Capitulo 1 subestaciones

CONCEPTOS
FUNDAMENTALES DE
SUBESTACIONES
CAPITULO I

INTRODUCCIÓN
• LA INDUSTRIA ELÉCTRICA EN EL MUNDO HA TENIDO UN
DESARROLLO IMPORTANTE:
1879 THOMAS ALVA
EDISON INVENTA LA
LÁMPARA ELÉCTRICA
1882 THOMAS ALVA
EDISON PUSO EN SERVICIO
LA PRIMERA CENTRAL ELÉCTRICA.
EN EL MISMO AÑO EN LONDRES SE
PUSO EL PRIMER SISTEMA DE
ENERGÍA PÚBLICA.
1888 EL PROBLEMA DE LA
TRANSMISIÓN A DISTANCIA SE
SOLUCIONA CON LA CORRIENTE
ALTERNA. ESTO PERMITIÓ LA
FABRICACIÓN DE
TRANSFORMADORES Y MÁQUINAS
ROTATIVAS

SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA
• UN SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA ES AQUEL QUE
PERMITE GENERAR-TRANSPORTAR Y DISTRIBUIR LA
ENERGÍA ELÉCTRICA, HASTA LOS CONSUMIDORES,
BAJO CIERTAS CONSIDERACIONES Y
REQUERIMIENTOS

Que es una subestación eléctrica?
• Es una parte del SEP conformada por un conjunto de
equipos, dispositivos y circuitos, que tienen la función de
modificar los parámetros de potencia eléctrica; permitiendo
el control del flujo de energía, dando seguridad para el SEP,
equipos y personal de operación y mantenimiento.

Funciones de una subestación
Cambiar el nivel de tensión de un valor a otro.
Regular la tensión para compensar los cambios de voltaje del
sistema.
Permitir el control, protección y medición en los circuitos de
distribución.
Permitir la interconexión eléctrica con otras subestaciones.
Permitir la transferencia de carga entre subestaciones.
Control de reactivos suministrados a las redes de distribución.

Niveles de tensión en subestaciones
La red eléctrica de un sistema de potencia, se opera a distintos niveles de tensión
Desde la generación hasta la utilización.
Transmisión Subtransmisión Distribución Usuario
800 kV 161 kV 35.5 kV 480 V, 3f
765 kV 138 kV 25.0 kV 440 V, 3f
400 kV 115 kV 23.0 kV 240 V, 3f
365kV 69 kV 13.8 kV 220 V, 3f
230 kV 13.2 kV 120/240 V, 1f
220 kV 6.6 kV 127 V,1f
Para el caso del Ecuador, nuestro sistema tiene los siguientes niveles de tensión.
Transmisión Subtransmisió
n
Distribución Usuario
230 kV 138 kV 22 kV 220 V, 3f
138 kV 69 kV 13.8 kV 120/240 V, 1f
127 V, 1f

Partes de una subestación
CASA DE CONTROL
PATIO DE
DISTRIBUCIÓN
PATIO DE
TRANSFORMACIÓN
PATIO DE ENTRADA

Equipos de una subestación
PATIO DE DISTRIBUCIÓN
9. Seccionador
8. Interruptor
16. Aislador
17. Pararrayos
Barras
Cables de fuerza
Castillo de distribución

Equipos de una subestación
PATIO DE TRANSFORMACIÓN
4. Seccionador de
barra.
15. Aislador soporte.
2. Interruptor.
15. Aislador soporte
ó transformador
de corriente.
1. Transformador de
potencia.
8. Interruptor.
9. Seccionador de
barra.
Barras
Cables de fuerza

PATIO DE ENTRADA
15. Aislador de soporte.
4. Seccionador de barra.
6. Transformador de corriente.
2. Interruptor.
3. Seccionador de línea
7. Pararrayo.
Línea de entrada
Barras
Cables de fuerza
Castillo de entrada

5.1 Tipos de subestaciones
SUBESTACIONES
ELEVADORAS
SUBESTACIONES REDUCTORAS
SUBESTACIONES DE ENLACE
SE USAN EN LAS CENTRALES ELÉCTRICAS PARA ELEVAR LA TENSIÓN DE
GENERACIÓN A VALORES DE TRANSMISIÓN.
Dependiendo del nivel de tensión, potencia que manejan, objetivo y tipo de servicio
Que prestan, las subestaciones se pueden clasificar como:
SE USAN PARA REDUCIR LA TENSIÓN DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN
A SUBTRANSMISIÓN, O DE SUBTRANSMISIÓN A DISTRIBUCIÓN O
EVENTUALMENTE HACIA GRANDES CONSUMIDORES.
EN LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS, SE REQUIERE TENER MAYOR
FLEXIBILIDAD DE OPERACIÓN PARA INCREMENTAR LA CONTINUIDAD
DEL SERVICIO Y CONSECUENTEMENTE LA CONFIABILIDAD. NO
DISPONEN DE TRANSFORMACIÓN.

SUBESTACIONES EN ANILLO
SUBESTACIONES RADIALES
SUBESTACIONES DE
SWITCHEO Ó DE PASO
ESTAS SUBESTACIONES SE USAN CON FRECUENCIA EN LOS SISTEMAS DE
DISTRIBUCIÓN PARA INTERCONECTAR SUBESTACIONES QUE ESTÁN
INTERCONECTADAS A SU VEZ CON OTRAS.
CUANDO UNA SUBESTACIÓN TIENE UN SOLO PUNTO DE ALIMENTACIÓN
Y NO SE INTERCONECTA CON OTRAS. NORMALMENTE SON
SUBESTACIONES LEJANAS.
EN ESTAS SUBESTACIONES NO SE TIENEN TRANSFORMADORES DE
POTENCIA, YA QUE NO SE REQUIERE MODIFICAR EL NIVEL DE TENSIÓN
DE LAS FUENTES A ALIMENTACIÓN Y SOLO SE HACEN OPERACIONES DE
CONEXIÓN Y DESCONEXIÓN.

Tipos de subestaciones
• En estas subestaciones, el aire sirve como medio
aislante. Sistemas de alta y extra-alta tensión
AISLADAS EN AIRE
TIPO INTERPERIE TIPO INTERIOR
POR EL TIPO DE CONSTRUCCIÓN
- SE CONSTRUYEN EN
TERRENOS O AREAS
EXPUESTAS AL MEDIO
AMBIENTE..
- SUS EQUIPOS DEBEN
DISEÑARSE PARA ESTAS
CONDICIONES.
- LOS EQUIPOS ESTÁN
DISEÑADOS PARA OPERAR AL
INTERIOR.
- SU TENDENCIA ES HA
DESAPARECER.

SUBESTACIÓN INTERIOR
SUBESTACIÓN EXTERIOR

Tipos de subestaciones
AISLADAS EN HEXAFLORURO DE
AZUFRE (SF6) GIS
POR EL TIPO DE CONSTRUCCIÓN
- DISEÑADAS PARA TENSIONES DE MAYORES A 130 Kv, HASTA 800 Kv.
-DISEÑADAS CUANDO EXISTEN RESTRICCIONES DE ESPACIO Y
AFECCIÓN AL MEDIO AMBIENTE.
-- OCUPAN EL ¼ D ESPACIO DE UNA CONVECIONAL.
-- PUEDEN OPERAR AL INTERIOR COMO AL EXTERIOR.
-- ES MAS CONFIABLE PERO MAS COSTOSA.
-- PUEDEN TENER VARIAS CONFIGURACIONES.
-- MANTENIMIENTO REDUCIDO, PERO ESPECIALIZADO.

Gas SF6
▫Es incoloro, inodoro, no tóxico e incombustible.
▫Es 5 veces más pesado del aire.
▫Tiene excelentes características dieléctricas.
La capacidad dieléctrica es de 2.5 a 3 veces la del aire.
▫Se utiliza también como medio aislante en transformadores de
potencia y de instrumentación, conductos de barras y
condensadores.
▫Debido a su baja temperatura de ionización y su alta energía de
disgregación posee excelentes propiedades de interrupción del arco.
▫El Hexafluoruro de Azufre (SF6) es un gas inerte artificial que tiene
excelentes propiedades de aislamiento, así como una estabilidad
térmica y química excepcionalmente altas. Estas características le
han conferido un amplio uso en interruptores tanto de Alta como de
Media Tensión, mostrando en ambos casos un rendimiento y una
fiabilidad muy elevados.

Más de 50 años de experiencia
en subestaciónes eléctricas
encapsuladas (GIS)
HISTORIA
1956 Research on SF6
1965 110 kV GIS
1966 170 kV GIS
1976 550 kV GIS
1987 800 kV GIS
2003 3-phase GIS for
145 kV/63 kA
2007 1000 kV GIS
1965 first 110 kV GIS
1966 first 170 kV GIS

50 Years of GIS Know-how
4000
2000
6000
Desarrollo en el tiempo
≥ 330 kV
≤ 170 kV
First Research
First 500 kV GIS
Claireville (CA)
First 170 kV GIS
Sempersteig (CH)
First 800 kV
GIS Alpha (ZA)
500 kV GIS
Three Gorges (CN)
1956 1966 1976 19961986 2003 2006
Largest 500 kV
GIS
Itaipu (BR)
≤ 300 kV
8000

Interruptor y seccionadores de puesta a
tierra
disconnector
earthing switch

Vista general de una subestación GIS

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Mod.
Mod.
1
Emitido
Verif.
Norma
Aprov.
2
-M.T.
-A.T.
law.
VISTA-DIAGR.UNIFILAR
Subst.
3
Orig.deSubst.por
ASEABROWNBOVERI
4
1234
Formato
SetorResp.Titulo
5
S.E.MOVEL
Doc.
6
Y
Y
Lingua3
=
+
7
Fl.N.N.Fls.
8
F
E
D
C
56
MECANICO
BCAVALO
78
A
SubestacionesMóviles
UnaSubestaciónMóvilésbasicamenteun
conjuntodeequiposqueformánunabaíade
transformación,todaviaensambladossobreun
semi-remolque

SE Móvil - 138 / 69 x 13,8 Kv - 25 MVA
Subestaciones Móviles

Arreglos de barras en subestaciones
LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS SE
DISEÑAN PARA TENER UNA MÁXIMA
CONFIABILIDAD Y FLEXIBILIDAD DE
OPERACIÓN SEA POR CONTINGENCIAS
O MANTENIMIENTOS EN EL SISTEMA.
EXISTEN VARIOS ARREGLOS DE
BARRAS EN LOS SISTEMAS
ELÉCTRICOS LOS MISMOS QUE
DEPENDEN DEL ESTUDIO PREVIO QUE
DETERMINAN:
• LAS DEMANDAS DEL SISTEMA.
•AMPLIACIONES FUTURAS.
•FLEXIBILIDAD Y FACILIDAD PARA EL
MANTENIMIENTO.
•PRESUPUESTO DISPONIBLE.
Barra simple
Barra seccionada
Barra simple con seccionador
en derivación.
Esquema de barra doble.
Barra principal y barra de
transferencia.
Barra en anillo.
Barra doble con disyuntor y
medio.

Barra simple
SON SUBESTACIONES QUE CONSTAN SOLAMENTE DE UNA BARRA PARA
CADA TENSIÓN.
Ventajas:
Fácil operación e instalación simple.
Costo reducido.
Requiere poco espacio físico para su
construcción.
Mínima complicación en la conexión de
los equipos y el esquema de protecciones.
Desventajas:
No existe flexibilidad en las operaciones
(El mantenimiento de un disyuntor exige la
salida completa del tramo involucrado).
Falla en barra interrumpe el servicio
totalmente.
Las ampliaciones de barra exigen la salida
de la subestación en su totalidad.

Barra seccionada
EN ESTA SUBESTACIÓN LA BARRA SE PARTE EN DOS
Ventajas:
Mayor continuidad del servicio.
Fácil mantenimiento de los
tramos conectados a la barra .
Requiere poco espacio físico
para su construcción.
Para fallas en barra, queda fuera
de servicio el tramo de la sección
de barra afectada
Desventajas:
Falla en barra puede originar
racionamiento.
El mantenimiento de un
disyuntor deja fuera de servicio el
tramo al cual está asociado.

Barra simple con seccionador en derivación
Ventajas:
Similar al esquema de barra simple,
pero permite realizar labores de
mantenimiento en los tramos sin
interrumpir el servicio, a través del
seccionador en derivación (By-Pass).
Requiere poco espacio físico para su
construcción.
Desventajas:
Falla en barra interrumpe totalmente
el suministro de energía.
Las ampliaciones de barra exigen la
salida de la subestación en su totalidad.

Esquema de barra doble
Ventajas:
Las labores de mantenimiento
pueden ser realizadas sin
interrupción del servicio.
Facilita el mantenimiento de
seccionadores de barra, afectando
únicamente el tramo asociado
Desventajas:
La realización del
mantenimiento en un disyuntor de
un tramo, requiere la salida del
tramo correspondiente.
Requiere de gran espacio físico
para su construcción

Barra principal y transferencia
Ventajas:
Permite la transferencia de carga de
un tramo, durante el mantenimiento
del disyuntor correspondiente .
Facilita el mantenimiento de
seccionadores de línea y
transferencia, afectando únicamente
el tramo asociado.
Requiere de poco espacio físico
para su construcción.
Desventajas:
Para la realización del
mantenimiento de la barra y los
seccionadores asociados, es
necesario desenergizar
totalmente la barra.

Barra en anillo
EN ESTE TIPO LAS SUBESTACIONES SE INTERCONECTAN FORMANDO UN
UN ANILLO ELÉCTRICO, EN DONDE EL FLUJO DE CORRIENTE PUESE SER
EN LOS DOS SENTIDOS.
El número de interruptores es igual al número de líneas que terminan
en la subestación.
Orece un mayor grado de flexibilidad y confiabilidad operativa, que los
otros esquemas.
El mantenimiento en los equipos pueden realizarce sin salida de carga.

Doble barra interruptor y medio
SON SUBESTACIONES QUE CONSTAN DE DOS BARRAS PRINCIPALES
CON TRES INTERRUPTORES.
Ventajas:
No necesita tramo de enlace
de barra.
El mantenimiento de un
disyuntor se puede realizas sin
sacar de servicio el tramo
correspondiente.
Desventajas:
Para la realización del
mantenimiento de los
seccionadores conectados
directamente al tramo, es
necesario dejar fuera de
servicio el tramo
correspondiente.
Requiere gran espacio físico
para su construcción

NORMATIVA APLICADA A SUBESTACIONES
• Para poder estandarizar la construcción
de equipos eléctricos, sobre todo en lo
que se refiere a dimensiones físicas,
características constructivas y de
operación, condiciones de seguridad,
condiciones de servicio y medio
ambiente, la simbología utilizada en la
representación de equipos y sistemas, se
han creado las Normas Técnicas.

NORMATIVA APLICADA A SUBESTACIONES
• En proyectos eléctricos, las normas
indican desde la manera como se deben
hacer las representaciones graficas,
hasta especificar las formas de montaje
y prueba a que deben someterse los
equipos. Cada país posee sus propias
normas, desarrolladas de acuerdo a las
necesidades y experiencias acumuladas
por los especialistas.

• ENTRE LAS MÁS UTILIZADAS TENEMOS:
Normas IEC.- Internacional Electrotechnical Comisión (IEC):
La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) es la organización
líder a nivel mundial encargada de preparar y publicar Normas
Internacionales para todas las tecnologías eléctricas, electrónicas
y afines. Empleada principalmente por los países europeos.
Normas ANSI.- El American National Standards Institute (ANSI):
ANSI , ha mantenido como meta fundamental mejorar la
competitividad mundial de las empresas de Estados Unidos
así como la calidad de vida, promoviendo y facilitando normas
voluntarias y de consenso, y sistemas para las pruebas de
conformidad, además de promover su integridad.
Normas NEC.- National Electrical Code (NEC)

• ENTRE LAS MÁS UTILIZADAS TENEMOS:
Normas NEMA.-National Electrical Manufacturers
Association (NEMA). Promover la competitividad de sus
compañías socias proporcionando servicios de calidad
que impactarán positivamente en las normas, regulaciones gubernamentales,
y economía de mercado
Normas IEEE.- The Institute of Electrical and
Electronics Engineeres Inc. (IEEE) . Estas normas
determinan especificaciones y procedimientos a fin de
garantizar que los productos y los servicios sean idóneos
para su propósito y su rendimiento cumpla con lo previsto.
EXISTEN OTRAS NORMAS MENOS EMPLEADAS COMO: VDE - UL .

Normas para el diseño de planos eléctricos

Simbología y normas eléctricas
• Los esquemas eléctricos en subestaciones se
realizan bajo la norma ANSI ó IEC.
Dependiendo del país de origen de los equipos
eléctricos.

Diagrama unifilar
• Nos permite identificar de una manera
esquemática , los puntos de conexión y
arreglo de todos los equipos eléctricos,
sistemas de barras y el sistema de
protección a emplear en una subestación.
Uno de los aspectos fundamentales del diseño conceptual o
ingeniería básica es la preparación del diagrama unifilar

PARTES PRINCIPALES DE UN DIAGRAMA UNIFILAR

1.- MEDICION Y PROTECCION
2.- CONTROL INTERRUPTOR 652-1
3.- CONTROL DE SECCIONADOR
4.- ALARMA SCADA
5.- DIAGRAMA DE ALARMAS
6.- DIAGRAMA TOPOLOGICO
7.- BORNERA TBS SCADA
8.- DIAGRAMA DE CONTACTOS (DIB. 1)
9.- DIAGRAMA DE CONTACTOS (DIB. 2)
10.- DIAGRAMA DE POTENCIAL 69KV
11.- HOJAS DE CABLEADO
PLANOS ELECTRICOS
DE UNA POSICIÓN DE LÍNEA DE 69 kV

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS EQUIPOS DE POTENCIA
• LLAMADO TAMBIÉN ESPECIFICACIONES
TÉCNICAS.
• PERMITEN IDENTIFICAR LAS CARACTERISTICAS
TANTO CONSTRUCTIVAS COMO ELÉCTRICAS.
Valores característicos. Se define como valores
característicos de un equipo con relación a una cualidad
determinada, los valores de las magnitudes que definen al
equipo con relación a esta cualidad.
Características nominales. A los valores característicos de
cada equipo se les denomina características nominales del
equipo, porque son los empleados para denominarlos y están
inscritas en la placa de características.
5.2 Partes y equipos de las subestaciones eléctricas.

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS
EQUIPOS DE POTENCIA
Especificaciones técnicas generales: Para todos los equipos.
CONDICIONES AMBIENTALES
Todo el equipo a suministrar será diseñado para operar
satisfactoriamente a una altitud entre 0 y 3000 metros sobre el
nivel del mar, en las siguientes condiciones:
Temperatura máxima: 30° C
Temperatura media: 15° C
Humedad relativa máxima: 93%
Humedad relativa media: 75%
Nivel isoceráunico máximo: 25
Velocidad del viento: 90 km/h

CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS
EQUIPOS DE POTENCIA
Especificaciones técnicas particulares: Las principales
características que están inscritas por lo general en las
placas son:
Tensione nominal:
Corriente nominal:
Potencia nominal de ruptura:
Corriente máxima de interrupción:
Nivel Básico de Aislamiento (BIL):
Frecuencia nominal:

EQUIPOS DE MANIOBRA
• CLASIFICACIÓN:
• 1.- EQUIPOS DE CORTE
• 2.- EQUIPOS DE MANIOBRA
• 3.- EQUIPOS DE MEDICIÓN
• 4.- EQUIPOS DE PROTECCIÓN

5.3 Interruptores en media y baja tensión.

COMPONENTES• CAMARA DE
EXTINSIÓN DEL ARCO:
AISLADOR
ESTRUCTURA DE
SOPORTE:
CAJA DE MANDO:

PARTES DE UN INTERRUPTOR
• POLOS: ESTRUCTURA
DE SOPORTE
SISTEMA
DE
RESORTES:
CAJA DE
MANDO:

INTERRUPTOR
Construcción de una
botella de
vacío
1.- Varilla
2.- Protección contra torsión
3.- Fuelles de metal
4.- Tapa terminal
5.- Blindaje de fuelles
6.- Aislador de
cerámica
7.- Blindaje principal
8.- Contactos
9.- Varilla
10.- Placa terminal
CÁMARA DE EXTINSIÓN EN VACÍO:

CÁMARA DE EXTINSIÓN EN SF6:
ETAPA 1
ETAPA 2
ETAPA 3
ETAPA 4
INTERRUPTOR

Cámara de extinsión del arco
Animation
Puffer principle
INTERRUPTOR

Cámara de esxtinsión del arco
VIDEO
INTERRUPTOR

ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
DATOS DE PLACA:
INTERRUPTOR

CELDAS DE MEDIA TENSIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS:

CELDA CON INTERRUPTOR
1 Compartimiento de baja tensión removible
2 Tablero mécanico de maniobras
3 Zócalo de sistema de indicación capacitiva de
voltaje
4 Mecanismo del seccionador de 3 posiciones
5 Mecanismo de operación del interruptor
6 Terminación de cable
7 Transformador toroidal de intensidad
8 Cono externo
9 Disco de ruptura
10 Interruptor a vácio
11 Seccionador de 3 posiciones
12 Sistema de barras
13 Zócalo para transformador de potencial
14 Transformador de potencial en tecnología
plug-in
■ Gas SF6

1. Compartimento de barras
El compartimento de barras está
situado en la parte superior de
la celda.
Contiene las barras principales
que unen eléctricamente las
celdas contiguas.
2. Compartimento de
interruptor-seccionador
Las celdas están equipadas con
un interruptor-seccionador en
SF6 de tres posiciones, con
envolvente de resina de epoxy,
provisto de ventanas de
inspección e indicador de
densidad de gas bajo demanda.
COMPONENTES

3. Compartimento de cables
El 85 % del espacio de la celda se reserva para la conexión de
cables de potencia, permitiendo la utilización tanto de cables
unipolares como tripolares con simples terminales atornillados.
El espacio es adecuado también para accesorios como
autoválvulas, transformadores de intensidad, segundo
seccionador de puesta a tierra, etc.
4. Compartimento de mando, enclavamientos y BT
Detrás de la puerta BT (que sirve como panel de control) se
encuentra el mecanismo de mando con indicador de posición y
la unidad de enclavamientos mecánicos. Se pueden instalar
accesorios tales como:
CELDAS

Contactos auxiliares, bobina de apertura, mecanismo de
disparo de emergencia, indicadores capacitivos de tensión,
bloqueos a llave y la motorización del interruptor. El espacio
ha sido concebido para albergar además circuitos de control e
instrumentos de medida, así como relés de protección.
CELDAS

CELDAS
MONTAJE Y ACOPLE DE CELDAS

Capitulo 1 subestaciones

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