1. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Resumen En este documento, se da a conocer como se selecciona la especificación del aislamiento externo, y como se determinan y definen las distancias básicas y de seguridad que se deben tener en una subestación eléctrica,

11. Confiabilidad del servicio eléctrico Con relación al número de interrupciones en el servicio, ¿Que índice de confiabilidad debe tener el sistema eléctrico?. Este índice debe mantenerse lo más alto posible no importa la zona que alimente el sistema, es decir, si es zona “limpia” (sin contaminación) o una zona contaminada. las instalaciones.

18. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Para poder dar las dimensiones a una S.E. hay que considerar prácticamente 4 distancias básicas que son la que dete r minan las separaciones entre los elementos, equipos y conductores que componen las S.E. A las cuales se les agregan las distancias de trabajo:

19. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas a) Distancias a Tierra . b) Distancias Entre Fases . c) Distancia de Fuga de los Aislamientos . d) Distancias Entre Equipos o Secciones . e) A las distancias anteriores se les agregan las distancias de trabajo.

20. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas El concepto de la tensión crítica de Flameo El valor de la tensión crítica de flameo (V.C.F) se determina experimentalmente en laboratorio utilizando generadores de impulso mediante los cuales se pueden aplicar voltajes similares a los presentados por descargas atmosféricas o por maniobras en los sistemas de potencia

21. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Histograma de distribución de voltajes 20 40 60 80 100 80 60 40 N° de veces que flamea (frecuencia de ocurrencia)

22. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Tensión en kV % de probabilidad 50 % VCF  

23. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Distancias de diseño. Por investigaciones realizadas, se llegó al establecimiento de las distancias de diseño más convenientes de fase a tierra y de fase a fase basadas en configuraciones propias de electrodos, llegando a identificar 3 tipos principales de distancias en aire. a) Distancia entre conductores. b ) Distancia de aislamiento entre conductores y equipos. c) Distancia entre aisladores y aparatos.

24. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Las configuraciones entre electrodos que se manejan en estos casos y que más se aproximan a la realidad son: a) Anillo - Anillo.. b) Punta - Punta. c) Punta – Placa. d) Conductor - Estructura.

25. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas La relación entre el NBA (BIL) y el voltaje critico de flameo (V.C.F.) se indica en las expresiones matemáticas siguientes: Por impulso o rayo: --------- (1) Donde: VCF = Voltaje crítica de Flameo por descarga atmosférica o rayo

26. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Por maniobras en el sistema suministrador --------- (2) Donde: V.C.S = Voltaje de flameo, por disturbio provocado por maniobras en el sistema del suministrador.

27. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Para otras presiones barométricas, otra temperatura y otras condiciones de humedad se hace necesario corregir estos valores, empleando la siguiente ecuación: Siendo en la ecuación anterior:

28. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas V.C.F NO ESTÁNDAR Tensión crítica de flameo por impulso por rayo, a diferentes condiciones de temperatura, de humedad y de presión barométricas. V.C.F. ESTÁNDAR . Tensión crítica de flameo por impulso por rayo, en condiciones estándar Kh = Factor de corrección por humedad atmosférica.

30. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Distancias de diseño . Son las distancias de fase a tierra, (de no flameo) distancia entre fases (entre centros de conductores) y distancias de seguridad. Las distancias de fase a tierra y entre fases se calcularán sobre el nivel del mar en condiciones estándar de presión y temperatura.

31. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de las distancias de fase a tierra Para voltajes hasta 230 kV. La ecuación mediante la cual se determina la distancia de fase a tierra en sistemas hasta de 230 kV es:

32. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de las distancias de fase a fase Para voltajes hasta 230 kV las distancias de fase a fase se determinan mediante la siguiente ecuación:

33. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de las distancias de fase a tierra Para voltajes mayores de 230 kV . Para sistemas cuyas tensiones son mayores de 230 kV. la ecuación para determinar la distancia de fase a tierra es:

34. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de las distancias de fase a fase El cálculo de la distancia de fase a fase para sistemas de voltajes mayores de 230 kV se determina mediante las ecuaciones siguientes: Estando V.C.S. en megavolt

35. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de las distancias de fuga en aislamientos. Se entenderá como distancia de fuga de un aislamiento externo, como la distancia en mm o cm que tendría el perfil del contorno del aislador, si este pudiera extenderse longitudinalmente. Efectos ambientales . Se entenderá por efectos ambientales, a los producidos por la contaminación ambiental, sobre los aislamientos externos, a los cuales afectan durante su operación normal, a la frecuencia y voltaje nominales del sistema

36. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas En la tabla N° 6 del apéndice, se dan a conocer las recomendaciones de la Comisión Internacional de Electrotécnica para identificar las características contaminantes de una región y establecer las distancias de fuga correspondientes.

37. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Mediante la ecuación siguiente, se puede calcular la distancia de fuga de los aislamientos: Siendo: d f = Distancia de fuga del aislamiento externo en cm kV max = Voltaje máximo de diseño en kV Dff = Distancia de fuga recomendada en cm

38. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de las distancias entre barras. Para el caso de las distancias entre centros de fases en las barras colectoras de la S.E. se calculan para dos condiciones: 1) Subestaciones con barras y/o conexiones rígidas. 2) Subestaciones con barras colectoras flexibles (cables).

39. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas En ambos casos, estas distancias se obtienen de las distancias calculadas de fase a tierra, agregando a estas distancias el diámetro de las barras colectoras, y se deberá considerar el aspecto Electrodinámico por efecto de corrientes de corto circuito, las distancias mínimas para mantenimiento dimensiones generales de los equipos etc. Tomando en consideración lo anterior, en la práctica se han determinado las distancias indicadas en la tabla n° 8 del apéndice

40. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas 2,0 a 2,25 1,8 400,0 1,8 a 2,0 1,5 123,0 N ° de veces la distancia mínima de fase a tierra a la altura correspondiente 1,8 a 2,0 1,6 34,5 a 115 -------- 1,7 2,4 o menor Barras flexibles Barras rígidas Distancias entres centros de fases Voltaje nominal de operación de las subestaciones Eléctricas (volaje entre fases En kV)

41. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de la altura de los equipos. La altura de la parte viva o energizada de los equipos tales como los transformadores, TC, TP, interruptores, etc., y en general de los elementos que integran una S.E. no deberá ser menor a 3 m y debe calcularse de acuerdo a la ecuación (14) en m, en instalaciones cuyos voltajes nominales sean mayores a 69kV y a 1000 m sobre el nivel del mar.

42. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas He = 2.30 + 0.0105 E m m ---- (14) Donde: He = Altura de la parte energizada de los quipos o elementos sobre el nivel del suelo E m = Tensión máxima de diseño de la subestación eléctrica

43. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas La altura de las L.T. a la llegada de la S.E. no deberá ser menor a 6 m y se calcula con la fórmula: H L.T. · 5 + 0.006 E m m -------- (15) Donde: H L.T . = Altura mínima de llegada a la S. E. de la L.T. en m E m = tensión máxima de diseño en kV.

44. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Cálculo de las distancias de seguridad. La Comisión Internacional de Electrotecnia en su reporte del comité de estudios Nº 23 recomienda la adopción de distancias de seguridad en las S.E. para el personal que opera y que da mantenimiento a las instalaciones, así también, en nuestro País, tomando como base las distancias mínimas determinadas con las ecuaciones anteriores se establecen en la Norma Oficial Mexicana de instalaciones eléctricas (utilización) vigente las distancias mínimas de fase a tierra, entre fases, etc., que se deben de adoptar y respetar en la S.E.

45. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas El comité de estudios número 23, de la Comisión Internacional de Electrotecnia recomienda que en la determinación de las distancias de seguridad se deben considerar: a) Las maniobras de los operadores en cualquier punto de la instalación b) Circulación del personal en la instalación. c) Circulación de vehículos en la S.E.

46. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Las distancias mencionadas se adoptan tomando como base que las partes energizadas deben quedar fuera del alcance del personal y para lo cual se recomienda se tomen las siguientes recomendaciones:

47. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas a) Las partes energizadas de los equipos y elementos que componen la S.E., deben quedar fuera del alcance del personal usando distancias en las zonas de trabajo y circulación suficientemente grandes para evitar contactos eléctricos. b) Las partes energizadas se pueden hacer inaccesibles usando barreras de protección para aislar físicamente a los elementos o equipos y éstas barreras de protección deberán tener una altura no inferior a 2,10 m

48. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas c)Las partes energizadas pueden encapsularse o encerrarse en gabinetes o instalaciones especialmente idóneas para ello. d) El uso de carteles que marquen el peligro de partes energizadas en aquellos casos en el que no se puedan aumentar las distancias calculadas de acuerdo con las fórmulas anteriormente citadas.

49. Dimensionamiento de subestaciones eléctricas Las distancias de seguridad quedan entonces constituidas por: 1) La distancia mínima de fase a tierra. 2) Una distancia adicional que depende de las dimensiones adoptadas en las zonas de circulación y de trabajo para mantenimiento, así como de lo alto de las personas que trabajan en las S.E.