresiones (Sags) y elevaciones (swells) de voltaje.
 Control de frecuencia
 Distorsión de la forma de onda (armónicas).
 Interferencia electromagnética.
 Transitorios de voltaje.
REQUERIMIENTO DE MANTENIMIENTO
El mantenimiento apropiado es un elemento clave para asegurar la continuidad y
la calidad en el suministro de energía, por lo tanto, se deben incorporar todas las
previsiones necesarias para tener un mantenimiento efectivo y eficiente, esto se
debe hacer desde las consideraciones del diseño de detalles mismo. Algunos de
los aspectos relacionados con el mantenimiento, que se deben considerar desde
la fase de diseño, son los siguientes:
 Limpieza.
 Control de humedad y polvo.
 Ventilación adecuada.
 Reducción del efecto de corrosión.
 Inspecciones térmicas.
 Inspecciones visuales.
 Pruebas regulares.
 Conservación de registros.
 Aplicación de normas, códigos y recomendaciones de los fabricantes.
FLEXIBILIDAD
El sistema se debe diseñar de manera que cuando sea necesario se pueda
aumentar o cambiar sin problema, esto incluye cada nivel de voltaje, comenzando
por los tableros de bajo voltaje a 127/220 V y hacia arriba. Se deben proveer
espacios, aun cuando no estén proporcionados, por los fabricantes, para los
interruptores que los requieren. Los transformadores de potencia deben tener
suficiente capacidad para aumentos futuros de carga. Se debe permitir más
espacio para ampliaciones futuras.

17
COSTOS
En todas las decisiones de ingeniería, el costo de los sistemas se debe
balancear contra la confiabilidad que estos sistemas deben tener, de hecho, la
confiabilidad de los sistemas está dictada por los requerimientos de las cargas, de
manera que los arreglos de los equipos y las características de los mismos deben
estar en concordancia con la confiabilidad deseada por el sistema.
1.2.- ASPECTOS DEL DISEÑO
Hay seis aspectos principales que deben ser considerados en el diseño de
los sistemas eléctricos de potencia, que son:
 La selección del nivel de tensión
 El conocimiento del nivel del cortocircuito.
 La forma de aislar las fallas a tierra.
 La liberación rápida de fallas
 La operación selectiva de la protección
 La prevención da la operación con fallas monofásicas.
LA SELECCIÓN DEL NIVEL DE TENSION
Este es un concepto importante para los aspectos económicos y
operacionales de un sistema, a un voltaje más alto se tiene una menor corriente
para cualquier carga. En el caso de las instalaciones eléctricas de baja o media
tensión, el tamaño del conductor y la caída de voltaje en los alimentadores están
directamente relacionados con la corriente a conducir, por ampacidad y por caída
de voltaje; sin embargo, si los conductores son muy pequeños, no tendrán la
suficiente capacidad mecánica para ser manejadas en todas las condiciones. El
uso de tensiones altas tiende a ser más caro, debido al incremento en el nivel de
aislamiento. A continuación se da, para el nivel de tensiones de utilización
industrial y comercial, la relación entre voltaje, corriente y cargas.
VOLTAJE
(V)
CORRIENTE KVA CARGA 80 % KVA
200 166 133
400 333 266

18
480
600 500 400
800 667 532
1200 1000 800
1600 1330 1065
2000 1663 1330
3000 2500 2000
4000 3325 2660
2400
400 1663 1330
800 3333 2660
1200 5000 4000
2000 8313 6650
4160
600 4325 3460
1200 8650 6920
2000 14410 11530
3000 21600 17280
12470
600 13720 10975
1200 25920 20735
2000 43200 34560
3000 64700 51835
13200
600 13720 10975
1200 27435 21950
2000 45725 36580
3000 68590 54870
13800
600 14340 11475
1200 28680 22950
2000 47800 38345
3000 71700 57365
EL CONOCIMIENTO DEL NIVEL DE CORTOCIRCUITO
El nivel de cortocircuito y el nivel de tensión en un sistema eléctrico están
interrelacionados, un interruptor tiene la misma capacidad interruptiva a cualquier
nivel de voltaje, esto es un interruptor diseñado para operar en bajo voltaje tiene
la misma capacidad interruptiva en medio voltaje, pero a medida que el voltaje del
sistema aumenta, el valor de los KVA que se deben interrumpir aumentan; por lo
tanto, los grandes sistemas necesitan operar a altos voltajes.

19
LA FORMA DE AISLAR LAS FALLAS DE TIERRA
Este aspecto del diseño conduce a la protección por relevadores, en primera
instancia para las fallas de línea a tierra en un punto del interruptor más cercano a
la misma, dado que la mayoría de las fallas en los sistemas eléctricos arrancan
como una falla de línea a tierra; la interrupción de tales fallas en forma
instantánea (2 a 4 ciclos), da como resultado un mínimo daño permanente.
Los sistemas de voltaje medio de 2.4 a 13.8 KV, deben estar conectados a tierra
a través de resistencia, para limitar el daño de las fallas a tierra que puede ocurrir
en las maquinas cuyos neutros están sólidamente conectados a tierra en este
nivel de voltaje. Con un relevador sensor de tierra (50GS), las corrientes tan bajas
como 15-30 A, se pueden detectar y hacer operar al relevador de forma
instantánea.
LIBERACION RAPIDA DE FALLAS
Para sistemas eléctricos con tensión media del tipo industrial, este rango debe
estar entre 8 y 10 ciclos a la frecuencia del sistema, y los interruptores para
sistemas de mayor tensión, deben permitir la interrupción de fallas en tiempos
que permitan la interrupción de fallas en tipos que permitan la estabilidad del
sistema.
LA OPERACIÓN SELECTIVA DE LA PROTECCION
Este aspecto se refiere a la conveniencia de minimizar el efecto de las fallas, es
decir, hacer más cercano selectiva la protección de manera que opere actuando
sobre el elemento más cercano a una falla y en ese orden, tratando de
desconectar al menor número de elementos; es decir. Cuando no opera el más
cercano a la falla, lo debe hacer el siguiente, más cercano y así sucesivamente,
con tiempos que permitan establecer la selectividad.
LA PREVENCION DE LA OPERACIÓN DE FALLAS MONOFASICAS
Un motor trifásico de inducción es eficiente y opera desarrollando el par
necesario, en la medida que sus tres devanados están energizados, si el circuito
de alimentación al motor está protegido por fusibles y opera uno de estos,
momentáneamente se queda el motor en dos fases y se sobre excita, el par se
reduce y la corriente aumenta hasta el punto en que se puede sobrecalentar; por

20
esta razón, no se recomienda en muchos casos no usar fusibles, a pesar de que
son de menor costo que otros dispositivos de desconexión.
1.3.- EL DIAGRAMA UNIFILAR
Uno de los aspectos fundamentales del diseño conceptual o ingeniería básica es
la preparación de un diagrama unifilar preliminar, que se usa durante la fase de
estudio e incluye las principales componentes del sistema. Normalmente no se
incluyen los detalles que se van adicionando durante la fase del diseño detallado
de un proyecto, es decir, se incluyen transformadores de potencia, interruptores,
cuchillas desconectadoras, cables, buses o barras, transformadoras de
instrumento, apartarrayos, etcétera. También se puede incorporar la parte de la
red asociada a los datos en el punto de conexión con la compañía
suministradora, así como los niveles mínimos y máximos de cortocircuito. El
diagrama unifilar se usara para las especificaciones, detalles de instalación,
pruebas de equipo y sistema.
Un diagrama unifilar completo, debe incluir lo siguiente:
 Fuentes de alimentación o puntos de conexión a la red, incluyendo valores
de voltajes y de cortocircuito.
 Generadores (en su caso), incluyendo su potencia en KVA o MVA, voltaje,
impedancia (síncrona, transitoria, subtransitoria, secuencia negativa y
secuencia cero) y método de conexión a tierra.
 Tamaño y tipo de todos los conductores, cables, barras y líneas aéreas.
 Tamaño de transformadores, voltajes, impedancia, conexiones y métodos
de conexión a tierra.
 Dispositivos de protección (fusibles, relevadores, interruptores).
 Transformadores de instrumentación (potencia y corriente).
 Apartarrayos y bancos de capacitores.
 Capacitores para mejoría del factor de potencia.
 Identificación de cargas (en su caso), incluyendo grandes motores
eléctricos e impedancias.
 Tipos de relevadores.
 Ampliaciones futuras.
La cantidad de detalle en un diagrama unifilar está determinada por su uso
relativo, el diagrama unifilar conceptual no debe contemplar toda la información
descrita anteriormente.

21
La simbología usada en los diagramas unifilares es la que se indiaca en la tabla
siguiente
Los símbolos más utilizados en instalaciones eléctricas son los siguientes:
Símbolo Descripción
Pantalla , Blindaje
Por ejemplo, para reducir la
penetración de campos
eléctricos o electromagnéticos.
El símbolo debe dibujarse con
la forma que convenga.
Conductor
Conductores(unifilar)
Las dos representaciones son
correctas
Ejemplo: 3 conductores
Transformador
Unión
Punto de conexión
Conexión en T
Corriente continua
Corriente alterna
Corriente rectificada con
componente alterna.
(Si es necesario distinguirla de
una corriente rectificada y
filtrada)

22
Polaridad positiva
Polaridad negativa
Neutro
Tierra
Se puede dar información
adicional sobre el estado de la
tierra si su finalidad no es
evidente.
Acometida
Fusible
Fusible-Interruptor
Pararrayos
1.4.- LA RED DE TRANSMISION
La red de transmisión se usa para transmitir grandes cantidades de potencia
eléctrica de las plantas generadoras a los centros de cargas más importantes y
para facilitar el intercambio de potencia entre empresas eléctricas. En forma
similar a las platas generadoras, la red de transmisión se debe diseñar para una
máxima confiabilidad y flexibilidad de operación. Las líneas de transmisión se
conectan entre subestaciones, saliendo de las subestaciones de las centrales
eléctricas o plantas generadoras para intersectar sistemas eléctricos que sean
vecinos. En el siguiente diagrama, se muestra un ejemplo de red de transmisión.

23
1.5.- TIPOS DE SUBESTACIONES ELECTRICAS
Dependiendo del nivel de voltaje, potencia que manejan, objetivo y tipo de
servicio que prestan, las subestaciones se pueden clasificar como:
 Subestaciones elevadoras
 Subestaciones reductoras
 Subestaciones de enlace
 Subestaciones en anillo
 Subestaciones radiales
 Subestaciones de switcheo
SUBESTACION ELEVADORA
Este tipo de subestaciones se usa normalmente en las centrales eléctricas,
cuando se trata de elevar los voltajes de generación a valores de voltaje de
transmisión.
SUBESTACION REDUCTORA
En estas subestaciones, los niveles de voltaje de transmisión se reducen al
siguiente (subtransmisión), o de subtransmisión a distribución o eventualmente a
utilización.

24
Estas son subestaciones que se encuentran en las redes de transmisión,
subtransmisión o distribución y constituyen el mayor nuero de subestaciones en
un sistema eléctrico.
SUBESTACIONES DE ENLACE
En los sistemas eléctricos, se requiere tener mayor flexibilidad de operación para
incrementar la continuidad del servicio y consecuentemente la confiabilidad, por lo
que es conveniente el uso de las llamadas subestaciones de enlace.
SUBESTACIONES EN ANILLO
Estas subestaciones se usan con frecuencia en los sistemas de distribución para
interconectar subestaciones que están interconectadas a su bes con otras.
SUBESTACIONES RADIALES
Cuando una subestación tiene un solo punto de alimentación y no se
interconectan con otras, se denomina RADIAL.
SUBESTACIONES DE SWITCHEO
En estas subestaciones no se tienen transformadores de potencia, ya que no se
requiere modificar el nivel de voltaje de las fuentes de alimentación y solo se
hacen operaciones de conexión y desconexión (maniobra o switcheo).
1.6.- ARREGLO DE BARRAS EN SUBESTACIONES
Las subestaciones eléctricas en transmisión y distribución se diseñan también
para tener, en la medida de lo posible, una máxima confiabilidad y flexibilidad de
operación. La facilidad para switchear o desconectar equipos y sacarlo de servicio
para salidas para la operación confiable de los sistemas.
Existen varios arreglos de barra para las subestaciones, que son usados por las
distintas empresas eléctricas para satisfacer el rendimiento de una operación
confiable y flexible del sistema. Algunos de estos arreglos se usan en las
subestaciones de los sistemas eléctricos de potencia, pero también en
instalaciones para grandes usuarios industriales y comerciales.

25
La selección de un arreglo de barra en particular y su representación en un
diagrama unifilar, de los llamados simplificados, requiere de un estudio previo
donde se determinen: los requerimientos de la demanda de energía, las
ampliaciones del sistema y la afectación que esto pueda tener, la flexibilidad y
facilidad para el mantenimiento, así como los costos asociados a la cantidad de
equipo que intervienen en cada tipo de arreglo de barra. Los arreglos de barras
más comunes son los que se indican a continuación, en orden de complejidad y
costo.
a) Barra simple o sencilla.
b) Barra seccionadora.
c) Barra principal y barra de interconexión.
d) Barra principal y barra de transferencia.
e) Barra principal y barra auxiliar.
f) Barra principal, barra auxiliar y barra de transferencia.
g) Interruptor y medio.
h) Doble barra, doble interruptor.
Una descripción genérica de alguno de los arreglos de barra más comunes o de
uso más generalizado se da a continuación.
ARREGLO DE BARRA SENCILLA
Son subestaciones que constan solamente de una barra para cada tensión, por lo
que no ofrecen mayor grado de flexibilidad, ya que una falla en barras produce la
salida total, por lo que se procura que tenga la capacidad de poder ser
seleccionada a través de cuchillas. El mantenimiento en ellas se dificulta al no
poder transferir el equipo, su utilización es principalmente en subestaciones de
pequeña capacidad o de tipo industrial pequeñas.

26
ARREGLO DE BARRA RADIAL
El esquema de barra radial mostrado en la siguiente figura, representa el arreglo
más económico en términos de requerimiento del equipo. Obsérvese que solo se
tiene un interruptor por cada terminación de línea, sin ninguna previsión para
alimentar una línea de otra barra dentro de la subestación; por lo tanto, la
configuración radial ofrece la menor flexibilidad operativa. Se usa en
subestaciones de distribución de distribución o de subtransmisión.
ARREGLO DE BARRA EN ANILLO
En el esquema de barra en anillo, que se muestra en la siguiente figura, el
número de interruptores e igual al número de las líneas que terminan en la
subestación. La barra en anillo es un diseño más económico que el denominado

27
de interruptor y medio, pero también ofrece menor confiabilidad y flexibilidad de
operación.
El nombre de barra o bus en anillo, viene del hecho de que los interruptores y
bus de trabajo forman un anillo eléctricamente.
ARREGLO DE BARRA DE TRANSFERENCIA
El arreglo con barra de transferencia puede tener algunas variables, en este tipo
de arreglos cada linea de transmision esta conectada a la barra principal por
medio de una cuchilla desconectadora, como se muestra en la figura. La barra o
bus de transferencia esta conectada a la barra o bus principal por medio de un
interruptor de transferencia, entonces el bus de transferencia sirve entonces como
una alternativa de suministro para cualquiera de las linea de transferencia. En
condiciones normales de operación, el bus de transferencia y el bus principal etan
energizados.

28
Cuando es necesario retirar de servicio alguno de los interruptores de línea, se
puede seguir el orden de desconexión que se indica:
 Disparar o desconectar el interruptor de transferencia.
 Se cierra el interruptor del bus de transferencia de la línea afectada.
 Se recierra el interruptor del bus de transferencia.
 Se dispara o abre el interruptor de la línea afectada.
 Se abre la cuchilla desconectadora para aislar el interruptor.
Este orden se desconexión es solo una posibilidad, ya que el orden depende
principalmente del arreglo de la subestación y de los procedimientos de operación
de la empresa eléctrica.
ARREGLO DE INTERRUPTOR Y MEDIO
El esquema de interruptor y medio mostrado en la figura, se usa normalmente en
subestaciones eléctricas de la red de transferencia, en voltajes de 220 Kv, 230 Kv
o superiores. En este esquema de arreglo de barras para subestaciones, hay dos
barras o buses principales con tres interruptores que conectan a dos barras. Las
líneas de transferencia terminan en un punto eléctricamente entre cualquiera de

29
los dos interruptores. El nombre de interruptor y medio” viene probablemente del
hecho de que hay tres interruptores por cada dos líneas de transmisión, o bien, 1
½ interruptor por línea. El interruptor a medio es, de hecho compartido por dos
líneas.
Para subestaciones con más de cuatro terminales para líneas de transmisión, se
requieren más bahías de interruptores con las líneas terminales en forma similar a
la figura siguiente:
Con este esquema se logra un alto grado de confiabilidad, dado que cualquier
interruptor se puede retirar de operación, manteniendo todas las líneas de
operación energizadas. Por ejemplo, de la figura anterior, si en interruptor A falla
o es retirado de servicio por mantenimiento programado, la línea de transmisión
T-1 permanece energizada a través del interruptor B; si en interruptor B se retira
de operación, la línea de transmisión T-1queda energizada a través del interruptor
A. la línea T-2 queda energizada a través del interruptor C y así sucesivamente.
Obsérvese también que el generador está conectado a la subestación elevadora
de transmisión en la misma forma que la línea de transmisión. También por
razones de confiabilidad, si cualquiera de los interruptores D ó E se retiran de
operación, el generador permanece conectado a la red. La sincronización del
generador a la red se hace a través de los interruptores D ó E o ambos.

30
En algunas ocasiones, una subestación puede estar diseñada para un arreglo de
interruptor y medio y estar operando como un arreglo de bus en anillo, dejando
fuera dos de los interruptores, como se muestra en la figura siguiente.
Cuando el sistema requiere de una confiabilidad adicional, se pueden agregar los
otros dos interruptores.
.
1.7.- TECNOLOGIA DE LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS
Existen tres tipos de tecnologías de las subestaciones eléctricas
SUBESTACION AISLADAS EN AIRE
Este tipo de subestaciones, el aire sirve como medio aislante y, por lo tanto, se
usa principalmente en exteriores. En el caso de subestaciones de alta y extra
tensión, tiene el inconveniente de que ocupan un espacio importante para su
construcción, por lo que su aplicación en áreas urbanas densamente pobladas

31
está restringida a la disponibilidad de terrenos. De hecho, las subestaciones
aisladas en aire tienen dos variantes constructivas:
1. Subestaciones tipo intemperie
2. Subestaciones tipo pedestal
SUBESTACIONES TIPO INTERPERIE
Estas subestaciones se construyen en terrenos o áreas expuestas al medio
ambiente (intemperie) y, por lo tanta requieren de un diseño, aparatos y máquina
que sean capases de soportar el funcionamiento en condiciones atmosféricas
adversas (lluvia, viento, contaminación aérea, nieve, descargas atmosféricas,
etcétera).
Esta modalidad se unas en condiciones atmosféricas adversas para alto y extra
alto voltaje.
SUBESTACIONES TIPO INTERIOR
Este tipo de subestaciones, los equipos y maquina usadas están diseñadas para
operar en interiores, esta es una solución que ha caído en desusó para las
subestaciones aisladas en aire, con la creciente utilización de subestaciones
aisladas en hexafluoruro de azufre; sin embargo, como diseño, sique siendo una
opción en ciertos casos de subestaciones localizadas en áreas urbanas.
Comparación de las configuraciones de Buses
Para dar una idea relativa de los niveles de configuración y los costos para los
distintos tipos de arreglos de barra, se da una comparación con una subestación
con seis líneas de transmisión.
ARREGLO DE
BARRAS
COSTOS
APROXIMADOS POR
UNIDAD
CONFIABILIDAD
Radial 1.00 6
Radial seccionado 1.17 5
Barra principal y de
transferencia
1.29 4
Doble barra con
interruptor de amarre
1.29 4

32
Interruptor y medio 0.8 – 1.25 3.5
Barra de anillo 1.25 3.0
Doble barra-doble
interruptor
1.75 1
SUBESTACIONES AISLADAS EN HEXAFLORURO DE AZUFRE (SF6)
En México este tipo de subestaciones generalmente se diseña en el rango de 115
a 400 Kv y tenciones superiores en otros países. En aquello casos en que por
problemas de espacio o de impacto de medio ambiente, existen restricciones para
construir las subestaciones convencionales con aislamiento en aire. Las
subestaciones en SF6 ocupan aproximadamente ¼ del espacio de las
equivalentes aisladas en aire, pueden estar diseñadas para operar en exterior o
interior, para exteriores (intemperie) operan en rangos de temperatura de -25°c a
+40°c, en tanto que para interiores en rango va de -5°c a +40°c.
La aplicación de las llamadas subestaciones aisladas en gas data de finales de la
década de los 70‟s, ya en forma extensiva, la transición de las subestaciones
aisladas en aire (diseños convencionales) a la tecnología de las subestaciones
aisladas en gas, requirió que se cumpliera una seria de requisitos, incluyendo la
resistencia al cambio y la cantidad de experiencia acumulada en el diseño y
operación de las subestaciones aisladas en aire.
En la actualidad, la literatura disponible para las subestaciones aisladas en gas es
bastante extensiva y proporcional en excelente punto departida para iniciar el
estudio de esta tecnología, que en sus inicios siempre partió de las bases de
establecer una comparación con las subestaciones aisladas por aire, que eran
consideradas de diseño convencional, tomando en cuenta aspectos como:
 Espacio requerido de construcción
 Confiabilidad
 Tiempo de construcción
 Costos
Considerando que las subestaciones aisladas por aire y las subestaciones
aisladas por gas deben cumplir con las mismas funciones, se pone énfasis en la
diferencia de construcción, practica de mantenimiento. Impacto en los sistemas
de potencia, diseños especiales en las subestaciones aisladas por gas, arreglos
de barra y niveles de tención.

33
1. 1L/1T = BARRA SENCILLA CON 1 LÍNEA Y 1 TRANSFORMADOR.
2. 2L/2T = BARRA SENCILLA CON 2 LINEAS Y 2 TRANSFORMADORES
SIN INTERRUPTOR DE BARRA.
3. 2L/2T-A = BARRA SENCILLA CON INTERRUPTOR DE AMARRE
(BARRA SECCIONADORA, CON 2 LINEAS Y 2 TRANSFORMADORES,
SIN INTERRUPTOR DE BARRA).
4. 2L/2T-BA = BARRA SENCILLA CON INTERRUPTPR DE AMARRE Y
INTERRUPTPR DE BANCO PARA 2 LINEAS Y 2 TRANSFORMADORES.
5. 4L/4T = COMBINACION DE ARREGLO PARA 4 LINEAS Y 4
TRANSFORMADORES.
Actualmente, las subestaciones aisladas en gas (SF6) se construyen en niveles
de tensión de hasta 800 KV en varias configuraciones y con distintos
requerimientos de comportamiento, y aun cuando los costos de inversión inicial
de una subestación en SF6 pueden ser mayores que los de una subestación
equivalente de tipo convencional (aislada en aire), las subestaciones en SF6
puede resultar ventajosa en el proyecto global.
SUBESTACION COMPACTA
A estas subestaciones también se les conoce como subestaciones unitarias y son
muy usadas en instalaciones industriales y comerciales, reciben la energía, en el

34
caso de las grandes industrias, de subestaciones primarias, paras ser distribuidas
a distintos puntos en las instalaciones. Generalmente están cerradas
completamente por medio de placas metálicas, de manera que no tiene partes
vivas o energizadas expuestas al contacto de personas. Básicamente existen tres
tipos de arreglos para este tipo de subestaciones: el radial, secundario selectivo y
primario selectivo.
Las subestaciones unitarias ofrecen ventajas que las hacen recomendables, tanto
en instalaciones industriales como comerciales, así como grandes edificios donde
el valor de la carga es considerable. Por lo general, son diseño modular con las
ventajas siguientes:
 Los módulos se diseñan para su conexión en distintos arreglos y se
pueden equipar con distintos tipos de equipos: de protección, medición o
equipos mayores como: interruptores, fusibles. Desconectadores,
apartarrayos, etcétera.
 Tienen un tamaño compacto.
 Se pueden instalar en recintos que son de acceso general, con algunas
restricciones mínimas.
 Están protegidos contra efectos o gentes externos.
Las subestaciones unitarias están constituidas, como se mencionó antes, por
módulos o unidades, que tienen básicamente tres componentes:
1. Unidad de alta tensión.
2. Unidad del transformador.
3. Unidad de baja tensión.
Según sean las exigencias del servicio o la instalación, puede haber módulos o
unidades adicionales con dispositivos, de acuerdo a las necesidades específicas.

35
CAPITULO II
ELEMENTOS CONSTITUTIVOS EN UNA
SUBESTACION
Los elementos que constituyen una subestación se pueden clasificar en
elementos principales o primarios y elementos secundarios.
ELEMENTOS PRINCIPALES O PRIMARIOS:
1. Transformador
2. Interruptor de potencia
3. Restaurador
4. Cuchillas fusibles
5. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba
6. Apartarrayos
7. Tablero dúplex de control
8. Condensadores
9. Transformadores de instrumento
ELEMENTOS SECUNDARIOS
1. Cables de potencia
2. Cables de control
3. Alumbrado
4. Estructura
5. Herrajes
6. Equipos contra incendios
7. Equipo de filtrado de aceite
8. Sistema de tierras
9. Carrier
10.Intercomunicación
11.Trincheras, ductos, conducto, drenajes
12.Cercas

36
2.1.- TRANSFORMADOR
Un transformador en un dispositivo que:
1. Transfiere energía eléctrica de un circuito a otro conservando la frecuencia
constante,
2. Lo hace bajo el principio de inducción electromagnética.
3. Tiene circuitos eléctricos que están eslabonados magnéticamente y
aislados eléctricamente.
4. Usualmente lo hace con un cambio de voltaje, aunque esto no es
necesario.
ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN UN TRANSFORMADOR:
1. Núcleo de circuito magnético
2. Devanados
3. Aislamientos
4. Aislantes
5. Tanque o recipiente
6. Boquillas
7. Ganchos de sujeción
8. Válvula de carga de aceite
9. Válvula de drenaje
10.Tanque conservador
11.Tubos radiales
12.Base para rolar
13.Placa de tierra
14.Placa de características

37
15.Termómetro
16.Manómetro.
17.Cambiador de derivaciones o taps.
CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSFORMADORES
Los transformadores se pueden clasificar por:
a. La forma de su núcleo:
1. Tipo columnas
2. Tipo acorazado
3. Tipo envolvente
4. Tipo radial
b. Por el número de fases:
1. Monofásico
2. Trifásico
c. Por el número de devanados

38
1. Dos devanados
2. Tres devanados
d. Por el medio refrigerante
1. Aire
2. Aceite
3. Liquido inerte
e. Por el tipo de enfriamiento
1. Enfriamiento OA
2. Enfriamiento OW
3. Enfriamiento OW/A
4. Enfriamiento OA/AF
5. Enfriamiento OA/AF/AF
6. Enfriamiento FOA
7. Enfriamiento OA/FA/FOA
8. Enfriamiento FOW
9. Enfriamiento A/A
10.Enfriamiento AA/FA
f. Por la regulación
1. Regulación fija
2. Regulación variable con carga
3. Regulación variable sin carga
g. Por la operación
1. De potencia
2. Distribución
3. De instrumentó
4. De horno eléctrico
5. De ferrocarril

39

40
2.2.-AISLAMIENTO EN TRANSFORMADORES
Con la mayoría de las maquinas eléctricas, en su vida, prácticamente los
transformadores dependen del comportamiento de sus aislamientos para las
condiciones normales de operación. Por esta razón, las asociaciones de
fabricantes de equipo eléctrico y las normas nacionales e internacionales han
designado básicamente cuatro tipos de aislamientos con especificaciones y límite
de temperatura. Esta clasificación es la siguiente:
Aislamiento clase A. Diseñado para operar a no más de 55°C de elevación de
temperatura que es el próximo al punto de ebullición del agua, pero en el caso de
los transformadores tipo seco, previene accidentes con materiales combustibles
en el aire con el transformador.
Aislamiento clase B. La elevación de temperatura puede no exceder los 80°Cen
las bobinas, por lo regular esto transformadores son más pequeños que los que
usan aislamiento clase A
Aislamiento clase F. Esta clasificación se relaciona con elevaciones de
temperatura en la bobinas hasta de 115°C. Por lo general, corresponde a
transformadores pequeños tipo distribución de hasta 25°C.
Aislamiento clase H. Esta clase de materiales periten diseñar para elevaciones
de temperatura de 150°C cuando está operando el transformador a una

41
temperatura ambiente de 40°C, para que alcance hasta 190°C y con el punto más
caliente no exceda los 220°C. Los materiales aislantes de clasificación H
consisten de materiales o combinaciones de materiales, tales como: mica, fibra
de vidrio, asbesto, elastómero y silicones o resinas de base de estos. En la
actualidad, la mayoría de los transformadores tipo seco, usan aislamiento tipo H.
Las normas americanas ANSI y NEMA establecen que un aislamiento tipo H
puede operar a 150°C hasta 20 000 horas.
2.3.- METODOS DE ENFRIAMIENTO
Para prevenir el rápido deterioro de los materiales aislantes dentro de un
transformador, se deben proveer los medios de enfriamiento adecuados, tanto
para el núcleo como para los devanados.
Los transformadores con potenciales inferiores a 50 KVA, se pueden enfriar
por medio del flujo de aire circundante a los mismos. La caja metálica que
contiene se puede habilitar con rejillas de ventilación, de manera que corrientes
de aire puedan circular por convención sobre los devanados al rededor del
núcleo. Los transformadores un poco mayores se pueden construyen de la misma
manera, pero se puede usar la circulación forzada de limpio. Esto
transformadores, llamados de tipo seco, se usan por lo general en el interior de
edificios, retirados de las atmosferas hostiles.
Los transformadores del tipo distribución, menores a 200 KVA, son
usualmente inmersos en aceite mineral y encerrados en tanques de acero, el
aceite transporta el calor del transformador hacia el tanque. Debido a que el
aceite e menor aislante que el aire se usa invariablemente en transformadores de
alta tensión.

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Tipos de tanques para transformadores enfriados por acero
a) Tanque liso
b) Tanque ondulado
c) Tanques con tupos Radiales

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De acuerdo con lo anterior, los tipos de enfriamiento para transformadores se
clasifican:
Enfriamiento tipo AA. Para transformadores tipo seco de voltaje nominal no
mayores a 15 KV y pequeñas capacidades, que tienen enfriamiento propio no
contienen aceite ni otros líquidos.
Enfriamiento tipo AFA. Es un transformador tipo seco con enfriamiento por aire
forzado. Su capacidad es simple, se basa en la circulación de aire forzado por
ventiladores.
Enfriamiento tipo OW. Estos transformadores hoy en día no son comunes, están
sumergidos en aceite y son enfriados por agua, que se conduce a través de
serpentines que se encuentran en contacto directo con el aceite del
transformador. El aceite circula convención natural, alrededor de las serpentinas.

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Enfriamiento tipo OA. Como se ha mencionado antes, esto transformadores están
sumergidos en aceite y tienen enfriamiento propio, se usan en capacidades
mayores a 50 KVA. El tanque que contiene al transformador y al aceite, con el
objetivo de que tenga una mayor capacidad de disipación de calor, puede estar
corrugado o tener tubos radiales. En los transformadores de potencia el
enriamiento tipo OA, se considera el tipo básico y se usa como norma para
determinar o evaluar la capacidad y precio de otros.
Enfriamiento tipo OA/FA. En la medida de la capacidad de los transformadores
se incrementa, se agregan radiales externos para aumentar la capacidad de
enfriamiento. El aceite se mueve a través del transformador y circula alrededor de
los tubos radiadores. Si desea aumentar aún más la disipación de calor, se
agregan ventiladores que hacen circular el aire en forma forzada.

45

46
Algunos transformadores grande se desean para tener una capacidad variable,
según el tipo de enfriamiento usado, de tal forma que hay transformadores que
pueden tener triple capacidad, dependiendo si son enfriado por circulación de aire
natural, circulación forzada de aire de enfriamiento, por medio de ventiladores o
circulación forzada de aceite acompañada de circulación forzada de aire
(OA/FA/FA), o en el segundo caso FOA, o bien un combustible OA/FA/FOA.
CONTROL DE TRANSFORMADOR
 Temperatura del transformador
 Presión de transformador
 Nivel de aceite o líquido
 Rigidez del aceite (Dieléctrico)

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2.4.- CONTROL DE TEMPERATURA DEL TRANSFORMADOR
La temperatura de un transformador se lee por medio da termómetros de
mercurio y, en algunos casos, por medio de termopares colocados en los
devanados que alimentan a milivoltímetros calibrados en °C.
Existen varios métodos para controlar la temperatura; los más modernos son el
control de temperatura por medio del dispositivo de imagen térmica con relevador
T.R.O. y la protección por relevador Buchholz.
El método de IMAGEN TÉRMICA se basa en que cualquier sobrecarga o corto
circuito dentro del transformador se manifiesta como una variación de corriente.
El dispositivo está constituido por una resistencia de calefacción o caldeo,
alrededor se encuentra una bobina cuya función es recibir la corriente de falla en
/os devanados, que se detecta por medio de un transformador de corriente. La
corriente que circula por la bobina, al variar, crea una cierta temperatura en la
resistencia, y estos e indica en un milivoltímetro graduado en °C.
El milivoltímetro se conecta por medio de un puntero a un relevador T.R.O. que
consiste en tres micro-switch, el primero opera a una temperatura determinada y
acciona una alarma, el segundo lo hace a una temperatura limite y acciona a la
bobina de disparo del interruptor, quedando el transformador fuera de servicio.
También el relevador Buchholz nos sirve para controlar la temperatura del
transformador. Se emplea a los transformadores que usan tanque conservador.
Su principio de operación se basa en que toda falla interna del transformador va
acompañada de una producción de gases.

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El relevador Buchholz se conecta en el tubo que va del transformador al tanque
conservador, de manera que los gases producidos en aquel hagan que el aceite
del tubo suban de nivel; al variar el nivel se mueven unos flotadores que tiene en
su interior el relevador. Los flotadores, al moverse accionan un circuito de alarma,
si a falla es mayor, accionan el disparo.

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La presión de los transformadores se controla normalmente por medio de
manómetros que pueden tener accionamiento automático.

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El nivel de aceite se controla mediante indicadores de nivel que también pueden
tener accionamiento automático. La rigidez dieléctrica se controla tomando
muestra periódicamente del aceite del transformador, por medio dela válvula de
muestra que se encuentra colocada por lo general en la parte inferior del
transformador.
2.5.- INTERRUPTORES
Genéricamente, un interruptor es un dispositivo cuya función es interrumpir y
restablecer la continuidad en un circuito eléctrico.
Si la operación se efectúa sin carga (corriente), el interruptor recibe el nombre de
desconectadora o cuchilla desconectadora.
Si en cambio la operación de apertura o cierre la efectúa con carga (corriente
nominal) o con corriente de corto circuito (en caso de alguna perturbación), el
interruptor recibe el nombre de DISYUNTOR O INTERRUPTOR DE POTENCIA.
Los interruptores, en caso de apertura, deben asegurar el aislamiento eléctrico
del circuito.
Estudiaremos inicialmente los interruptores de potencia, por considerarse como
uno de los elementos básicos de las subestaciones eléctricas, en particular de las
de gran capacidad.
INTERRUPTOR DE POTENCIA
Los interruptores de potencia, como ya se mencionó, interrumpen y restablecen la
continuidad de un circuito eléctrico. La interrupción la deben efectuar con carga o
corriente de corto circuito. Se construyen en los tipos generales:
a) Interruptor de aceite.
b) Interruptor Neumático.
c) Interruptor en hexafloruro de azufre (SF6)
Para comprender el proceso de interrupción de cualquier tipo de interruptor de
potencia, consideremos que se pone un generador 6 en corto circuito al cerrar un
interruptor D, como se ilustra en la figura. Al hacer esto, circula una corriente muy
grande que hace que opere automático el interruptor D.

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En el instante de cerrar el interruptor, se produce una corriente de cortocircuito
cuyo valor está limitado por la resistencia del circuito inducido y la reactancia de
dispersión. Pero, como se sabe, la resistencia del inducido es despreciable en
comparación con la reactancia de dispersión, entonces, la corriente de corto
circuito inicial está limitada únicamente por la reactancia de dispersión; debido al
efecto electromagnético de la corriente, su valor disminuye y, en consecuencia,
disminuye el valor de F.e.m.. a que ésta da lugar. De tal manera que la corriente
adquiere un valor permanente que depende del campo inducido y que está
limitado por la reactancia síncrona.
Si en el instante de cerrar el interruptor D el voltaje es máximo, la corriente de
cortocircuito recibe el nombre de corriente de cortocircuito simétrica y su
oscilograma es semejante a la siguiente figura:
Si el interruptor se cierra en cualquier otro instante, entonces la I de corto circuito
recibe el nombre de asimétrica.
Como hemos considerado que al cerrar el interruptor D y producirse la corriente

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de cortocircuito este interruptor D se desconecta automáticamente, entonces las
magnitudes características a considerar durante el proceso de cierre* apertura
son las siguientes:
1. Voltaje nominal.
2. Corriente inicial de cortocircuito.
3. Corriente de ruptura.
4. Capacidad interruptiva P.
5. Voltaje de restablecimiento.
VOLTAJE NOMINAL
Se debe considerar porque es el voltaje normal de operación del interruptor.
CORRIENTE INICIAL DE CORTO CIRCUITO
Es el valor instantáneo de la corriente de falla.
CORRIENTE DE RUPTURA
Es el valor permanente de la corriente de corto circuito.
CAPACIDAD INTERRUPTIVA
Es la potencia de interrupción a una corriente Iv de ruptura para trifásicos P.
VOLTAJE DE RESTABLECIMIENTO
Es el voltaje que se presenta en el interruptor después de la desconexión.
En la siguiente figura, se presenta el proceso de interrupción de un interruptor
automático.
2.6.- RESTAURADORES
En los sistemas de distribución, además del problema de la protección de los
equipos eléctricos, se presenta el de la „continuidad” del servicio, es decir, la
protección que se planea en las redes de distribución se hace pensando en los
dos factores mencionados anteriormente. Para satisfacer esta necesidad se ideó
un Interruptor de operación automática que no necesita de accionamiento manual
para sus operaciones de cierre o apertura (la operación manual se refiere al
mando por control remoto), es decir, construido de tal manera que un disparo o
un cierre está calibrado de antemano y opera bajo una secuencia lógica

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predeterminada y constituye un interruptor de operación automática con
características de apertura y cierre regulables de acuerdo con las necesidades
de la red de distribución que se va a proteger. Este interruptor recibe por tales
condiciones el nombre de restaurador.
Un restaurador no es más que un interruptor de aceite con sus tres contactos
dentro de un mismo tanque y que opera en capacidades interruptiva
relativamente bajas y tensiones no muy elevadas.
Los restauradores normalmente están construidos para funcionar con tres
operaciones de recierre y cuatro aperturas, con un intervalo entre una y otra
calibrado de antemano en la última apertura, et cierre debe ser manual ya que
indica que la falla es permanente.
OPERACIÓN DE UN RESTAURADOR
El restaurador opera en forma semejante a un interruptor trifásico, ya que sus
contactos móviles son accionados por un vástago común, conectando y
desconectando en forma simultánea.
El proceso de Apertura y recierre se puede describir brevemente como sigue:
1.Cuando ocurre una falla la bobina de disparo se energiza y actúa sobre un
trinquete mecánico que hace caer a los contactos móviles.
2. Los contactos móviles disponen de resortes tensionados de tal forma que la
apertura es rápida. Al caer los contactos móviles energizan la bobina de
recierre que se encuentra calibrada para operar con cierto intervalo.
3. La bobina de recierre acciona un dispositivo mecánico que opera los
contactos móviles, conectándose nuevamente con los contactos fijos.
4. Si la falla es transitoria, el restaurador queda conectado y preparado para
otra falla; si la falle es permanente, repetirá todo el proceso anterior hasta
quedar fuera según sea el número de recierres para el cual se ha calibrado.
La interrupción del arco tiene lugar en una cámara de extinción que contiene a
los contactos.

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RESTAURADOR TIPO R
El restaurador tipo R es semejante en su construcción al tipo W, pero se emplea
para capacidades menores. A continuación se dan algunos datos de este tipo de
restaurador.
 Voltaje nominal 2.4 - 14.4 KV.
 Corriente nominal 25 * 400 Amp.
 Voltaje de diserto 15.5 KV
RESTAURADOR TIPO W
Se construye trifásico, en forma parecida al tipo R, pero es un poco más robusto.
 Voltaje nomina1
2.4 - 14.4 KV.

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 Corriente nominal 100 - 560 Amp.
 Voltaje de diserto 15.5 KV.
En las siguientes tablas, se encuentran especificadas las capacidades
comerciales de ambos tipos de restauradores
2.7.- CUCHILLAS FUSIBLES
La cuchilla fusible es un elemento de conexión y desconexión de circuitos
eléctricos. Tiene dos funciones: como cuchilla desconectadora, para lo cual se
conecta y desconecta, y como elemento de protección.
El elemento de protección lo constituye el dispositivo fusible, que se encuentra
dentro del cartucho de conexión y desconexión. El dispositivo fusible se
selecciona de acuerdo con el valor de corriente nominal que va a circular por el,
pero los fabricantes tienen el correspondiente valor de corriente de ruptura para
cualquier valor de corriente nominal.
Los elementos fusibles se construyen fundamentalmente de plata (en casos
especiales), cobre electrolito con aleación de plata, o cobre aleado con estaño.
Existen diferentes tipos de cuchillas fusibles, de acuerdo con el empleo que se les
dé. Entre los principales tipos y características tenemos los siguientes:
La cuchilla desconectadora es un elemento que sirve para desconectar
físicamente un circuito eléctrico.
Por lo general, se operan sin carga, pero con algunos aditamentos se puede

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operar con carga hasta ciertos límites.
2.8.- APARTARRAYOS
Las sobretensiones que se presentan en las instalaciones de un sistema pueden
ser de dos tipos:
1.Sobretensiones de origen atmosférico.
2.Sobretensiones por fallas en el sistema.
En el estudio que ahora nos ocupa trataremos la protección contra
sobretensiones de origen atmosférico.
Apartarrayos. El apartarrayos es un dispositivo que nos permite proteger las
instalaciones contra sobretensiones de origen atmosférico.
Las ondas que se presentan durante una descarga atmosférica viajan a la
velocidad de la luz y dañan el equipo si no se le tiene protegido correctamente;
para la protección del mismo se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos:
1.Descargas directas sobre la instalación.
2.Descargas indirectas.
De los casos anteriores, el más interesante, por presentarse con mayor
frecuencia, es el de las descargas indirectas.
El apartarrayos, dispositivo que se encuentra conectado permanentemente en el
sistema, opera cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud,
descargando la corriente a tierra.
Su principio general de operación se basa en la formación de un arco eléctrico
entre dos explosores, cuya separación este determinada de antemano de
acuerdo con la tensión a la que va a operar.

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Se fabrican diferentes tipos de apartarrayos, basados en el principio general de
operación; por ejemplo, los más empleados son los conocidos como
“apartarrayos tipo auto valvular” y „apartarrayos de resistencia variable.
El apartarrayos tipo auto valvular tienen varias chapas de explosores conectados
en serie por medio de resistencias variables, cuya función es dar una operación
más sensible y precisa. Se emplea en los sistemas que operan a grandes
tensiones, ya que representa una gran seguridad de operación.
El apartarrayos de resistencia variable funda su principio de operación en el
principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una
resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene mucha aceptación
en sistemas de distribución.
La función del apartarrayos no es eliminar las ondas de sobretensión presentadas
durante las descargas atmosféricas, sino limitar su magnitud a valores que no
sean perjudiciales para las maquinas del sistema.
Las ondas que normalmente se presentan son de 1.5 x 40 microseg. (Onda
americana) y 1 x 40 microseg. (Onda europea). Esto quiere decir que alcanza su
valor de frente en 1.5 a 1 microseg. (Tiempo de frente de onda). La función del
apartarrayos es cortar su valor máximo de onda (aplanar la onda).

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Las sobretensiones originadas por descargas indirectas se deben a que se
almacenan sobre las líneas cargas electrostáticas que al ocurrir la descarga se
parten en dos y viajan en ambos sentidos de la línea a la velocidad de la luz.
Los apartarrayos protegen también a las instalaciones contra descargas directas,
para lo cual tiene un cierto radio de protección. Para dar mayor seguridad a las
instalaciones contra descargas directas se instalan unas varillas conocidas como
bayonetas e hilos de guarda semejantes a los que se colocan en las líneas de
transmisión.
2.9.- TRANSFORMADORES DE INSTRUMENTACION
Los aparatos de medida y los relés de protección no pueden soportar, por lo
general, ni elevadas tensiones ni elevadas corrientes, ya que de lo contrario se
encarecería sobremanera su construcción. Por otra parte es conveniente evitar la
presencia de elevadas tensiones en aquellos dispositivos que van a estar al
alcance de las personas.
Son éstas las principales razones para la utilización de los transformadores de
medida y protección, a través de los cuales se pueden l levar señales de tensión y
corriente, de un valor proporcional muy inferior al valor nominal, a los dispositivos
de medida y protección. Se consigue además una separación galvánica, (entre
las magnitudes de alta y baja tensión), de los elementos pertenecientes a los
cuadros de mando, medida y protección con las consiguientes ventajas en cuanto
a seguridad de las personas y del equipamiento.

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Como las mediciones y el accionamiento de las protecciones se hallan referidas,
en última instancia, a la apreciación de tensión y corriente, se dispone de dos
tipos fundamentales de transformadores de medida y protección:
a) TRASNFORMADORES DE POTENCIA
b) TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Normalmente estos transformadores se construyen con sus secundarios, para
corrientes de 5 ó 1 A y tensiones de 100, 110, 100/ √3, 110/ √3 V.
Los transformadores de corriente se conectan en serie con la línea, mientras que
los de tensión se conectan en paralelo, entre dos fases o entre fase y neutro. Esto
en sí, representa un concepto de dualidad entre los transformadores de corriente
y los de tensión que se puede generalizar en la siguiente tabla y que nos ayuda
para pasar de las funciones de un tipo de transformador al otro:
A continuación se ven, por separado, las características principales de cada uno
de los dos tipos de transformadores arriba mencionados. Ambos pueden utilizarse
para protección, para medición, o bien, para los dos casos simultáneamente
siempre y cuando las potencias y clases de precisión sean adecuadas a la
función que desarrollen.
TRANSFORMADORES DE CORRIENTE
Son aparatos en que la corriente secundaria, dentro de las condiciones normales
de operación, es prácticamente proporcional a la corriente primaria, aunque
ligeramente desfasada. Desarrollan dos tipos de función: transformar la corriente
y aislar los instrumentos de protección y medición conectados a los circuitos de
alta tensión.

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El primario del transformador, que consta de muy pocas espiras, se conecta en
serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en
serie con las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección
que requieran ser energizados.
Las espiras del arrollamiento primario suelen ser una o varias, las cuales se
pueden a su vez dividir en dos partes iguales y conectarse en serie o paralelo
para cambiar la relación, y atraviesan el núcleo magnético, cuya forma suele ser
cerrada tipo toroidal o puede tener un cierto entrehierro, sobre el cual se arrollan
las espiras del secundario de una forma uniforme, consiguiendo así reducir al
mínimo el flujo de dispersión. Este arrollamiento es el que se encarga de
alimentar los circuitos de intensidad de uno o varios aparatos de medida
conectados en serie.
Se puede dar también la existencia de varios arrollamientos secundarios en un
mismo transformador, cada uno sobre su circuito magnético, uno para medida y
otro para protección. De esta forma no existe influencia de un secundario sobre
otro.
Si el aparato tiene varios circuitos magnéticos, se comporta como si fueran varios
transformadores diferentes. Un circuito se puede utilizar para mediciones que
requieren mayor precisión, y los demás se pueden utilizar para protección. Por
otro lado, conviene que las protecciones diferenciales de cables o
transformadores de potencia y de distancia se conecten a transformadores de
corriente independientes.
Los transformadores de corriente se pueden fabricar para servicio interior o
exterior. Los de servicio interior son más económicos y se fabrican para tensiones
de servicio de hasta 36 kV, y con aislamiento en resina sintética. Los de servicio

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exterior y para tensiones medias se fabrican con aislamiento de porcelana y
aceite, o con aislamientos a base de resinas que soportan las condiciones
climatológicas. Para altas tensiones se continúan utilizando aislamientos a base
de papel y aceite dentro de un recipiente metálico, con aisladores pasatapas de
porcelana. Actualmente se utilizan resinas dentro de un aislador de porcelana, o
gas SF6 y cubierta de porcelana.
La tensión del aislamiento de un transformador de corriente debe ser, cuando
menos, igual a la tensión más elevada del sistema al que va a estar conectado.
Para el caso de los transformadores utilizados en protecciones con relés digitales
se requieren núcleos que provoquen menores saturaciones que en el caso de los
relés de tipo electromagnético, ya que las velocidades de respuesta de las
protecciones electrónicas son mayores.
Los transformadores de corriente pueden ser de medición, de protección, mixtos
o combinados.
Transformador de medición. Los transformadores cuya función es medir,
requieren reproducir fielmente la magnitud y el ángulo de fase de la corriente. Su
precisión debe garantizarse desde una pequeña fracción de corriente nominal del
orden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor
nominal.
Transformadores de protección. Los transformadores cuya función es proteger
un circuito, requieren conservar su fidelidad hasta un valor de veinte veces la
magnitud de la corriente nominal, cuando se trata de grandes redes con altas
corrientes puede ser necesario requerir treinta veces la corriente nominal.
En el caso de los relés de sobrecorriente, sólo importa la relación de
transformación, pero en otro tipo de relés, como pueden ser los de impedancia,
se requiere además de la relación de transformación, mantener el error del ángulo
de fase dentro de valores predeterminados.
Transformadores mixtos. En este caso, los transformadores se diseñan para
una combinación de los dos casos anteriores, un circuito con el núcleo de alta
precisión para los circuitos de medición y uno o dos circuitos más, con sus
núcleos adecuados, para los circuitos de protección.
Transformadores combinados. Son aparatos que bajo una misma cubierta
albergan un transformador de corriente y otro de tensión. Se utilizan en
estaciones de intemperie fundamentalmente para reducir espacios.

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TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Un transformador de tensión es un dispositivo destinado a la alimentación de
aparatos de medición y /o protección con tensiones proporcionales a las de la red
en el punto en el cual está conectado. El primario se conecta en paralelo con el
circuito por controlar y el secundario se conecta en paralelo con las bobinas de
tensión de los diferentes aparatos de medición y de protección que se requiere
energizar. Cada transformador de tensión tendrá, por lo tanto, terminales
primarios que se conectarán a un par de fases o a una fase y tierra, y terminales
secundarios a los cuales se conectarán aquellos aparatos.
En estos aparatos la tensión secundaria, dentro de las condiciones normales de
operación, es prácticamente proporcional a la tensión primaria, aunque
ligeramente desfasada.
Desarrollan dos funciones: transformar la tensión y aislar los instrumentos de
protección y medición conectados a los circuitos de alta tensión.
En esta definición tan amplia quedan involucrados los transformadores de tensión
que consisten en dos arrollamientos realizados sobre un núcleo magnético y los
transformadores de tensión que contienen un divisor capacitivo. A los primeros
los llamaremos en adelante "Transformadores de Tensión Inductivos" y a los
segundos "Transformadores de Tensión Capacitivos".
Es de hacer notar que estas denominaciones no son de uso universal, pero
consideramos que son las que mejor se adaptan a la Norma IRAM 2271, que
incluye a los dispositivos con divisor capacitivo.

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Estos transformadores se fabrican para servicio interior o exterior, y al igual que
los de corriente, se fabrican con aislamientos de resinas sintéticas (epoxy) para
tensiones bajas o medias de hasta 33 kV, mientras que para altas tensiones se
utilizan aislamientos de papel, aceite, porcelana o con gas SF6.

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CAPITULO III
PLANTAS DE EMERGENCIA
3.1.-IDENTIFICACIÓN DE LOS CONCEPTOS BÁSICOS DE UNA
PLANTA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA
DEFINICIÓN DE PLANTA ELÉCTRICA DE EMERGENCIA
Las plantas eléctricas de emergencias son máquinas que hacen mover a un
generador con una fuerza mecánica, estos motores trabajan con diesel, común
mente las plantas eléctricas de emergencia son utilizadas en lugares que es muy
importante la electricidad y así ellos pueden generar su propia electricidad y así
asistir sus necesidades algunos lugares que es esencial no perder la energía
aunque sea unos minutos son:
En los hospitales, hoteles cinco estrellas, centros comerciales, etc., etc., etc…
Algunos lo hace más que por necesidad lo hacen por negoció un claro ejemplo de
su utilización como negoció es proporcionarle energía eléctrica a CFE ya que esta
empresa con todo lo que produce no alcanza a proporcionarle a todo el paisa sí
que recibe ayuda de otras empresas por parte de sus propias plantas eléctricas
de generación.
TIPOS DE PLANTAS ELÉCTRICAS DE EMERGENCIA
Los tipos de máquinas eléctricas de emergencia, pueden ser de 2 tiempos y 4
tiempos, que puede funcionar con gasolina, diesel y gas, estas pueden ser:
 Automáticas
 Semiautomáticas,
 Manuales y especiales.
 Estas pueden variar pues hay de diferentes Kw
 Manual
MANUAL: Tiene tablero de control y medición montado sobre el generador, con
módulo de control, voltímetro, amperímetro, frecuencímetro, conmutador de
fases, contador de horas de operación, medición de r.p.m. y selector de llave.

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AUTOMÁTICA: Tablero de transferencia automática con instrumentos
controladores y protecciones, montado en el gabinete tipo pared, protección de
generador por sobrecarga y o corto circuito, está incorporada en la unidad de
transferencia, control remoto por medio de computadoras y software.
IMPORTANCIA
Cuando falta la energía, eléctrica por periodos extendidos de tiempo debido a
huracanes, terremotos y otros desastres naturales, es muy benéfico, contar con
una planta de emergencia. Y estas son de gran importancia, en hospitales,
fabricas, bodegas, almacenes, para que no se echen a perder productos en
bodegas y almacenes, en fábricas para no parar la productividad y en hospitales
para que todos los equipos médicos funciones y no puedan morir las personas.
APLICACIONES
Las plantas generadoras diesel, se ven a menudo en aplicaciones marinas, desde
pequeñas embarcaciones, hasta buques de gran tamaño. Simplemente porque a
diferencia de otras alternativas, los generadores diesel, no necesitan ser
colocadas cerca de hélices .Los grandes aplicaciones, por otro lado , necesitan
energía fiable ya que es absolutamente fundamental ,como un hospital a menudo
exigen el incremento de la intensidad y fiabilidad de los generadores diesel.
CAPACIDADES
Nos dice, que en capacidades, se debe conocer la carga total instalada en el
lugar, para poder saber que motor y que capacidad, es la planta que requiere el
lugar, donde será instalado, y estas pueden ser de 50 y 60 Hz de frecuencia y de
potencia hay de1-45 kVA, 45-150 kVA ,150-500 kVA ,500-2000 kVA, estos grupos
son los electrógenos.
3.2.-IDENTIFICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA
ELÉCTRICA DE EMERGENCIA
CONSTRUCCIÓN
Nos dice, que la planta de emergencia, está constituida por 6 partes principales,
el motor de C.I, Alternador, Cuadro de mando y control, Una bancada de apoyo,
Sistema de combustible y sistema de escape de gases.

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MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
Es una de las 2 piezas más importantes de la planta de emergencia , es la
encargada de producir la potencia necesaria , para mover el alternador , su
dimensión deberá ajustarse a las necesidades específicas de cada uno de las
aplicaciones que tendrá la planta eléctrica , siendo de gran importancia el
determinar la potencia necesaria , ya que una planta eléctrica, tiene potencia
limitada, esta potencia viene dada por el motor, pueden utilizar diversos tipos de
combustibles, según sean sus características de funcionamiento.
GENERADOR O ALTERNADOR
Componente más importante de la planta eléctrica, se encarga de transformar la
energía mecánica, del motor en energía eléctrica, va unido al volante del motor
atreves de unos discos de fijación, o atreves de acoplamiento flexible que
transmite el movimiento al volante del motor al rotor del alternador.
TABLERO DE CONTROL
Elemento que nos permite controlar el quipo, y su funcionamiento, atreves del
mismo, podemos poner la planta en marcha, apagarla y controlar los parámetros
de su funcionamiento.
Este componente de la planta varía según las exigencias de cada, aplicación, así
podemos diferencias cuadro de control y eléctrico. Siendo un equipo de arranque
automático, aquel que para su funcionamiento no necesita la intervención de
personas, este arrancara la planta eléctrica de manera autónoma.
Por otro lado el cuadro de arranque eléctrico es aquel en que la intervención del
hombre es necesaria para el arranque y la parada de la planta. Hoy día se tiende
a que casi todas las plantas, sean de control automático, empleando para ellos
diversos, autómatas aunque se puede realizar el control de maniobras y
protecciones de manera eléctrica.
TABLERO DE TRANSFERENCIA
Los sistemas de control, que tienen duchos tableros de transferencias tienen
sensores que detectan alto y bajo voltaje, caída de una fase o bien caída de 3

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fases, en cualquiera de estos eventos, el sistema de control manda a operar la
planta de emergencia y quita la fuente principal y activa la fuente de emergencia,
teniendo la opción de retardo para la transición de una fuente a otra, arrancara y
parara.
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Se usan para saber, a cuantas revoluciones, trabaja la máquina, que potencia es
la que está dando, cuánto tiempo ha estado en operación, todo esto está
montado en el tablero de control.
3.3.-IDENTIFICACIÓN DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS
COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS PLANTAS ELÉCTRICAS
DE EMERGENCIA
MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA
Esta es la que hace que el generador síncrono o alternador, gire. El motor de
combustión interna se llama así pues que en el interior se encuentran los
pistones, que generan explosiones y es lo que hace mover a los pistones,
también nos dice que hay de 2 y 4 tiempos, se le dice así pues cada 2 subidas y
bajadas se genera la explosión y ele 4 igual en 4 subidas y bajadas hace
explosión.
GENERADOR O ALTERNADOR
Esta nos dice que es la parte más importante de la planta de emergencia, Esla
que genera la energía, y su construcción o funcionamiento dice que es atreves
del embobinado, e imanes, donde al darle movimiento se, genera la energía
eléctrica y entre más grande sea más potencia tiene para generar.
TABLERO DE CONTROL
Esta es la que se encarga de hacer, funcionar a la planta de emergencia, en ella
esta montados , los botones de encendido y apagado, ahí también aparece el
programador de cuantas horas a estado funcionando, el botón de paro de
emergencia ,instrumentos de medición .

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TABLERO DE TRANSFERENCIA
Nos dice, que es la que sirve o se encarga de poner en marcha a la planta y
transfiere la energía del generador al lugar que se va a alimentar, atreves de unas
cuchillas que desconectan la entrada principal de comisión y conectan el de la
planta de emergencia, y estas pueden tener un retardo de 3 a 5 segundos.
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN
Están montados en el tablero de control y es la que dice, cuanta energía está
produciendo, si hay bajas, horas en función etc.

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CAPITULO IV
MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA EL MANEJO DE
SUBESTACIONES Y TABLEROS DE CONTROL
4.1.- METODOLOGÍA PARA EL ACCESO A UNA SUBESTACIÓN
Primero
Como pasa más importante, desconectar toda la carga de baja tensión, JAMAS
DESCONECTE CUCHILLAS CON CARGA.
Segundo
Colóquese los guantes y tome la pértiga parándose en la tarima con el tapete de
hule para retirar las cuchillas principales de alimentación.
Tercero
Revise los fusibles y reponga el daño, pero antes de volver a conectar las
cuchillas principales, indique si hay algún daño en los circuitos de baja tensión.
Cuarto
Seguro de que no hay defectos en el lado de baja tensión antes de conectar la
carga meta las cuchillas principales. Cuando la subestación está dotada de
interruptor automático proceda a la misma forma: desconecte el circuito de
alimentación para poder revisar el interruptor en el caso de que se desconecte al
conectarlo por segunda vez.
Es muy importante no olvidar suspender el servicio de la empresa antes de tocar
cualquier parte activa del interruptor el cual puede haberse botado por alguna
falla en los relevadores o por algún pequero corto circuito en los circuitos de baja
tensión.
Algunas instalaciones industriales tienen colocado dentro del local de la
subestación el tablero con el interruptor de baja tensión pero es aconsejable para
todos conceptos tener un local o lugar apropiado para tableros de control y
principal, fuera de la subestación de servicio

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