Diseño de una Línea de Transmisión de una Subestación Eléctrica

1. TRANSMISION DE ENERGIA ELECTRICA
Natividad Guadalupe Argot Reyes
3 de abril de 2018
Reto: Diseño de una línea de trasmisión
Diseño de una Línea de
Transmisión de una
Subestación Eléctrica

2. TRANSMISION DE ENERGIA ELECTRICA
Características que debe llevar una línea de transmisión para alimentar un centro urbano
a partir de una central eléctrica. (Considerando que la central eléctrica genera 250 MW y
se encuentra a 150 km de la población).
Las líneasde transmisióntienentrescaracterísticaso parámetrostípicos:
Resistencia,inductanciaycapacitancia.
Para líneas de transmisión de con una longitud mayor a 150 km, se deben instalar torres
de transposición, localizadas a 1/6, 1/2 y 5/6 de longitud total de la línea de transmisión.
La ubicación se debe realizar en terreno plano, evitando tenciones desbalanceadas en los
claros adyacentes de la transposición, además de considerar la utilización señalada en la
relación de estructuras normalizadas.
Con relación a la proximidad con ductos subterráneos se debe cumplir lo indicado en la
norma de referencia NRF-015-CFE
Para el cruzamiento de las líneas de transmisión con farreas autopistas de primer orden y
súper carreteras, deben proyectarse estructuras de remate en ambos lados del cruce,
cuando exista un puto de deflexión antes del cruzamiento se debe considerar una
estructura de deflexión en este sitio y una estructura de remate en el otro lado del cruce.
En las llegadas y salidas de las subestaciones la distanciade la primera estructura y el
marco de la subestación debe estar comprendida entre 60 m y 80 m y los cables deben
tener una tención mínima necesaria para cumplir con los libramientos especificados.
Debemos de considerar las necesidades de la sociedad
para la alimentación de la red eléctrica o las líneas de
transmisión eléctricas, así como el diseño de la
subestación eléctrica.
Así como incluir el transformador: Cuandose requiere
transportarenergíaeléctrica,desde loscentrosde
generación(centraleseléctricas)aloscentrosde consumo,
se elevalatensión(desdeunos15 a 20 kV hasta85, 115,
230 o 400 kV) y se efectúalatransmisiónmediantelíneas
aéreaso subterráneasconmenorcorriente,yaque la
potenciaenambosladosdel transformadoresprácticamente igual,locual reduce laspérdidasde
transmisión.
Por loque para el diseñodel trasformadordebe serelevadoryaque este esel que;se denomina
transformadorelevadoral transformadorque aumentalafuerzaelectromotrizaplicadaenel
primario(VI).Larazón de vueltasdel secundarioal primarioNs/Npesmayorque 1, loque llevaa
que el embobinadosecundariotengamásvueltasque el primario.

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Debemos definir la necesidad, el terreno, los términos ambientales, levantamiento
topográfico, la mecánica de suelos, resistividad, manteniendo la ingeniería básica (planos,
características de construcción, criterios, especificaciones), así como la ingeniería de
detalle, diseño electromecánico, obra electromecánica, diseño civil, obra civil, pruebas y
puesta en servicio.
Deben considerar lo siguiente
Cumplimiento de las distancias mínimas eléctricas de fase de tierra.
Longitud de aisladores con sus herramientas.
La longitud de conductores de fase contra cualquier parte metálica de la estructura.
Las distancias eléctricas para las condiciones atmosféricas que se esperan en condiciones
de servicio.
También debemos considerar, los sistemas de distribución, los cuales están formados por
los siguientes elementos:
Subestaciones receptoras secundarias,circuitos de distribución primarios, transformadores
de distribución, circuito secundario.
En el diseño electromecánico se debe considerar.
Localización de estructuras, considerar la hipótesis de carga, el cálculo de flechas y
tensiones así como la distancia entre estructuras.
Sistema de amortiguamiento, es necesario para cada uno de los claros efectivos a lo largo
de una líneade transmisión con el objetivo de evitar daños a los cables conductores y cables
de guarda con fibras ópticas por efecto de vibraciones eólicas e impedir la transmisión de
esfuerzos adicionales a la estructura.
Señalización especial, se refiere a los señalamientos cuando hay cruces de vías férreas,
cruce con líneas de transmisión, carreteras caminos, zonas de huertos, cafetaleras líneas de
caña, zonas inundables, etc.
Sistema de tierra: protege contra tenciones generadas por la inducción de otras líneas
cercanas, contra descargas atmosféricas.
Los niveles de máximos a utilizar de las torres autosoportadas para el proyecto de
localización de estructuras, deben ser de acuerdo a lo siguiente:
- Para 115 kV - Nivel + 6
- Para 230 kV - Nivel + 8
- Para 400 kV - Nivel + 10

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El uso de los niveles superiores a los de arriba indicados para las torres seleccionadas para
el proyecto electromecánico únicamente aplica para los siguientes casos:
- Cruzamiento con las líneas de transmisión,
- Cruzamiento con vías férreas,
- Carreteras, caminos, calles,
- Zonas de huertos,
- Zonas cafetaleras,
- Cultivo de caña,
- Zonas inundables, zonas navegables, zonas de riego por
aspersión móviles o portátiles,
- Restricciones indicadas en las especificaciones ambientales para
el diseño, construcción y puesta en servicio de la línea de
transmisión,
- Cruzamientos identificados por el INAH como zona de vestigios
arqueológicos.
Sistema de amortiguamiento, es necesario en cada uno de los claros efectivos en las líneas
de transmisión con el objetivo de evitar daños.
Señalización especial, cruce de líneas de transmisión, carreteras, caminos, calles, etc.
Sistemas de tierras, protege contra descargas atmosféricas.
La cual debe cuidar los aspectos siguientes
EL nivel de tensión.
Ingeniería para instalación de cable conductor en estructuras existentes
Las actividades que se deben incluir como parte de este concepto son las siguientes:
A) Verificar claros, desniveles y flechas de circuito
instalado a partir de esta información generar el
cálculo de las flechas y tenciones para el tendido del
cable conductor quedando que estas queden de
manera similar a las del circuito ya instalado en las
estructuras, considerando el envejecimiento
(fluencia metálica) del cable instalado a diez años.
La hipótesis de partida para el cálculo de flechas y
tenciones debe ser la H1 indicado en el indicio
6.1.2.1
(http://lapem.cfe.gob.mx/normas/construccion/pdfs/1/DCDLTA01.pdf)

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B) Determinar las cantidades y tipo de materiales de instalación permanentemente
por estructura y para toda línea de transmisión del circuito a tender para cadenas
de suspensión en V incluir herrajes y accesorios para que las cadenas formen un
ángulo de 90°
C) Sistema de amortiguamiento para cable conductor
D) Elaboración de planos de cruzamiento con línea de energía eléctrica, con firma del
perito responsable y con la probación respectiva incluyendo la memoria de cálculo.
E) Se deben entregar a CFE, las tablas de flechas y tenciones lista de materiales y
planos, así como las hojas de distribución correspondiente al circuito (s) que se
instaló con el respectivo tipo de torres y claros y desniveles verificados, con la
firma del responsable de ingeniería.
Seleccionar si el circuito debe ser sencillo o doble.
Debe ser doble; características particulares, se debe realizar el análisis y revisión al diseño
estructural de las torres autosoportadas de tención para alojar dos cables de hilo de
guarda con fibras ópticas con los usos mecánicos de diseño.
Menciona el número de conductores por fase.
Elementos de una subestación eléctrica
1. Apartar rayos, dispositivo protector que limita las sobretensiones transitorias
descargando o desviando la sobre corriente producida, y evitando que continúe el
paso de la corriente eléctrica.
2. Transformadores de potencial, son dispositivos en los que la tensión secundaria,
dentro de las condiciones normales de operación, es prácticamente proporcional a
la tensión primaria. Tienen la función tanto de transformar la tensión, como de
aislar los instrumentos de protección y medición conectados en circuitos de alta
tensión.
3. Transformadores de corriente, dispositivos en los cuales la corriente secundaria es
prácticamente proporcional a la corriente primaria bajo condiciones normales de
operación, aunque con un ligero desfasamiento.
4. Dispositivos de potencial, elementos equivalentes a los transformadores de
potencial, aunque en vez de ser del tipo inductivo son del tipo capacitivo. Se usan
para alimentar con tensión los instrumentos de medición y protección de un
sistema de alta tensión.
5. Cuchillas, cuchillas son dispositivos que sirven para conectar y desconectar
diversas partes de una instalación eléctrica, efectuar maniobras de operación o
realizar operaciones de mantenimiento.

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6. Trampas de onda, también llamada bobina de bloqueo o bobina de onda
portadora, tiene la función de impedir que las señales de alta frecuencia se deriven
en direcciones indeseables, con el fin de no perjudicar la transmisión de energía
eléctrica a frecuencia nominal de 60 Hz en la república mexicana.
7. Bancos de capacitores, Son grupos de capacitores usados en las subestaciones para
proporcionar potencia reactiva al sistema. Los bancos de capacitores de alta
tensión se conectan por lo general en estrella con el neutro flotante, rara vez con
el neutro conectado a tierra.
8. Buses, en una subestación eléctrica son los conductores eléctricos que se utilizan
como conexión común de los diferentes circuitos de que consta una subestación.
Además son un elemento necesario los aisladores, básicamente elaborados de plástico
porcelana y vidrio. Proveen la seguridad necesaria cuando se manejan niveles de tensión
altos.
Su función es sujetar los conductores a la torre para evitar que se muevan y evitar la fuga
de corriente de la línea de transmisión a la línea de tierra
También debemos tomar en cuenta los interruptores de potencia en las subestaciones
eléctricas
Interruptor de potencia: esta destinado al cierre y apertura de circuitos eléctricos bajo
condiciones de carga o de corto circuito.
Las cámaras de extracción son parte primordial de cualquier interruptor eléctrico.
El arco eléctrico desprende calor, por lo que se produce calentamiento y oxidación de los
contactos, lo que da como resultado una gran resistencia de contacto y disipación de
calor, y con el tiempo viene el deterioro del interruptor.
Explica que material utilizarías para el conductor.
Barra tipo tubo. El tipo de barra más usado es el cable, el cual es un conductor formado
por un grupo de alambres trenzados en forma helicoidal. La ventaja que presenta respecto
a los otros tipos es que es el más económico; la desventaja es que tiene pérdidas mayores
por efecto corona y efecto superficial. Los materiales más usados para cables son el cobre
y el aluminio reforzado con acero (ACSR).
Debe incluir además Arreglos de interruptores en subestaciones.
Arreglo de interruptor y medio, es el más utilizado en las subestaciones, ya que
proporciona flexibilidad en caso de perder un interruptor del equipo primario, o bien, en
caso de mantenimiento a los equipos, en donde el servicio o flujo eléctrico no se pierde.
Arreglo de barra sencilla, arreglo más sencillo y, por lo tanto, el de menor confiabilidad
con respecto a la continuidad del suministro eléctrico.

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Barra sencilla con bus de transferencia, Este arreglo permite la
interconexión de diferentes elementos de la subestación sin pasar
por los elementos de la subestación. Es útil cuando se debe dar
mantenimiento al interruptor propio del elemento o cuando queda
bloqueado por falla.
Así como de los esquemas de protección
Los relevadores actúan sobre interruptores, los cuales reciben una señal de disparo de
dichos relevadores y desconectan el elemento con falla.
Puede incluir también
Los relevadores digitales funcionan con una alimentación de 125 VCD
(voltaje de corriente directa) y cuentan con una luz LED de color verde que
indica que el relevador está en servicio.
Protección primaria
La primera protección proporciona la primera línea de seguridad. La
protección primaria debe desconectar únicamente el elemento dañado. Al ocurrir una
falla dentro de la zona de protección, solo se deben abrir los interruptores dentro de esa
zona.
Protección de respaldo
Tanto los esquemas de protección como el equipo asociado a ellos están sujetos a fallas, y
esto provoca que todos los elementos de potencia cuenten con protección de respaldo.
Al ocurrir un cortocircuito, las protecciones primarias y de respaldo detectan la falla; en
caso de no operar la protección primaria, la de respaldo, con retraso de tiempo, sacará de
operación la zona que presenta dicha falla.
Esquema de protección para subestaciones eléctricas (transformador)
Protección diferencial (87 T), La protección actuará cuando se presenten fallas en el
interior del transformador o en las áreas donde abarquen los transformadores de
corriente. La señal de operación de este relevador la recibe el relé auxiliar 86 T que es un
relevador de reposición manual, el que actuará mandando las señales de alarmas y
disparo a los interruptores asociados; por lo cual el transformador quedará des
energizado.
Protección de respaldo de sobre corriente instantánea de fases (50/51 H)
Protección de respaldo de sobre corriente del neutro por 400 kV (51 NTH)

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Protección de sobrepresión Buchholz (63), Este relevador se vale del hecho de que los
aceites minerales producen gases inflamables cuando se descomponen a temperaturas
mayores a 350 °C, tales como el acetileno y otros hidrocarburos de molécula simple,
hidrógeno y monóxido de carbono.
Clasificación de fallas en sistemas eléctricos de potencia.
Una falla eléctrica es una condición que impide la operación de uno o más equipos de un
sistema eléctrico de potencia, e implica a un evento, o conjunto de eventos, que:
• Produzca la apertura de un interruptor por medio de la señal de un relevador.
• Muestre la operación errónea de un interruptor por error humano.
• Presente cualquier interrupción del flujo eléctrico no planificado.
Algunas de las características del diseño y operación dirigidas a prevenir fallas eléctricas
en los sistemas eléctricos de potencia son: Provisión del nivel de aislamiento adecuado.
Coordinación de aislamiento con base en las capacidades de los apartar rayos.
Uso de cables de tierra aéreos y de baja resistencia de pie de torre. Diseño de una alta
resistencia mecánica para reducir la exposición y minimizar la probabilidad de falla
causada por animales o el ambiente. Prácticas correctas de operación y mantenimiento.
Por ultimo debemos incluir un diagrama unifilar ya que permite representar los elementos
del sistema de potencia trifásico de manera compacta y funcional.
Descripción breve: barras o buses, cuchillas, interruptores, capacitores, transformadores,
cuchillas de tierra, extremos de línea de transmisión, generadores eléctricos.
El diagrama debe proporcionar de una manera clara, precisa y concisa el arreglo de los
equipos de la misma.
Aun cuando una subestación se encuentra en operación, se continúa utilizando a
diferentes profesionales de ingeniería, ya que los sistemas de comunicación, el
mantenimiento de la subestación y la operación de la misma requieren hacer uso de
tecnologías, ya sea de forma remota o presencial.

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Fuentesde consulta
La informaciónque proveelaplataformaMéxicoX.
CFE. (Marzo 2014). Diseño de las líneas de transmisión aéreas. Abril 14, 2018, de
Comisión federal de electricidad Sitio web:
https://lapem.cfe.gob.mx/normas/construccion/pdfs/1/DCDLTA01.pdf
CFE. (Diciembre 2013). Cable de aluminio concableado concéntrico.... Abril 14,
2018, de comisiónfederal de electricidad Sitio web:
http://lapem.cfe.gob.mx/normas/pdfs/o/E0000-18.pdf
LOURDES FLORES. (11 de septiembre de 2017). Falla técnica en subestación de
CFE provocó apagón en varios estados. Abril 4, 2018, de El Economista Sitio
web: https://www.eleconomista.com.mx/estados/Falla-tecnica-en-subestacion-
de-CFE-provoco-apagon-en-varios-estados-20170911-0001.html
Endesa. (Sin fecha). Proyecto IdEAS: ‘smart grids’ más eficientes y seguras. Abril
6, de Endesa Sitio web: https://www.endesa.com/es/proyectos/a201704-
subestaciones-electricas-inteligentes-ideas.html