S01.s1 - Material.pptx

SUBESTACIONES DE
POTENCIA
Sesión_01: Clasificación de Subestaciones
Sesión_02: Tipos de Subestaciones
Mg. Ing. César Gago Arenas
CIP 40136

ANTES DE EMPEZAR:
BIENVENIDA!!!
Clases Virtuales
Presentación del docente
Presentación del curso
Delegado

1. Logros de la Sesión
Al final de la sesión, el
estudiante conoce y describe los
elementos, clasificación y tipos
de las Subestaciones de
Potencia trabajando el material
de clase (ppt, vídeos y
ejercicios) a fin de poner estos
conocimientos en práctica en su
ámbito laboral.

¿Qué es una Subestación de Potencia?
¿Para qué sirve?
¿Qué elementos integran una Subestación de Potencia?

SUBESTACIÓN ELÉCTRICA
https://www.youtube.com/watch?v=0aTN4QtXuMo

16/08/2023
ENERGÍA ELÉCTRICA “E”
En FÍSICA: Capacidad que tiene la materia de
producir trabajo en forma de movimiento, luz,
calor, etc. Ejemplo; "energía atómica o nuclear“,
“Energía Eléctricas y otros
En tecnología y economía, «energía» se refiere a
un recurso natural.
Otras disciplina: Capacidad y fuerza para actuar
física o mentalmente.
"desde que he comenzado a comer más sano, me
siento lleno de energía"
El término energía tiene diversas acepciones y definiciones,
relacionadas con la idea de una capacidad para obrar,
surgir, transformar o poner en movimiento.

16/08/2023
POTENCIA ELÉCTRICA “P”
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía.
También se puede definir Potencia como la energía
desarrollada o consumida en una unidad de tiempo,
expresada en la fórmula
Se lee: Potencia es igual a la energía
dividido por el tiempo
Si la unidad de potencia (P) es el watt (W), en
honor de Santiago Watt, la energía (E) se
expresa en julios (J) y el tiempo (t) lo
expresamos en segundos, tenemos que:

16/08/2023
La forma más simple de calcular la potencia que consume una carga
activa o resistiva conectada a un circuito eléctrico es multiplicando el
valor de la tensión en volt (V) aplicada por el valor de la intensidad
(I) de la corriente que lo recorre, expresada en amper. Para realizar
ese cálculo matemático se utiliza la siguiente fórmula:
P = U.I
Donde:
P = Potencia en watts
U = Diferencia de potncial eléctrico o tensión eléctrica en voltios
I = Intensidad de corriente eléctrica en amperios
CÁLCULO DE LA POTENCIA ACTIVA
(RESISTIVA)

A) Subestación de Potencia
Es el conjunto de equipos eléctricos que unen varios circuitos, proporcionando funciones de maniobra,
protección y supervisión.

B) ¿Qué es el Patio de Llaves?
Conjunto de equipos de la subestación que manejan un mismo nivel de tensión. Por ejemplo, patio a 220
kV, patio a 500 kV, patio a 138 kV.

C) ¿Qué es un Edificio de Control?
Edificación donde se ubican los gabinetes en los cuales disponen los equipos de control, medida y
protección, además de los dispositivos para maniobrar los diferentes equipos de subestación.

D) ¿Qué es la caseta de relés?
Pequeña edificación opcional para instalar equipos de protección y realizar agrupamiento de señales de
medición y de control.

• Las subestaciones de potencia son parte integral de un sistema eléctrico y
forman eslabones importantes entre las centrales de generación, los
sistemas de transmisión, los sistemas de distribución y las cargas o
usuarios.
• En una subestación, cada circuito tiene un cierto número de componentes
eléctricos, tales como: interruptores, seccionadores, transformadores, etc.,
todos estos componentes están conectados en una secuencia definitiva. La
omisión de algún componente o la conexión equivocada puede provocar
daños severos.

Una subestación tiene las siguientes partes:
• Área de equipo primario (área para transformadores de potencia, transformadores de
instrumento, interruptores, seccionadores, pararrayos, etc.)
• Caseta o cuarto de control
• Área o caseta (puede ser la misma de control) para sistemas los sistemas auxiliares.
I. ELEMENTOS DE UNA SUBESTACIÓN

1) TRANSFORMADOR DE POTENCIA
Los transformadores de potencia son necesarios para elevar o reducir niveles de voltaje de corriente
alterna. La potencia de los transformadores se expresa en KVA en los muy grandes en MVA y se cubre un
amplio rango (5 kVA a 650 MVA). Los transformadores muy grandes (250 MVA a 65 MVA) se instalan
en las centrales eléctricas.

2) DESCONECTADORES O SECCIONADORES
Su propósito es la de abrir el circuito eléctrico de la instalación y aislar completamente ciertos
componentes del resto de la instalación. En la mayoría de los casos se trabaja sin carga.

2.1) SECCIONADOR DE APERTURA CENTRAL
 Tiene solo dos columnas de aislamiento por fase
 Requieren mayor espaciamiento de fases debido a la
apertura lateral
 Se utilizan normalmente en tensiones hasta 220 kV

2.1) SECCIONADOR DE APERTURA CENTRAL
https://www.youtube.com/watch?v=s8XaGF5JsN4

2.2) SECCIONADOR DE APERTURA VERTICAL
 Ofrecen la posibilidad de un espaciamiento mínimo entre
fases.
 Se requiere una altura de campo superior

2.2) SECCIONADOR DE APERTURA VERTICAL
https://www.youtube.com/watch?v=WBTvGqRA4_0

2.3) SECCIONADOR DE ROTACIÓN CENTRAL
 Tiene tres columnas por cada fase
 Permiten un menor espaciamiento entre fases que los de
apertura lateral

TIPO PANTÓGRAFO O
2.4) SECCIONADOR
SEMIPANTÓGRAFO
 La distancia entre fases puede ser mínima
 El espacio a lo largo es reducido
 Se utilizan en extra alta tensión – 500 kV, sin embargo, en
algunos casos especiales se utilizan en tensiones menores
para facilitar la disposición física de los equipos

TIPO PANTÓGRAFO O
2.4) SECCIONADOR
SEMIPANTÓGRAFO
https://www.youtube.com/watch?v=Oga2UNdhhuA

3) CONMUTADORES DE PUESTA A TIERRA
Proveen una conexión segura y confiable para desactivar los componentes del sistema. Previenen de un
posible peligro a la hora del proceso de carga.

4) TRANSFORMADORES DE CORRIENTE Y DE VOLTAJE
Los transformadores de corriente se usan para reducir la corriente alterna de valores elevados a valores
bajos (5A ó 1A) para alimentar instrumentos de medición, protección y control

4.1) TRANSFORMADOR DE CORRIENTE
Precisión
Ejemplo: CT 5P10 proporciona una precisión del 5 % para 10 veces la corriente nominal cuando en
el secundario se tiene la carga nominal

Los transformadores de voltaje se usan para reducir el voltaje de valores elevados a valores bajos (120V
ó 115V) para medición, protección y control. Aíslan los circuitos de medida y protección de las altas
tensiones.
4.1) TRANSFORMADOR DE VOLTAJE

5) INTERRUPTORES DE CIRCUITO
Es el interruptor de alto voltaje que activa o desactiva cada una de las líneas eléctricas. Su función es la
conexión y desconexión automática durante condiciones de operación normales o anormales
(cortocircuito).

5) INTERRUPTORES DE CIRCUITO
Tipos de Interruptores
Mecanismos de operación: Métodos usados para almacenar la energía de operación:
 Neumáticos: Energía en forma de aire comprimido, requiere de compresores.
 Hidráulicos: Energía en forma de aceite a presión, requiere de bombas.
 Resortes: Energía en resortes, requiere de motores para la carga de dichos resortes

6) DESCARGADOR DE SOBRETENSIONES
Suelen encontrarse al final de cada línea o cable. Sirven para limitar subidas de tensión inesperadas, que no
suelen estar en los rangos normales, de esta manera, si mantenemos el voltaje en unos niveles controlados,
la subestación puede ser protegida sin necesidad de interrumpir el suministro eléctrico.

7) BARRAS COLECTORAS
Son la columna vertebral de las subestaciones eléctricas, conecta y se encarga de la transmisión de la
energía eléctrica a través de las diferentes secciones de la instalación.

8) PARARRAYOS
Es un componente esencial dentro de la instalación eléctrica, sirve para conducir de forma controlada e
inteligente la electricidad que descarga un rayo cuando golpea en la superficie.

9) PORTAL
Es la estructura mecánica que soporta de manera estable y de forma aislada las líneas y los elementos de la
subestación eléctrica que quedan suspendido en el aire

10) EDIFICIO DE OPERACIONES
Es el edificio donde se realiza el control de los sistemas, las comunicaciones y el almacén de los elementos
y repuestos eléctricos.

II. CLASIFICACIÓN DE SUBESTACIONES
Según la Dirección General de Electricidad (DGE), las subestaciones las
podemos clasificar:
A. Por su función
B. Por su ubicación en el sistema eléctrico
C. Por su forma de instalación.
D. Por su tecnología

 Subestación de transformación
Es aquella subestación equipada con transformadores y elementos de control,
maniobra y protección, tanto en el lado primario como en el secundario, para
la transformación de una tensión nominal a otra
A) Según su Función
🠶 La tensión primaria de los transformadores
sueles estar entre 3 y 36 kV. Mientras que
la tensión secundaria de los
transformadores está condicionada por la
tensión de línea de trasporte (60, 138, 220
ó 500 kV)

A) Según su Función
 Subestación de Seccionamiento
Es aquella subestación equipada con dispositivos de protección, maniobra y
eventualmente control para la conexión y desconexión de circuitos.

B) Según su ubicación en el sistema eléctrico

 Subestación Elevadora
Es una subestación de un sistema de generación, para elevar la tensión de salida del
generador y alimentar a un sistema de transmisión o distribución
La razón técnica que explica por qué el transporte y la
distribución en energía eléctrica se realizan a tensiones elevadas
es la siguiente:
Las pérdidas de potencia que se producen en un conductor por
el que circula una corriente eléctrica, debido al Efecto Joule, son
directamente proporcionales al valor de esta ( P=I^2*R).

 Subestación intermedia de
transformación
Es una subestación de transformación
ubicada en un tramo intermedio de
un sistema o sub-sistema. Puede ser
de transmisión, sub-transmisión o
distribución.
 Subestación final de
transformación
Subestación de transformación
ubicada al final de un sistema o sub-
sistema. Puede ser de generación,
transmisión, sub-transmisión o
distribución.
De acuerdo al Código Nacional de Electricidad
(Suministro 2011 – 017A) las tensiones en Perú
recomendadas son:
 Baja Tensión: 380/220 V ; 440/220 V
 Media Tensión: 20 kV; 22.9 kV; 33 kV;
22.9/13.2 kV; 33/19 kV
 Alta Tensión: 60 kV; 138 kV; 220 kV
 MuyAlta Tensión: 500 kV

 Subestación de transmisión
Conjunto de instalaciones para transmisión y/o seccionamiento de la energía
eléctrica, que la recibe de una línea de transmisión y la entrega a un sub-sistema de
sub-transmisión, a un sub-sistema de distribución primaria, a otra línea de
transmisión o a usuarios.

Subestación de sub-transmisión
Conjunto de instalaciones para transmisión y/o seccionamiento de la energía eléctrica, que la recibe de
una línea de sub-transmisión y la entrega a un sub-sistema de distribución primaria, a otra línea de
transmisión o a usuarios alimentados a tensiones de sub-transmisión o de distribución primaria.
Comprende generalmente el transformador de potencia y los equipos de maniobra, protección y control,
tanto en el lado primario como en el secundario, y eventuales edificaciones para albergarlos.
Subestación de distribución
Conjunto de instalaciones para transmisión y/o seccionamiento de la energía eléctrica, que la recibe de
una red de distribución primaria y la entrega a un sub-sistema de distribución secundaria, instalaciones
de alumbrado público, a otra red de distribución primaria, o a usuarios alimentados a tensiones de
distribución primaria o secundaria. Comprende generalmente el transformador de potencia y los equipos
de maniobra, protección y control, tanto en el lado primario como en el secundario, y eventuales
edificaciones para albergarlos.

C) Por su forma de instalación
 Interior
Los equipos de la subestación son predominantemente de tipo interior y están instalados en una
edificación apropiada, en la que se ha previsto pasadizos y espacios de trabajo.

 Intemperie
Los equipos de la subestación son predominantemente de tipo exterior. Parte de los equipos pueden ser
instalados al interior de una edificación propia. Están dentro de un cerco a nivel del piso, en el que se ha
previsto pasadizos y espacios de trabajo.

 Aérea
Es aquella subestación de distribución cuyo equipamiento es del tipo exterior (a la
intemperie) y esta instalado sobre el nivel del piso en uno o dos soportes. Si la
subestación aérea está soportada en un poste (generalmente de concreto armado
pretensado) es tipo monoposte y si está soportado por 2 postes unidos entre sí por una
plataforma en la que se asienta el transformador es tipo biposte)

 Compacta Subterránea
Transformador compacto con los dispositivos de maniobra y protección incorporados, instalados en una
bóveda subterránea. Los tableros de distribución y de control se encuentran en un murete a nivel del piso

 Compacta pedestal
Transformador compacto con los dispositivos de maniobra y protección
incorporados, instalados sobre una base de concreto a nivel de piso, en la que se ha
previsto un área circundante para maniobras y trabajo.

 Al interior de edificios
La subestación es instalada en un ambiente apropiado que forma parte de un edificio, el cual puede ser
usado para otros propósitos.

D) Por su tecnología: Subestación GIS
La subestación encapsulada en SF6 (GIS – Gas Insulated Switchgear). es el conjunto
de dispositivos y aparatos eléctricos inmersos en el gas dieléctrico Hexafluoruro de
Azufre (SF6), blindados en envolventes de aleación de aluminio. En su interior, los
compartimientos se unen y colindan por medio de dispositivos barrera. La principal
función de una GIS es conmutar, separar, transformar, medir, repartir y distribuir la
energía eléctrica en los sistemas de potencia.

Hoy
ciudades
en día las grandes
tienen
requerimientos eléctricos
superiores y el espacio juega
un papel importante, por lo
que las subestaciones
encapsuladas en gas SF6 se
solución por
convierten en la mejor
sus
características de área,
volumen y funcionalidad

AIS (Air Insulated Substation) VS GIS (Gas Insulated Substation)
https://electrical-engineering-portal.com/gas-insulated-substation-gis-vs-ais

D) Por su tecnología: Subestación Digital

Ventajas
 Las diversas funciones de una subestación
pueden compartir la misma plataforma de
información, evitando repetición de equipos.
 Las redes de comunicación reemplazan
complicados cableados de control
 Mejora de la precisión en la medida
 Mejora de la fiabilidad de la transmisión de
señal
 Incrementar la automatización y el nivel de
gestión.
Desventajas
 Costos elevados
 Cyber seguridad alta
 Personal calificado para atender la
subestación
D) Por su tecnología: Subestación Digital

https://energiminas.com/abb-se-adjudico-la-primera-subestacion-digital-en-peru/

Problema 1: Se tiene un transformador de distribución, que en condiciones normales de
operación alimenta las siguientes cargas:
Criterios para la estimación de la Demanda en una Subestación
CARGA DEMANDA KVA CARGA INSTALADA KVA
A 9 15
B 14 20
C 8 12
D 22 25

Se desea calcular:
1.- Carga Pico
2.- Carga Promedio
3.- Factor de Carga
4.- Demanda Máxima
5.- Factor de Demanda
6.- Factor de Diversidad
7.- Factor de Coincidencia

1.- Carga Pico (CP)
Es la máxima carga instalada, ya sea en un máximo instantáneo o en un
máximo promedio.
𝑖
CP= ∑𝑛 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎
CP= 15 + 20 + 12 + 25 = 72 𝑘𝑉𝐴

2.- Carga Promedio (CProm)
Es la carga promedio en un periodo de tiempo, que puede ser un día, una
semana, un mes o un año.
CProm=
𝐶𝑃
#𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎
𝑠
CProm=
4
72
= 18 kVA

3.- Factor de Carga (FC)
Es una medida de la tasa de carga instalada
FC=
𝐶𝑃𝑟𝑜𝑚
𝐶𝑃
72
FC= 18
= 0.25
¿Qué significa?
El transformador trabajará al 25 %
de su capacidad en condiciones de
carga instalada

4.- Demanda Máxima(DM)
Es la carga real utilizada durante un periodo de tiempo; usualmente se expresa
en kW o kVA.
𝑖
DM= ∑𝑛 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠
DM= 9 + 14 + 8 + 22 = 53 𝑘𝑉𝐴
También se puede calcular como:
DM= 𝐹𝐷𝑥𝐶𝑃

5.- Factor de Demanda (FD)
Es una medida de la tasa de utilización de la energía eléctrica.
FD=
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑
𝑎
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑑𝑎
¿Qué significa?
Para la carga D, se encuentra
trabajando al 88 % de su carga total
9
𝐹𝐷𝐴 =
15
= 0.60
𝐵
20
14
𝐹𝐷 = = 0.70
8
𝐹𝐷𝐶 =
12
= 0.67
22
𝐹𝐷𝐷 =
25
= 0.88

6.- Factor de Diversidad (Fd)
Es un indicador que mide que tan diversas son las cargas en un sistema.
Fd=
𝑆𝑢𝑚𝑎 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎𝑠 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑠 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝑒𝑠
𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑀á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙
Para nuestro ejemplo el resultado sería 1; por lo que supondremos un factor de
demanda global de 0.70, entonces:
DM= 𝐹𝐷𝑥𝐶𝑃
DM= 0.70𝑥(15 + 20 + 12 + 25)
DM= 50.4 𝑘𝑉𝐴
Fd=
9+14+8+22
50.4
Fd= 1.0515

7.- Factor de Coincidencia (Fc)
Es un indicador que mide que las demandas coincidan en cualquier periodo
del día
Fc=
1
𝐹𝑑
Fc=
1
1.0515
Fc= 0.9510

Criterios para la estimación de la Demanda en una Subestación
Problema 2: Un sistema de distribución alimenta un fraccionamiento que tiene cargas
residenciales, comerciales y de iluminación pública, además de abastecer las necesidades de
una pequeña zona industrial. El alimentador es subterráneo y tiene una capacidad nominal de
7.5 MVA. La potencia demandada por la red (Tabla A) y las cargas instaladas totales (tabla
B) se dan en los cuadros siguientes.
Con los datos de la tablaAdetermine los siguientes puntos,
1.- Total de carga en KVA
2.- Realice las gráficas individuales y la gráfica total

Tabla A: Cuadro de cargas (KVA) y duración (hrs)
Horas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Residencial
am 280 280 280 350 400 450 600 950 950 800 700 700
pm 500 500 500 700 700 800 1000 1200 1200 800 350 300
Comercial
am 350 350 350 350 350 500 500 700 700 1100 1100 1100
pm 1150 1150 900 900 900 900 1300 1300 1300 1300 400 400
Iluminación
am 50 50 50 50 50 50 --- --- --- --- --- ---
pm --- --- --- --- --- --- 50 50 50 50 50 50
Industrial
am 400 400 400 400 600 700 1550 1600 1600 1400 1500 1500
pm 1550 1550 1300 1300 800 800 800 1000 500 500 400 400

Tabla B: Cuadra de carga instalada
Tipo de Carga Carga KW Factor de Potencia
Residencial 1800 0.95
Comercial 1600 0.85
Iluminación 50 1.0
Industrial 2300 0.84

3.- Determine las demandas máximas individuales y el total
4.- Calcule el factor de demanda de cada carga y el total
5.- Calcule el factor de utilización del alimentador
6.- Encuentre el factor de carga de cada sector y el total
7.- Calcule el factor de coincidencia del alimentador
8.- Calcule el factor de pérdidas de cada carga y el total

Solución
1. El cuadro siguiente muestra las cargas totales en las 24 horas del día. Estos
valores se encontraron a partir de sumar las cargas residenciales, comerciales,
iluminación pública y demanda industrial coincidentes en cada hora.
Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Carga 1080 1080 1080 1150 1400 1700 2650 3250 3250 3300 3300 3300
Hora 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Carga 3200 3200 2700 2900 2400 2500 3150 3550 3050 2650 1200 1150

2. Gráficas – Cargas Totales

2. Gráficas – Demanda Industrial

2. Gráficas – Demanda Comercial

2. Gráficas – Demanda Residencial

3.- Las demandas máximas son:
Tipo de Carga Demanda Máxima
Residencial 1200 KVA
Comercial 1300 KVA
Iluminación 50 W
Industrial 1600 KVA
Demanda Total 3550 KVA
4.- Los factores de demanda:
Tipo de Carga Factor de Máxima
Residencial 1200/1800 = 0.666
Comercial 1300/1600 = 0.81
Iluminación 50/50 = 1
Industrial 1600/2300 = 0.69
Demanda Total 3550/5750 = 0.61

5.- Factor de utilización del alimentador
6.- Los factores de carga son:
Tipo de Carga Factor de Carga
Residencial 637.083/1200 = 0.53
Comercial 806.25/1300 = 0.62
Iluminación 25/50 = 0.5
Industrial 956.25/2300 = 0.42
Demanda Total 2424.58/3550 = 0.68
7500
Fu= 3550
= 0.47

http://www2.osinergmin.gob.pe/ProcReg/Transmision/2003/pdf/sesuroeste/vol1/p5.pdf
7.- Factor de coincidencia del alimentador
Tipo de Carga Factor de Pérdidas
Residencial 0.356
Comercial 0.455
Iluminación 0.325
Industrial 0.249
Demanda Total 0.527
Fco=
3550
1200+1300+50+1600
= 0.855
8.- Los factores de pérdidas se calculan:
𝐹𝑝 = 0.3𝐹𝑐 + 0.7𝐹𝑐2
*

Al final de la sesión, el estudiante conoce y describe los elementos,
clasificación y tipos de las Subestaciones de Potencia trabajando el material
de clase (ppt, vídeos y ejercicios) a fin de poner estos conocimientos en
práctica en su ámbito laboral.

https://docplayer.es/15177097-Subestaciones-de-
distribucion-ing-lennart-rojas-bravo.html
http://www.sectorelectricidad.com/23555/como-
funciona-una-subestacion-electrica/
http://www.laenergiadelcambio.com/subestaciones-
electricas-tipos-funcionalidades/
https://es.slideshare.net/JHONMRJHON/subestaciones
-36088861

S01.s1 - Material.pptx

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a S01.s1 - Material.pptx

Similar a S01.s1 - Material.pptx (20)

Último

Último (20)

S01.s1 - Material.pptx