Descripción de las Redes Eléctricas (pendiente)

5/8/2018 Descripción de las Redes Eléctricas (pendiente) - slidepdf.com

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Capítulos ::

• Capítulo Uno - Introducción a las Redes Eléctricas

• Capítulo Dos - Descripción de las Redes Eléctricas

• Capítulo Tres - Elementos de Redes Eléctricas

• Capítulo Cuatro - Modelamiento de elementos de Redes Eléctricas

• Capítulo Cinco - Parámetros de diseño de Redes Eléctricas

• Capítulo Seis - Mantenimiento en Redes Eléctricas

Capítulo Uno- Introducción a las Redes Eléctricas -

El objetivo de este capítulo es dar una introducción sobre los sistemas eléctricos en el mundo,haciendo énfasis en el sistema Colombiano, su topología, características, niveles de tensión yoperación.

1. Introducción

1.1. Historia de las Redes Eléctricas.---- 1.1.1. En el mundo.---- 1.1.2. En Colombia.

1.2. Sistema Eléctrico colombiano.---- 1.2.1. Niveles de tensión.---- 1.2.2. Características.---- 1.2.3. Topología.---- 1.2.4. Regulación y operación.

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Niveles de tensión

Antes que el usuario final haga uso de la energía eléctrica en un lugar determinado (hogar,industria y/o comercio), esta ha tenido un proceso de transformación en su nivel de tensión.Dicho proceso está dividido en varias etapas, desde la generación hasta el consumo final.

Generación.

El nivel de tensión en Colombia para la etapa de generación es de 13,8kV. Este voltaje esrelativamente bajo si se compara con los utilizados en el proceso de transmisión debido aque a mayor tensión mayor debe ser el aislamiento utilizado y esto elevaría los costos ydimensiones de las máquinas.

Transmisión.

La transmisión de energía eléctrica en Colombia se realiza en niveles de 230 y 500KV. Estosvalores son elevados debido al factor distancia existente entre los puntos de generación yconsumo. Recordemos la ley de Joule, que expone el aumento de temperatura que sufre unconductor cuando una corriente eléctrica circula a través de él. La formula que describeeste comportamiento es W = R * I^2 * t donde W es Energía calorífica y su unidad es Julios, Res Resistencia y su unidad es Ohmios, I es Intensidad de corriente y su unidad es Amperios, yt es Tiempo y esta dado en segundos. Debido a ello se pretende transmitir energía eléctricacon tensiones muy elevadas para reducir de esta manera las pérdidas en las líneas detransmisión.

Subtransmisión.

En el proceso de transmisión existen puntos en los cuales pueden ser disminuidos los nivelesde tensión. Estos puntos son denominados subtransmisión, los cuales permiten laalimentación de centros de consumo que demanden cargas menores o industrias querequieran de un alto consumo de energía eléctrica. Los niveles de subtransmisión enColombia son las tensiones superiores a 57,5kV y menores a 220kV, es decir: 66kV, 110kV,115kV y 138kV.

Distribución.

Debido a que los niveles de tensión requeridos en instalaciones residenciales, comerciales eindustriales son relativamente bajos en comparación a los utilizados en transmisión, esnecesario disminuir los valores de tensión de subtransmisión a través de transformadores dedistribución. Estos transformadores no deben ser alimentados con tensiones muy altasdebido a que esto aumentaría el nivel de aislamiento y por ende el costo del transformador.

Los niveles de tensión utilizados por los usuarios finales son: 0,208/0,120kV, 0,220/0,127kVó0,440/0,266kV.



Topología

SISTEMA ENMALLADO ::.

En un sistema enmallado las cargas siempre estarán alimentadas, sin importar que en una delas líneas de interconexión ocurra alguna falla, debido a los múltiples caminos que tiene lacorriente eléctrica para circular, por esta razón este sistema brinda una alta confiabilidad.



Figura 1.2.1. Red Emallada

SISTEMA RADIAL ::.

En el sistema radial la corriente eléctrica, al contrario que en el sistema enmallado circulaen una sola dirección, lo que ofrece un control sencillo del flujo ya que es realizadoexclusivamente del centro de alimentación.

Figura 1.2.2. Red Radial



Descripción de las Redes Eléctricas -

El objetivo de este capitulo es realizar una descripción general sobre los principales componentesde las redes eléctricas: Centrales de generación, líneas de transmisión, líneas de distribución,subestaciones de potencia y subestaciones de distribución.

2. Introducción

2.1. Centrales de Generación.---- 2.1.1. Tipos de centrales.---- 2.1.2. Características y utilización.

2.2. Líneas de transmisión.---- 2.2.1. Transmisión en A.C. y en D.C.---- 2.2.2. Niveles de tensión.---- 2.2.3. Topologías de construcción.

---- 2.2.4. Tipos de estructuras.

2.3. Redes de distribución.---- 2.3.1. Niveles de tensión.---- 2.3.2. Topologías de construcción.---- 2.3.3. Tipos de estructuras.

2.4. Subestaciones de potencia.---- 2.4.1. Función.---- 2.4.2. Tipos de subestaciones.



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---- 2.4.3. Equipos de las subestaciones.---- 2.4.4. Topologías de subestaciones (barrajes).---- 2.4.5. Operación de subestaciones.

2.5. Subestaciones de distribución.---- 2.5.1. Tipos de subestaciones.---- 2.5.2. Equipos de las subestaciones.---- 2.5.3. Selección de subestaciones.

Tipos de Centrales

El proceso de generación de energía eléctrica se basa en la transformación de un tipo de energía(química, mecánica, térmica, luminosa) en energía eléctrica. Para dicho proceso de

transformación de energía, se acude a las llamadas centrales eléctricas de generación;Dependiendo de la fuente principal de energía utilizada las centrales generadoras pueden ser:Hidráulicas, térmicas, nucleares, alternativas (eólicas, solares, geotérmicas o de biomasa).

• Centrales Hidráulicas• Centrales Térmoeléctricas

• Centrales Nucleares

• Alternativas

• Principales Plantas de Generación de Energía Eléctrica - Colombia -

Tipos de CentralesCentrales Hidráulicas

Las centrales hidroeléctricas, son aquellas en las que se hace una transformación constante de laenergía potencial del agua en energía cinética, cuando esta es puesta en movimiento a través decanales que la dirigen hacia la turbina, en la cual esta energía se transforma en mecánica debido

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al movimiento que se produce en las aspas, dicha turbina a su vez, se encuentra acoplada al ejede un generador en el cual la energía mecánica finalmente es convertida en energía eléctrica.

Las centrales hidroeléctricas presentan varias ventajas frente a los demás tipos de centrales,entre las cuales se pueden mencionar su construcción duradera, su fuente renovable, la pocacontaminación ambiental que produce, el bajo costo de generación y mantenimiento, así como la

rapidez de la puesta en marcha y paro de la turbina hidráulica.

De la misma manera también presenta desventajas como el largo tiempo de construcción, el altocosto de esta y la tardanza en la recaudación de la inversión, así como la imprevisibilidad de lasprecipitaciones y la construcción de un sistema de transmisión debido a la ubicación geográficade los embalses lo cual aumenta las pérdidas de energía y causa Impacto ambiental en losecosistemas.

TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS :.

Central de pasada: Es el tipo de hidroeléctrica en la que no se tiene una presa de acumulación de agua, esta fluyepor el caudal del río hasta la turbina, y al pasar por ella sigue su camino; en ocasiones se realiza

una pequeña represa para que el agua no se pierda por rebosamiento.

Figura 2.1.1. Central de Pasada

Central hidroeléctrica con embalse:En este tipo de central se cuenta con una o varias represas, las cuales permiten una acumulación

de agua para formar lagos artificiales, este tipo de central requiere la construcción de grandesbarreras de concreto u hormigón, por lo tanto, para su implementación es necesaria la inversiónde grandes cantidades de dinero en comparación con la central de pasada, pero tiene la ventajaque se puede contar con agua para generar durante todo el año, aunque el río que suministra elagua a la presa se seque.



Figura 2.1.2. Central con Embalse

Centrales de bombeo:Esta cuenta con dos tipos de embalse, uno superior y uno inferior, el superior se utiliza como losdemás embalses, el agua se deja caer para permitir el movimiento de la turbina, en el momentoen que la demanda disminuye se utiliza una moto bomba para hacer que el agua que ha caído alembalse inferior sea llevada al superior para que nuevamente se realice el ciclo productivo.

PARTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA :.

Figura 2.1.3. Partes de una central Hidraúlica

La Presa:Es el lugar en el cual el agua es retenida y almacenada para su posterior utilización, en estasconstrucciones se tienen diferentes niveles, uno básico y uno de contención o nivel mínimo paragenerar energía eléctrica.Las presas se pueden clasificar según el material en que fueron construidas, presas de tierra o



piedra y en presas de hormigón, de estas ultimas las más comunes son las de gravedad, bóveda ycontrafuertes.

Presas de tierra o piedra:Este tipo de presas son muy usadas para contener agua, están construidas en materiales naturalescon poca transformación como arcilla, arena, grava o roca, debido a que los materiales no son

muy estables es necesario que la anchura de la presa corresponda a cuatro o siete veces sualtura.

Presas de hormigón:Reciben este nombre debido al material en que son construidas.

Presas de Gravedad:Este tipo de presa es muy duradera y no necesita demasiado mantenimiento, la seguridad de estapresa radica en su peso el cual contrarresta el momento de vuelco producido por elalmacenamiento de agua, son de forma triangular, su base es ancha y se va reduciendo hacia laparte superior, el lado que esta hacia el embalse es casi vertical y cuando la altura es superior a20 metros se construye sobre roca por la resistencia del terreno.

Figura 2.1.4. Partes de una central Hidraúlica

Presas de Bóveda:Este tipo de presa es utilizado en espacios pequeños, el lado que se encuentra hacia el embalsees en forma de arco con el propósito de distribuir la carga hacia los extremos de la presa, para suconstrucción se utiliza menor cantidad de hormigón que en las de gravedad.



Figura 2.1.5. Presa de Bóveda

Presas de Contrafuerte:Estas presas constan de una pared inclinada que resiste el agua y unos soportes triangulares quela sostienen, los cuales transfieren la carga del agua a la base, estas presas utilizan menorcantidad de hormigón que las de gravedad, pero en su instalación necesitan refuerzos de acero.Son utilizadas en lugares en los que el terreno es poco estable.



Figura 2.1.6. Presa de Bóveda

Los Aliviaderos:Son los elementos que tienen las presas para liberar parte del agua cuando esta sobrepasa elnivel básico, los aliviaderos se pueden encontrar en la parte superior o inferior de la paredprincipal de la presa, en ambos casos cuenta con compuertas de acero móviles que se accionanen el momento que el agua sobrepase el nivel permitido, una vez el agua a salido se deja caer enuna cuenca para prevenir daños en el entorno.

Tomas de Agua:Es una tubería que se instala en la pared anterior de la presa, es la encargada de llevar el agua ala casa de maquinas, esta tubería dispone de una serie de compuertas que regulan el flujo deagua y unas rejillas que previenen el paso de ramas o elementos que puedan causar daños a laturbina.

Chimenea:Es un pozo vertical que se encuentra cercano a las turbinas, es la encargada de brindar unacompensación en la presión que deben soportar las tomas de agua en el momento en que la cargadel generador aumenta o disminuye. En el caso en que la carga del generador disminuya el aguaencuentra menor resistencia en la chimenea y subirá por esta; en caso contrario el agua que seencuentra en la chimenea bajará a las tomas aumentando la presión.

Casa de Máquinas:Construcción en la cual se ubican el generador, las turbinas, y elementos de regulación ycomando. Es por este lugar donde las tomas de agua hacen contacto con las aspas para mover laturbina y por consiguiente el rotor del generador, a la entrada de esta tubería se encuentran unascompuertas que se pueden cerrar para que no fluya agua hacia la casa de maquinas, en elmomento en que sea requerido la realización de alguna reparación o mantenimiento.



TURBINAS HIDRÁULICAS :.

La turbina es una maquina rotativa que convierte la energía de una caída de agua en energíamecánica, esta conformada por un rotor con aspas uniformemente distribuidas en su periferia, demanera que el agua produce una fuerza tangencial que impulsa el rotor y lo hace girar, este seencuentra acoplado por medio de un eje al generador.

Principalmente se habla de tres tipos de turbinas hidráulicas: Pelton, Francis, Kaplan

Turbina Pelton:La turbina pelton se encuentra ubicada en el interior de una tobera, posee aspas en su rotor enforma de cucharas, por medio de las cuales es impulsado el eje cuando el agua cae a presiónsobre ellas, para ser desviada sin choque y así ceder toda su energía cinética.En esta turbina el flujo de agua se controla abriendo y cerrando las boquillas eyectoras, por estascaracterísticas es utilizada en grandes saltos comprendidos entre 500 y 2000 metros con caudalespequeños.

Lleve el cursor sobre cada uno de los números, en laanimación, para ver el nombre de cada una de las

partes de la Turbina Pelton.

:: Animación 2.1.1.::

Turbina Francis:



La característica principal de esta turbina es el cambio de direccióndel agua en 90 grados de la salida con respecto a la entrada, lasaspas de este tipo de turbina son curvas y su rotor se encuentrarodeado de una corona la cual posee una cámara espiral o caracolque regula la entrada de agua.La turbina Francis es utilizada para saltos entre 30 y 500 metros concaudal entre 120 y 400 revoluciones por minuto.

::: Animación 2.1.2.::

Turbina Kaplan:

Estas turbinas son utilizadas cuando el agua cae por los elementosdel rotor, sus aspas son móviles para ajustarse a la carga del agua.Son muy útiles en saltos inferiores a 50 metros y caudalessuperiores a 300 rpm.

::: Animación 2.1.2a.::

DIAGRAMA DE SALTOS Y VELOCIDADES DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS ::

Pulse cada una de las turbinas :: Animación 2.1.3.::



para ver las características de la misma.

Generación Hidráulica en Colombia:

En el año 2004 el Sistema Interconectado Nacional presentó una generación de energía de48,571.52 GWh, de los cuales el 82.06% (39,856.34 GWh) corresponde a Generación Hidráulica.De este porcentaje vale la pena destacar la participación de las siguientes centraleshidroeléctricas: Guavio 16.1%, San Carlos 16.0%, Chivor 11.1%, Paraíso Guaca 8.7%, Guatapé 8.1%,Guatrón 6.6%, Betania 4.9%, Porce 2 4.4% y otros 24.2%

Figura 2.1.7. Participacón de las centrales hidráulicas en Colombia para el año 2004



Tipos de CentralesCentrales Termoeléctricas

El proceso de generación en las centrales termoeléctricas, se basa en la combustión de carbón,gas o fuel-oil por medio de quemadores para producir energía calorífica, la cual permite que elagua que circula por ductos ubicados al interior de la caldera, sea convertida en vapor a alta

presión.

Este vapor pasa a través de la turbina, cuyo cuerpo se encuentra dividido en tres zonasprincipales relacionadas con la presión: alta, media y baja.

El paso del vapor por la turbina ocasiona el movimiento de sus aspas, provocando el giro del ejeen el generador, el cual transforma esta energía mecánica en energía eléctrica.

Las centrales termoeléctricas presentan una gran ventaja al no depender de las condicionesclimáticas para el abastecimiento de su combustible; además de encontrarse en una etapa de

crecimiento tecnológico en el desarrollo de procesos que permitan obtener mayor cantidad deenergía a menor costo.

Sin embargo, este tipo de centrales presenta inconvenientes a nivel ambiental, ya que se generauna gran contaminación debido a la quema de los combustibles fósiles utilizados en las calderas,dichos combustibles son de origen natural y no renovables por lo cual se pueden presentarproblemas a largo plazo; otro inconveniente que se presenta es el almacenamiento y alto costoque acarrea el transporte de su combustible.

TIPOS DE CENTRALES :.

Las centrales termoeléctricas se pueden clasificar según el tipo de combustible que se utiliza enlas calderas:

Centrales de carbón: Estas utilizan como combustible para sus calderas el carbón, el cual debeser previamente triturado, para luego ser adicionado a la caldera.

Centrales de fuel-oil: Estas utilizan como combustible un derivado del petróleo, este debe sercalentado para que fluidifique, y así pueda ser inyectado a los quemadores especialmentediseñados para el manejo de este tipo de fluidos.



Central de gas: Estas utilizan como combustible gas natural, ellas disponen de un quemadorespecial para el manejo de este.

Centrales mixtas: En esta central, debido a la variedad de equipos que poseen pueden manejarcualquier tipo de combustible, fuel-oil, carbón o gas.

PARTES DE UNA CENTRAL TERMICA DE CARBON :.

Cinta Transportadora:Es un mecanismo automático que lleva el carbón desde el deposito hasta la tolva.

Tolva:La tolva es el primer recipiente que recibe el carbón para ser trasladado hacia el molino.

Molino:El molino es el lugar en el cual el carbón es triturado hasta llegar a un tamaño de veinte micras

para depositarlo posteriormente en la caldera.

Caldera:La caldera es el sitio en el cual el combustible es depositado para realizar su quema, para esteproceso es necesario la utilización de quemadores especiales según el tipo de combustible autilizar, carbón, fuel-oil, o gas.

En la caldera se efectúa un intercambio de calor a través de cientos de tubos metálicos por loscuales circula agua, que será convertida en vapor a alta presión cuando los quemadores eleven latemperatura al interior de la caldera, este vapor debe ser deshumificado para evitar erosión enlas aspas que pueda producir el golpe a gran velocidad de gotas de agua existentes en el vapor.

Precipitador:

El precipitador es el equipo ubicado en la base de la chimenea encargado de filtrar las partículasde los desechos de la combustión por medio de campos electrostáticos, para evitar lapropagación hacia la atmósfera.

Chimenea:La chimenea es el conducto a través del cual es evacuado el humo producido por la combustióndel carbón.



En esta animación se describe el proceso de Generación Térmica.Presione en cada una de las etapas para poder ver las partes

involucradas en la misma.


TURBINA :.

Las turbinas están conformadas por boquillas en las cuales circula el vapor a alta presión queviene de la caldera disminuyendo su temperatura; esta presión es llevada a las aspas que debensu movimiento a la velocidad adquirida por el vapor al pasar por las boquillas.

La turbina consta de tres cuerpos, de alta, media y baja presión, los cuales están condicionadosal tamaño de las aspas y diámetro del tambor donde a menor presión del vapor mayor longitud ydiámetro.

Las aspas se encuentran montadas sobre un tambor cuyo centro es atravesado por un eje que

conecta la turbina con el generador, los componentes de la turbina se encuentran recubiertos poruna carcaza encargada de mantener el vapor dentro de ella; además de estar provista desistemas de control y lubricación.

Tipos de Turbinas

Turbina De Acción: En esta turbina las boquillas se encuentran sujetas a la carcaza y dirigidashacia las aspas montadas sobre un tambor conectado al eje; las cuales al recibir el vapor enexpansión adquieren una parte de la energía cinética, lo que produce el movimiento de estas



junto con el eje.Esta turbina permite el aprovechamiento de la expansión del vapor en su totalidad, pues extraede él la mayor parte de su energía interna.

Turbina De Reacción: Este tipo de turbina utiliza la aceleración del vapor, mediante dos tipos deaspas, unas fijas y unas móviles, donde la unión de un par de estas actúa como boquilla pordonde pasa el vapor mientras se expande. Una gran diferencia con las turbinas de acción es eltambor, pues en este caso funciona como eje.

Condensador:En el condensador se realiza un intercambio de temperatura del vapor que viene de la turbina, elcual pasa por tubos que se encuentran sumergidos en agua fría, convirtiéndolo en agua que seráinyectada nuevamente a la caldera.

Calentador:Es el punto en el cual el agua que sale del condensador es precalentada para ser enviada a lacaldera.

Torre de Refrigeración:

La torre de refrigeración esta compuesta por unas rejillas que pulverizan el agua caliente queproviene del condensador; a medida que el agua choca con estas rejillas es convertida enpequeñas gotas. Por la torre circula en forma ascendente una corriente continua de aire frió queproduce la disminución de temperatura en las gotas de agua.De esta manera el agua con una menor temperatura es enviada a los condensadores por medio deun ciclo cerrado reiniciando el proceso. Cuando se maneja ciclo abierto el agua que proviene dela torre de refrigeración es depositada a un río o al mar.

Generador:El generador es el que efectúa la transformación de energía mecánica en eléctrica.

CICLOS DE UNA CENTRAL TÉRMICA :.

Ciclo Abierto:Para el proceso de producción de energía eléctrica en este ciclo, interfieren los siguienteselementos; CALDERA la cual quema el combustible para convertir el agua que circula por losductos en vapor a alta presión que es enviado a la TURBINA generando movimiento en ella y a lavez en el generador al que se encuentra acoplado, el vapor proveniente de la turbina essuministrado al CONDENSADOR el cual lo enfría para ser enviado al medio ambiente.



Figura 2.1.8. Ciclo Abierto en una Central Térmica

Ciclo Cerrado:En el ciclo cerrado intervienen los mismos elementos del ciclo abierto, solo que el aguaresultante de la condensación es enviada a la caldera para iniciar de nuevo el proceso.

Figura 2.1.9. Ciclo Cerrado en una Central Térmica



Ciclo Combinado:Este ciclo es llevado a cabo mediante la utilización de dos tipos de turbina, la primera es unaturbina de gas impulsada por gas natural o fuel oil, produciendo el movimiento de un generador yasí la producción de energía eléctrica, por otro lado los gases emitidos por esta turbina sonutilizados en la caldera para calentar agua y convertirla en vapor que será enviado a una turbinade vapor para hacerla girar junto con el generador acoplado a ella, una vez el vapor atraviesa laturbina es conducido a un condensador que lo transforma en agua para ser llevada a la caldera yreanudar el ciclo.

Figura 2.1.10. Ciclo Combinado en una Central Térmica

Tipos de CentralesCentrales Nucleares

Una central nuclear es una central termoeléctrica en la que se remplaza la caldera por un reactoren el cual se realiza fisión o fusión nuclear para producir calor y elevar la temperatura del aguaque se encuentra en su interior, el agua caliente circula por ductos hacia el generador de vapor yregresar al reactor con la ayuda de una bomba, en el generador de vapor se halla agua fríaproveniente del condensador, esta se transforma en vapor por la transferencia de calor queocurre entre dicha agua y la tubería con agua caliente que viene del reactor.El vapor producido en el proceso anterior es inyectado a la turbina, pasando por los tres cuerposde ella: alta media y baja presión, a medida que los atraviesa mueve las aspas y el eje acoplado

al generador de energía eléctrica.El vapor a baja presión que sale de la turbina es llevado al condensador donde es convertidonuevamente en agua para ser retornada al generador de vapor y así reanudar el ciclo.

Como los demás tipos de centrales de generación eléctrica las centrales nucleares presentanventajas y desventajas; un aspecto importante en este tipo de central es el alto nivel deseguridad que presenta lo que hace que el riesgo de un accidente sea mínimo. Vale la penadestacar que debido al proceso al que es sometido el combustible, en caso de accidente las

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consecuencias serían muy graves, ya que la radioactividad puede provocar diferentes tipos decáncer o la muerte.

El combustible utilizado en las centrales nucleares es un recurso limitado y sus residuos son muydifíciles y costosos de tratar.Las centrales nucleares presentan menor grado de contaminación atmosférica que otras centrales

térmicas, al igual que la utilización de menor cantidad de combustible para producir la mismacantidad de energía eléctrica.

Partes de una Central Nuclear:: Animación 2.1.7.::

PARTES DE UNA CENTRAL NUCLEAR :.

Las centrales nucleares se dividen en tres circuitos, cada uno con una función especifica en elproceso de generación eléctrica:

CIRCUITO PRIMARIO

En este circuito se convierte el agua en vapor para ser inyectado en la turbina y está conformadopor los siguientes elementos: Reactor Nuclear, Presionador Generador de Vapor, Contencióny Edificio del Anillo Del Reactor .

Reactor nuclear:Es una instalación diseñada para llevar a cabo el proceso de fisión o fusión nuclear para generar

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energía calorífica y elevar la temperatura de agua almacenada en el, la cual será conducida algenerador de vapor. Está constituido por varios elementos que permiten mantener altos nivelesde seguridad para controlar los efectos radioactivos generados.

Los elementos que conforman un reactor nuclear son:

- Blindaje: Es la parte del reactor encargada de mantener dentro de él las radiaciones producidaspor el proceso de fisión o fusión; los materiales utilizados son agua, plomo u hormigón.

- Combustible: Es el material fisionable encargado de producir calor en el reactor para elproceso de generación eléctrica. El combustible más empleado como fuente de energía nucleares: uranio, plutonio, oxido de uranio. Estos elementos químicos son recursos no renovables.

- Elementos de Control: En la mayoría de reactores son barras encargadas de reducir la cantidadde neutrones libres para evitar sobrecalentamiento en el reactor.

- Moderador: Es el encargo de disminuir la velocidad de los neutrones producidos en la fisión,para continuar la interacción con otros átomos y seguir la reacción en cadena. Los elementosutilizados como moderadores son helio, agua, sodio metálico, grafito y agua pesada (moléculaformada de la unión de deuterio con oxigeno).

- Reflector: Es un elemento que disminuye la fuga de neutrones, manteniendo la reacción encadena; estos pueden ser uranio, agua, agua pesada, grafito.

- Refrigerante: Es el encargado de disipar el calor en exceso producido por el combustible paraevitar temperaturas que puedan afectar el buen funcionamiento del reactor, como refrigerantese pueden utilizar los siguientes elementos sodio metálico, agua, agua pesada, helio, anhídridocarbónico.

- Vainas: Son dispositivos que encierran el combustible para evitar la fuga de gases generados dela reacción en cadena, estos están construidos en aleaciones metálicas de zirconio o aluminio.

- Vasija: En ella se encuentra inmerso el reactor impidiendo la salida de material radioactivo, encaso de fisura en las vainas.

Tipos de reactor:

Los reactores se clasifican según la velocidad de los neutrones producidos por la fisión enReactores Rápidos Y Reactores Térmicos.

- Reactores Rápidos: Este tipo de reactor no utiliza moderador, por esta razón la velocidad delos neutrones no es controlada, emplea como combustible óxido de uranio o uranio y plutonio,

refrigerado normalmente en sodio, su característica principal es la producción de plutonio el cualse puede utilizar como combustible en reactores rápidos o en térmicos.

- Reactores Térmicos: Los reactores de esta clase se dividen según el tipo de combustible yrefrigerante utilizados en:Reactor de agua a presión (PWR): En este tipo de reactor se utiliza como refrigerante ymoderador agua ligera y como combustible el oxido de uranio; el refrigerante circula a unapresión que no permite que el agua alcance el punto de ebullición, y así ser enviada al generadorde vapor.Reactor de agua en ebullición (BWR): Este tipo de reactor utiliza elementos similares al (PWR),

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pero el refrigerante circula a menor presión lo que hace que el agua alcance el punto deebullición y parte de esta se convierta en vapor, este es procesado para minimizar la cantidad dehumedad que pueda contener y finalmente enviarlo a la turbina.Reactor de agua pesada (HWR): En esta clase de reactores el combustible utilizado es el uranio,se emplea agua pesada como moderador y el refrigerante puede ser agua pesada a presión o enebullición.Reactor de grafito-gas. Esta clase de reactores utilizan grafito como moderador y comorefrigerante dióxido de carbono, estos se dividen en dos tipos los (AGR) llamados avanzados engas que emplean el óxido de uranio como combustible y los (HTGR) reactores de alta temperaturaen los que el combustible es una mezcla de torio con uranio y el refrigerante utilizado es helio.Reactor de agua en ebullición (RBMK), Llamados reactores de canales de alta potencia, su funciónprincipal es la elaboración de plutonio, el combustible utilizado es el uranio, es moderado congrafito y refrigerado en agua.PresionadorEs un dispositivo ubicado entre el reactor y el generador de vapor utilizado en algunos tipos dereactores, su función es mantener la presión del refrigerante en un punto determinado paraevitar o conseguir según sea el caso que el agua alcance el punto de ebullición.

Generador de Vapor:

Es un recipiente que contiene agua proveniente del condensador, en ella se encuentra sumergidoun ducto por el cual circula agua caliente desde el reactor, cuando entra en contacto con el aguaalmacenada le transfiere calor convirtiendo parte de esta en vapor para ser enviado a la turbina,el agua que circula por los ductos vuelve al reactor para elevar de nuevo su temperatura yreiniciar el proceso.

Contención:Es una estructura esférica en acero apoyada en una cimentación de hormigón en la cual seencuentran alojados el reactor, presionador y el generador de vapor.

Edificio Del Anillo Del Reactor:Es una estructura en hormigón de forma cilíndrica con un domo en la parte superior que recubrela contención y brinda blindaje biológico.

CIRCUITO SECUNDARIO

Este circuito, esta conformado por La Turbina, El Condensador Y El Generador De EnergíaEléctrica, y se encarga de convertir la energía térmica en energía mecánica y esta en energíaeléctrica.

El vapor producido en el generador es enviado al condensador a través de la turbina, en ella seproduce el movimiento de las aspas que se encuentran ubicadas en su eje el cual se hallaacoplado al generador de energía eléctrica; el vapor que llega al condensador es convertido enagua que regresa al generador de vapor para reiniciar el ciclo.

Turbina:Las turbinas están conformadas por boquillas en las cuales circula el vapor a alta presión queviene del reactor disminuyendo su temperatura y aumentando su energía cinética; esta presión esllevada a las aspas que deben su movimiento a la velocidad adquirida por el vapor al pasar por lasboquillas.

La turbina consta de tres cuerpos, de alta, media y baja presión, los cuales están condicionadosal tamaño de las aspas y diámetro del tambor donde a menor presión del vapor mayor longitud ydiámetro.



Las aspas se encuentran montadas sobre un tambor cuyo centro es atravesado por un eje queconecta la turbina con el generador, los componentes de la turbina se encuentran recubiertos poruna carcaza encargada de mantener el vapor dentro de ella; además de estar provista desistemas de control y lubricación.

Condensador:

En el condensador se realiza un intercambio de temperatura del vapor que viene de la turbina, elcual pasa por tubos que se encuentran sumergidos en agua fría, convirtiéndolo en agua que seráinyectada nuevamente al generador de vapor.

Generador de Energía Eléctrica:El generador es el que efectúa la transformación de energía mecánica en eléctrica.

Desplace el cursor sobre cada circuito y haga clic en élpara ver cada una de sus partes.


CIRCUITO DE REFRIGERACION

La función principal de este circuito es mantener la circulación constante de agua fría por elcondensador para que este pueda transformar el vapor (que sale de la turbina) en agua, que esreenviada al generador de vapor y reiniciar el ciclo.

El circuito de refrigeración básico esta conformado por ductos que conducen agua a elevadatemperatura del condensador a las dos torres de refrigeración en donde se reduce la temperaturadel agua y se evacua el vapor generado por el choque de agua caliente con la corriente de aireque circula en forma ascendente por ellas; un ducto expulsa agua de las torres hacia un río y elagua refrigerada es conducida a los condensadores para continuar con el ciclo. Otro ducto toma



agua de una fuente externa (río, lago, mar) para reemplazar el agua evaporada por las torres y laexpulsada. Para elevar agua del río y enviarla de las torres al condensador se emplean bombas deimpulsión.

Centrales Alternativas

Las centrales de energías alternativas comprenden las centrales SOLARES las cuales utilizan laradiación solar, las EOLICAS que aprovechan las masas de aire, la BIOMASA en la cual se trabajacon materia orgánica procesada, la GEOTERMICA que utiliza como fuente de energía el calor que

se encuentra en el interior de la tierra y la MAREOMOTRIZ que emplea mareas.

• Solar

• Eólica

• Biomasa

• Geotérmica

• Mareomotriz

Centrales AlternativasSolar

El efecto de la radiación solar sobre la tierra puede ser utilizada para generar energía mediantela aplicación de diversos principios físicos, uno de ellos es la vía térmica en la que la radiacióndel sol es concentrada para generar calor. El otro es la conversión directa de la radiación solar enenergía eléctrica mediante la utilización de celdas fotovoltaicas, esta clase de conversión esconocida como fotovoltaica.

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2solar.php

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2eolica.php

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2biomasa.php

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2geotermica.php

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/gispud/redeselectricas/site/cap2/c2mareo.php

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Figura 2.1.11. Central Solar

Conversión Térmica

La conversión térmica consiste en concentrar la radiación solar en sus tres niveles: alta, media ybaja temperatura para generar calor.

La energía solar de baja temperatura es utilizada en el hogar para el calentamiento de agua,climatización o invernaderos y la temperatura media y alta son empleadas para la generación deenergía eléctrica.La conversión en baja temperatura se puede realizar acondicionando la arquitectura de laedificación con grandes ventanales, claraboyas o cúpulas, este tipo de conversión es la llamadaarquitectura solar.Otra manera de concentrar las radiaciones solares es con elementos externos como los colectorescuya función es la de recibir mayor cantidad de radiaciones y enfocarlas a un fluido para elevarsu temperatura. Existen varios tipos de colectores solares: planos, de concentración, al vacío yhelióstatos.

Colectores Planos: Estos colectores están constituidos por una serie de canales o tubos por losque circula agua o algún refrigerante similar, esta tubería se encuentra en contacto con una

lamina plana de cobre o acero inoxidable que se encarga de absorber las radiaciones solares paraconvertirlas en calor, esta lamina se encuentra recubierta por un material especial que permiteuna mayor absorción de radiaciones, para minimizar las perdidas de calor esta lámina cuenta conuna película de cristal o plástico en la cara superior que actúa como invernadero y en la caraposterior un aislamiento térmico.



Figura 2.1.12. Colector Plano

Colectores de Concentración: Esta clase de colector es empleado en temperatura media, cuentacon un receptor de área pequeña que concentra las radiaciones recibidas por el captador, elreceptor debido a su tamaño puede ser fabricado en un material que absorba mas radiación quelos colectores planos, aunque también presenta una desventaja frente a estos y es la necesidadde un sistema de seguimiento solar que le permita estar en la mejor posición para recibir losrayos del sol ya que no logran concentrar la radiación solar dispersa.

Esta clase de colectores por la concentración de radiación solar que realizan pueden alcanzar

temperaturas de hasta 300°C, con la cual pueden producir vapor a alta temperatura que seráinyectado a una turbina para generar energía eléctrica.



Figura 2.1.13. Colector de Concentración

Helióstatos: Estos colectores están compuestos por placas cubiertas de espejos, poseen unsistema de seguimiento solar para atraer en forma continua las radiaciones solares, estas son

emitidas a un receptor comúnmente situado en una torre, por lo que son llamadas centralessolares de tipo torre central.

Conversión Fotovoltaica

La conversión fotovoltaica se produce cuando las radiaciones solares inciden sobre panelesformados por placas de silicio o arseniuro de galio en estado cristalino, las cuales transforman laenergía solar en eléctrica mediante la excitación de sus electrones.

La energía eléctrica por conversión fotovoltaica no tiene incidencia en el medio ambiente y sepuede utilizar en lugares distantes a redes de transmisión o distribución, una desventaja quepresenta es el efecto visual y el gran espacio que necesita para su instalación, además del alto

costo de las células fotovoltaicas.El sistema genera tensiones de 12, 24 o 48 voltios y consta de un mecanismo de control yregulación, un acumulador de energía y un convertidor de corriente directa en alterna.

Figura 2.1.14. Conversión Fotovoltaica

Centrales AlternativasEólica



La energía eólica es aquella que utiliza el viento para producir energía mecánica o energíaeléctrica. A continuación se explicará el proceso para el segundo caso.

El proceso de generación de energía eléctrica es llevado a cabo por un aerogenerador, el cual

esta conformado por los siguientes elementos: Las aspas su función es capturar el viento ytransferir la potencia al buje que se encuentra acoplado al eje de baja velocidad delaerogenerador el cual conecta al multiplicador que aumenta la velocidad de giro, este a su vez seencuentra unido al eje de alta velocidad el cual cuenta con dos frenos el primero esaerodinámico que entra en funcionamiento cuando la velocidad del viento supera los 100 Km/h yuno de disco que se acciona cuando el primero falla o para realizar mantenimientos. El generadorcuenta con una unidad de refrigeración que contiene un ventilador para enfriarlo y uncontrolador electrónico para monitorear el funcionamiento del aerogenerador y el mecanismo deorientación compuesto por el anemómetro y la veleta, en caso de falla detiene el aerogeneradory envía un mensaje al encargado. En la Góndola se encuentran alojados el multiplicador, el ejede alta velocidad, el generador, la unidad de refrigeración y el controlador.

El aerogenerador se encuentra sobre una torre de 40 a 60 metros de altura, pueden ser tubulares

y en su interior contar con escaleras para el acceso del personal en caso de mantenimiento.

Los aerogeneradores se pueden encontrar en posición vertical u horizontal y disponer de una atres aspas, entra en óptimo funcionamiento para el proceso de generación eléctrica cuando elviento alcanza una velocidad superior a los 19 Km/h. y registra su mejor rendimiento con rangosde velocidad entre 40 y 48 Km/h, y su funcionamiento es inútil con velocidades superiores a los100 Km/h.

La energía eólica presenta ventajas destacables debido a que no presenta niveles decontaminación atmosférica, utiliza como fuente energética un recurso renovable, y los precios deenergía eléctrica son competitivos con respecto a otras formas de generación. Son ideales enzonas aisladas en donde otros recursos energéticos son escasos e inclusive nulos.

Los aerogeneradores se instalan básicamente en dos casos: cuando no existe una red eléctrica yse desea alimentar una carga eléctrica relativamente pequeña, en este caso la cantidad deaerogeneradores es mínima. El otro tipo de instalación es más complejo debido a que esempleado cuando la carga es alta o debe estar acoplado a una red eléctrica. De esta manera seemplean varios aerogeneradores, según la necesidad, formando así un parque eólico o granja deviento.

Un aerogenerador produce potencias entre los 100 y 400 Kw. Cuando se forma un parque eólicose logra alcanzar potencias de unos 1120 Mw.

Los escasos inconvenientes con la energía eólica radican en la necesidad de zonas geográficas convientos constantes y moderados. En muchos casos se emplean acumuladores para mantener el

flujo eléctrico sostenido, aunque la velocidad del viento sea inferior a la requerida. Tambiénexisten algunos inconvenientes de ubicación cuando se instalan parques eólicos debido al radio,del eje al extremo de las aspas, con medidas de hasta 30 m. Sin embargo, la energía eólica esuna gran alternativa que día a día desarrolla una mayor importancia a nivel mundial.



Figura 2.1.15. Conversión Fotovoltaica

Biomasa

Para la obtenención de energía eléctrica se utilizan diferentes fuentes energéticas como el aguaen centrales hidráulicas, carbón o gas en las térmicas y uranio en las nucleares. La biomasaaprovecha los residuos agrícolas, forestales o urbanos para realizar una transformación artificial onatural en ellos y producir combustible orgánico sólido como el carbón vegetal, líquido como elalcohol y gaseoso como biogás, que pueden remplazar los utilizados en las centrales térmicas.

La biomasa ayuda con el reciclaje de residuos urbanos y la limpieza de los bosques, aunque parasu aplicación es necesario contar con grandes áreas de cultivo.



Figura 2.1.16. Energía Biomasa

Existen dos métodos para obtener combustible orgánico: Método Termoquímico Y MétodoBiológico.

Método Termoquímico:En este proceso es utilizado el calor para transformar los residuos orgánicos en combustiblesólido, liquido o gaseoso; en este método se puede hablar de Combustión: oxidación completaproducida por el oxigeno, donde se libera agua y gas carbónico; es utilizada en calefaccióndomestica. Pirolisis: es la combustión incompleta por falta de oxigeno, produciendo elevación detemperatura a unos 500°C aproximadamente, libera gas con mezcla de monóxido y dióxido de

carbono, que se utiliza para poner en funcionamiento motores disel o generar electricidad.

Método Biológico:En este método se habla de Fermentación alcohólica: utiliza azucares, celulosa o almidón queacompañados por destilación producen alcohol para ser utilizado en motores de explosión.Fermentación metánica: es realizada por bacterias en residuos húmedos sin la utilización deoxigeno, para producir gas.

Geotérmica

La energía geotérmica es la obtenida del calor producido entre la corteza y el manto superior dela tierra, provocado en mayor medida por desintegración de elementos radioactivos, dicho calorse transfiere a la superficie terrestre de manera natural en manantiales calientes, géiseres ofumarolas y de forma violenta en vulcanismo o terremotos. En ocasiones este calor es extraídoartificialmente para ser utilizado en procesos de generación de energía eléctrica, calefacción osecado industrial.

La energía geotérmica se utilizó para generación de electricidad en Toscana (Italia) en el año1904, este proceso se puede realizar de dos maneras una consiste en la excavación del subsuelo



hasta perforar rocas secas y calientes y allí inyectar agua fría por una tubería que al contacto conellas se convierte en vapor el cual fluye por otro ducto a la superficie.Otra manera es la perforación de aproximadamente 3000 m bajo el nivel del mar para encontrarreservas de vapor, el cual es purificado en la boca del pozo para ser transportado por tubos hastalas turbinas.

Figura 2.1.17. Energía Geotérmica

La energía geotérmica se puede clasificar en alta, media, baja y muy baja temperatura.

Energía Geotérmica en Alta Temperatura:Esta energía se presenta en zonas volcánicas, límites de placas litosféricas, dorsales oceánicas,donde es posible encontrar un campo geotérmico el cual esta compuesto por depósitos de aguacon temperaturas de 150 y 400°C, rocas quebrantadas por las que se pueda realizar la circulaciónde un fluido y un techo de rocas impermeables.Para generar vapor se realizan dos perforaciones una por donde se inyecta agua fría y otra por laque se extrae vapor que es inyectado a las turbinas.

Energía Geotérmica en Media Temperatura:La única diferencia que presenta con la energía geotérmica en alta temperatura radica en losdepósitos ya que en estos el agua se encuentra entre 70 y 150°C por lo que es necesario lautilización de fluidos que logren su evaporación a estos niveles de temperatura.

Energía Geotérmica de Baja Temperatura:Esta energía se presenta en cuencas sedimentarias, en las cuales el agua se encuentra atemperaturas de 60 a 80°C, este tipo de energía es utilizada para calefacción de viviendas.



Energía Geotérmica de muy Baja Temperatura:El agua se encuentra en temperaturas de 20 y 60°C, este tipo de energía es empleada en elcalentamiento de invernaderos, con esta característica ya no es posible la utilización parageneración de electricidad con un rendimiento aceptable.

Mareomotriz

La energía mareomotriz es la que utiliza como fuente energética las mareas,las olas, la corriente y el gradiente de temperatura del mar para generar

electricidad. Este tipo de centrales tiene una vida útil prácticamente ilimitadacon un bajo costo de mantenimiento, ocasiona poca contaminación ambiental

y su funcionamiento no depende de las condiciones climáticas, aunquetambién presentan desventajas como la gran inversión inicial para su

construcción, el impacto visual que causan sus instalaciones, así como el

efecto negativo que ocasiona en algunos casos a la flora y fauna, su ubicacióngeográfica esta ligada a la amplitud de las mareas que debe superar los cuatro

metros de altura para que sea efectiva.

La generación de energía eléctrica por aprovechamiento de las mareasoriginadas por el movimiento de la luna alrededor de la tierra, se realiza con

la utilización de un dique el cual

Las mareas son el movimiento regular del agua del mar debido al aumento ensu nivel, a causa de la fuerza gravitacional que ejerce la luna y sol sobre la

tierra. Para la utilización de las mareas en el proceso de generación de

energía eléctrica, es necesario la construcción de un dique o barrera paraformar un embalse, en el dique se encuentran alojadas las turbinas, los

generadores y las compuertas, las cuales se abren cuando la marea sube parapermitir el paso de agua del mar hacia el embalse pasando por la turbina

hasta igualar el nivel del mar, produciendo movimiento en la turbina y en elgenerador acoplado a ella; luego cuando la marea baja las compuertas subende nuevo para que el agua almacenada regrese al mar atravesando la turbina

en sentido contrario al inicial, produciendo con su paso movimiento en laturbina y en el generador.



Figura 2.1.18. Energía de lasMareas

Las olas son ondulaciones de la superficie del agua del mar producidas porráfagas de viento, una de sus aplicaciones en la generación de electricidadconsiste en mover una turbina ubicada en el extremo de un tubo hueco dehormigón que contiene aire que se comprime y expande cuando las olas del

mar entran por la parte inferior del tubo.



Transmisión en C.A. y en C.D.

LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ::.

Las líneas de transmisión están conformadas por conductores, aisladores, torres y un cablede protección contra rayos, este conjunto permite el transporte de energía eléctrica desdelas plantas de generación hasta una subestación, conexión entre subestaciones o entregeneradoras, se caracterizan por su longitud y gran capacidad de transporte de potencia yenergía, en Colombia las líneas de trasmisión manejan niveles de tensión de 220-230 y 500kV a frecuencias de 60 Hz.

TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA ::.

La transmisión de energía eléctrica se realiza en corriente directa o en corriente alterna.

TRANSMISIÓN HVDC (High Voltage Direct Current):

La transmisión de alto voltaje en corriente directa necesita como mínimo dos estacionesconversoras una de corriente alterna a directa en extremo de la central generadora y otrade directa a alterna en los centros de consumo, este tipo de transmisión es utilizado en lainterconexión de sistemas con frecuencias diferentes, transmisiones a longitudes superioresa 500km, interconexiones submarinas extensas o en lugares en los que no hay espaciosuficiente para el montaje de grandes estructuras.

Las ventajas que presenta la transmisión en corriente directa (C.D.) con respecto a lacorriente alterna (C.A.), consiste en la disminución de costos en estructura debido al menortamaño de las torres utilizadas en C.D. y los conductores ya que se puede utilizar solo uno odos y no tres o mas como en C.A., así como la disminución en perdidas de transmisión porcalentamiento y efecto corona.

Ejemplo:

Transmisión HVDC – Itaipu – Brasil

Esta es la transmisión en HVDC más grande del mundo con dos acoplamientos importantesen HVDC de ABB que abastecen a Sao Pablo.

El proyecto de la transmisión en HVDC de Itaipu en el Brasil, propiedad de Furnas CentraisElétricas en Río de Janeiro (compañía de Elétrobras), es sin duda alguna la transmisión másimpresionante en HVDC a nivel mundial. Tiene una energía total de 6300 MW y una tensiónde ±600kV.

La transmisión en HVDC de Itaipu esta constituida por dos líneas bipolares que trasportan laenergía generada a 50 Hz en las 12 plantas de la hidroeléctrica Itaipu de 600 MW, propiedad



de Itaipu Binacional, a la red de 60 hertzios en São Paulo, en el centro industrial del Brasil.

La transmisión HVDC fue elegida básicamente por dos razones: en parte para poder proveerde energía eléctrica, producida por los generadores a 50 Hz, al sistema de 60 Hz de sao

pablo, y en parte porque un acoplamiento en HVDC era preferible desde el punto de vistaeconómico por la gran distancia involucrada.

Las estaciones conertidoras Foz do Iguaçu e Ibiuna representan un avance considerable entecnología en HVDC. Las dos estaciones son únicas en su combinación de tecnologíaavanzada.

La transmisión en corriente directa utiliza dos tipos de conexión:

Monopolar:Utiliza un solo conductor para llevar la energía de una central conversora a otra y la tierra oel mar actúan como retorno de ella, reduciendo el costo de interconexión y las perdidas yaque el recorrido de retorno tiene una amplia sección transversal, lo que hace su resistenciaes mínima.

Bipolar:Consiste en la combinación de dos sistemas monopolares uno con polaridad positiva y otrocon polaridad negativa con respecto a tierra, cada sistema puede funcionar como monopolarcon retorno por tierra, si se presenta falla en alguno de los dos sistemas este se puedeutilizar como retorno.

Los sistemas HVDC se pueden configurar de diferentes maneras:

- Back to Back:

Es empleada en la conexión de dos sistemas que se encuentran en la misma subestación ytrabajan a frecuencias diferentes, los sistemas pueden ser monopolares o bipolares.

- Punto a Punto:Es utilizada en la conexión de dos subestaciones cuando el sistema HVAC resulta muy costosoo cuando el sistema HVDC es el único viable, en este caso una de las subestaciones funcionacomo rectificador y la otra como inversor; además la configuración punto a punto esempleada en conexiones submarinas, permite la transmisión a cargas aisladas.

- Multiterminal:Cuando es necesaria la conexión de tres o más subestaciones se emplea la configuraciónmultiterminal, esta conexión se puede realizar en serie, la condición es que ningunasubestación puede consumir mas del 10% de la potencia total de la estación conversora, para

no afectar el nivel de tensión que cae en las demás; la conexión en paralelo se realizacuando todas las subestaciones consumen mas del 10% de la potencia total de la estaciónconversora y la conexión mixta emplea una combinación de las dos conexiones anteriores.

- Unitario:En este tipo de configuración, la estación conversora es conectada directamente algenerador, por lo cual la generación se puede considerar en corriente directa, de esta formase puede aprovechar la velocidad de las turbinas para generar energía en cualquiermomento independientemente de la frecuencia.



En los sistemas HVDC existen diferentes tecnologías según el convertidor empleado:

Tecnología clásica o LCC (Line Commutated Converter):Utiliza tiristores o SCR como convertidor, permite controlar el encendido de los dispositivosdel convertidor, pero no el corte de estos, con esta tecnología se puede regular la potencia

activa más no la reactiva.

Tecnología VSC (Voltage Source Converter):Utiliza como convertidor IGBT, con el uso de esta tecnología se puede controlar elencendido y apagado de los dispositivos del convertidor, permite regularindependientemente la potencia activa y reactiva del sistema.

En 1882 se realizo el primer tendido para transmitir energía eléctrica en alto voltaje,consistía en una línea de 2kV de corriente continua, de 50km de longitud entre Miesbach yMunich (Alemania) a una potencia de 1.5kW.

En la actualidad la capacidad de transmisión en HVDC es de 70.000 MW de los cualesaproximadamente un 12% (˜8.000 MW) corresponden a cables subterráneos / submarinos y elrestante a líneas aéreas (˜62.000 MW).

La potencia de transmisión depende de la tecnología utilizada, en este momento, latecnología LCC transmite tensiones de 500kV a una potencia de 1500 MW entre Three Gorgesy China; la tecnología VSC es empleada en Cross Sound (Estados Unidos) con una potencia de330 MW con tensiones aproximadas de 150kV.

En Colombia hasta el momento no se emplea la transmisión en corriente directa, pero en elproyecto de conexión con Panamá, dos de las alternativas contempla la utilización delsistema HVDC de la siguiente manera:

La alternativa dos consiste en una línea a 250kV en HVDC, entre Cerromatoso y Panamá II,

con una longitud aproximada de 514km, el trayecto será submarino y aéreo, el primero conuna longitud aproximada de 51km y el segundo con una longitud total de 463km.

En la alternativa tres se utilizarán una línea aérea de 571Km de longitud a 250KV en HVDCdesde Cerromatoso hasta Panamá II.

TRANSMISIÓN EN CORRIENTE ALTERNA ::.

La transmisión de alta tensión en corriente alterna es la más utilizada, ya que la energía a lasalida de las centrales de generación y la suministrada a los centros de consumo es en

corriente alterna, lo que hace que la transmisión se realice de manera directa sin necesidadde convertidores como en el caso de la transmisión en HVDC, pero, si se hace necesario lautilización de transformadores para elevar el nivel de tensión de la etapa de generación, enColombia 13,8kV y así disminuir la corriente requerida para transportar una potenciadeterminada, y con esto lograr disminuir las perdidas de potencia por efecto decalentamiento del conductor (efecto Joule) y reducir el calibre del conductor requerido parael transporte de potencia.

Al llegar la potencia a los centros de consumo se realiza nuevamente una etapa detransformación de tensión, esta vez de reducción, con el fin de suministrar energía a los



consumidores, la utilización de este tipo de transmisión es rentable para longitudesinferiores a 500km en líneas aéreas y 130km en líneas submarinas.

Las frecuencias de operación en transmisión en corriente alterna son 50 Hz en Europa y en

algunos países suramericanos como Chile y Argentina y 60 Hz en países como Colombia,Venezuela, Perú, Brasil.

Los niveles de tensión empleados en transmisión varían según cada país, por ejemplo enVenezuela se trabajan con tensiones de 230, 400 y 765kV con longitudes totales deaproximadamente 370, 2.743 y 2.066km respectivamente y en Colombia 230 y 500kV conlongitudes de 10.999 y 1449km aproximadamente.

Tipos de estructuras

Las estructuras son los elementos de soporte de conductores y aisladores de las líneas dealta tensión, se pueden clasificar según su función en: Torres de suspensión, Torres deretensión.

Torres de suspensión:

En este tipo de torre los conductores se encuentransuspendidos de las mensulas mediante cadenas deaisladores, están diseñadas para soportar el peso delos conductores y la acción del viento sobre ellos ysobre la misma torre.

Figura 2.2.1. Torre de suspensión

Torres de retención:Las torres de retención se clasifica en tres clases:



Terminal:Esta clase de torre se encuentra en el inicio ofinal de una línea, están diseñadas para

soportar la tensión ejercida por losconductores ubicados de maneraperpendicular a las mensulas, razón por lacual es el tipo de torre más robusta.

Angular:Las torres tipo angular son utilizadas cuandohay cambio de dirección en la línea, soporta latensión de los conductores producida por elcambio de dirección.

Figura 2.2.2. Torre de Retención

Rompetramos:

Este tipo de estructura es utilizada en las líneas detransmisión para evitar la caída en cascada (domino)de las torres de suspensión y para facilitar el tendidode líneas rectas extensas, se clasifican según lamanera de soportar la tensión producida por losconductores en:

Figura 2.2.3. Torre Rompetramos



Autoportantes: Son vigas incrustadas en el suelo,

las cuales transmiten la tensión de losconductores a las cimentaciones; estasestructuras pueden ser rígidas o flexibles, lasprimeras no sufren deformaciones en presencia deesfuerzos irregulares son fabricadas en acero o enhormigón y las flexibles son postes metálicos quesufren deformación en caso de estos esfuerzos.

Figura 2.2.4. Torre Autoportantes

Arriendadas: Son estructuras flexibles quetransmiten la tensión de los conductores a lascimentaciones.

Figura 2.2.5. Torre Arriendadas

Topologías de construcción



Las redes de distribución de energía eléctrica en Colombia emplean los dos tipos principalesde topologías en redes de distribución del mundo: El modelo americano y El modeloeuropeo.

Modelo americano:Consiste en un sistema de cuatro hilos multiaterrizado, tres fases y neutro el cual es comúnencontrar conectado a los bajantes de los pararrayos, al tanque de los transformadores, alas puestas a tierra de los cables de guarda e interconectado al neutro del secundario deltransformador.

En este modelo el neutro se encuentra aterrizado en intervalos frecuentes.

Figura 2.3.1. Modelo Americano

Este modelo permite la instalación de transformadores monofásicos, necesarios para cargasresidenciales y de esta manera evitar la conexión fraudulenta de usuarios industrialesregistrados como residenciales con cargas importantes, así como la conexión de los DSTdirectamente al transformador.

Modelo europeo:Consiste en sistema de tres hilos, las tres fases uniaterrizado, es decir el neutro seencuentra aterrizado directamente en el transformador de la subestación y no en elrecorrido de toda la línea como en el sistema americano.En el modelo europeo se presentan más sobretensiones temporales que en el modeloamericano, razón por la cual la tensión nominal de los DST es mayor cuando se emplea elmodelo europeo; los DST son instalados entre fase y tierra.



Figura 2.3.2. Modelo Europeo

TOPOLOGÍA DE LOS CIRCUITOS PRIMARIOS DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN ::.

Los circuitos primarios son los que recorren los sectores urbanos y rurales del país parasuministrar potencia a los transformadores de distribución a tensiones como 13,2 y 11,4 kVentre otros, estos circuidos se pueden encontrar en un sistema radial o en un sistemaenmallado.

Sistema Radial:

En el sistema radial la corriente eléctrica circula en una sola dirección, razón por la cualpresenta una baja confiabilidad, en la actualidad es el más empleado.

A continuación se presenta un sistema radial típico:



Figura 2.3.3. Sistema Radial

Sistema Enmallado:

El sistema enmallado consiste en el recorrido del circuito primario desde el barraje de bajatensión de la subestación, pasando por toda el área de servicio y retornando al barraje, estaconformado por un seccionador de cierre, aunque la red funciona con el seccionadornormalmente cerrado o normalmente abierto, con el fin de crear dos vías paralelas o unanillo abierto entre la subestación y la carga, lo cual ofrece mayor confiabilidad al sistema.

A continuación se presenta un sistema enmallado típico:



Figura 2.3.4. Sistema Enmallado

Este sistema brinda la posibilidad de tener alimentadores interconectados energizados desdevarias subestaciones.

Figura 2.3.5. Sistema Enmallado - Energizado desde varias subestaciones



Tipos de estructuras

ESTRUCTURAS DE DISTRIBUCION EN ZONAS URBANAS ::.Red Abierta:Son las redes utilizadas en los circuitos de media y baja tensión, existen diversos tipos deestructuras empleadas por operadores de red, a continuación se presentan algunas de estas.

Estructura circuito tipo Bandera

Haga clic en la figura paraver en tamaño completo

Figura 2.3.6. Estructura tipo Bandera

Estructura circuito tipo Bandera en ángulo


Figura 2.3.7. Estructura tipo Bandera en ángulo

Estructura de Final de circuito


Figura 2.3.8. Estructura de Final de circuito

Estructura Tangencial


Figura 2.3.9. Estructura Tangencial

Estructura Tangencial en ángulo

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Figura 2.3.10. Estructura Tangencial en ángulo

Red Trenzada:Este tipo de red es el empleado en las redes de baja y media tensión, sus conductores estándiseñados para impedir el fraude ya que tienen la fase en el exterior y el neutro esconcéntrico.

Figura 2.3.11. Red Trenzada -Cambio de Sentido

Figura 2.3.12. RedTrenzada - Final de Circuito

Función

Una subestación de potencia es un conjunto de equipos de transformación con sus respectivasprotecciones, que permiten cambiar parámetros eléctricos como tensión, corriente y frecuencia,con el fin de permitir el flujo de energía eléctrica en un determinado sistema de potencia.Reciben el nombre de subestaciones de potencia debido a las potencias que manejan, quepueden ser del orden de decenas de MVA. Su diseño y configuración esta orientado por criterioscomo flexibilidad, confiabilidad y seguridad.

A continuación se describirán los criterios de diseño:

• Flexibilidad: Este criterio hace énfasis en la propiedad que permite a la subestaciónadecuarse a la variabilidad de un sistema de potencia por mantenimientos o condicionesoperativas.

• Confiabilidad: Bajo este criterio se busca medir la capacidad de una subestación paramantenerse en servicio en el momento de presentarse alguna falla o mantenimiento en susequipos, o tras realizar una acción interna, tal como una conmutación de los seccionadores o

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mientras se repara una falla.

• Seguridad: Este criterio mide la propiedad de la subestación para ofrecer servicio continuo apesar de la presencia de fallas en alguno de los equipos.

Tipos de subestaciones

Las subestaciones de potencia se pueden clasificar en tres grandes grupos, subestaciones degeneración, subestaciones de transformación y subestaciones de maniobra.

Subestación de Generación: Es aquella que funciona como patio de conexiones para una centralgeneradora, es decir, es un conjunto de equipos con igual nivel de tensión, localizados en lamisma zona, a partir de los cuales la subestación de generación realiza la elevación del nivel detensión de generación a un nivel de tensión apto para transporte de energía eléctrica en

considerables distancias.La prioridad principal en una subestación de generación es la confiabilidad, mientras que laflexibilidad y seguridad van de acuerdo a la importancia y ubicación de la subestación en elsistema de potencia.

Subestación de Transformación: Es una subestación en la cual se realiza cambio en el nivel detensión de entrada, puede ser elevadora o reductora según la función que cumpla.

Subestación de Maniobra: Es la subestación en la que se interconectan varios sistemas y de lacual se distribuye energía eléctrica a otras subestaciones o a otros sistemas, por esto lo masimportante es la flexibilidad de la subestación, la seguridad y la confiabilidad depende de laimportancia que ejerza la subestación en el sistema de potencia.



Equipos de las subestaciones

Una subestación de potencia está conformada por tres grandes partes:

Casa de control: Es el lugar en el que se encuentran alojados los tableros de control y medida, eltablero de protecciones, el de servicios auxiliares, el tablero de comunicaciones, el tablero de losmedidores de energía, los cargadores, las baterías e inversores.

El patio de transformadores: El patio de transformadores es la zona de la subestación en la quese encuentran los transformadores de potencia con sus accesorios.

Patio de conexiones: En el patio de conexiones se encuentran agrupados los interruptores,seccionadores, transformadores de corriente y de potencial, los descargadores de sobretensión ylas trampas de onda, entre otros.

TRANSFORMADOR DE POTENCIA ::.

El transformador de potencia es la parte primordial de una subestación de potencia, es el equipoencargado de transferir energía eléctrica de un circuito a otro, en la mayoría de los casos conniveles de tensión diferentes, su potencia nominal es superior a 500 kVA, el transformador cuentacon accesorios necesarios para su operación y mantenimiento, entre estos se encuentran:

- Tanque conservador: Es un tanque ubicado sobre el principal el cual recibe el aceite cuandohay cambio de temperatura por aumentos de carga.

- Boquillas: Son los aisladores que se encuentran en la tapa del transformador, son los quecomunican los terminales de baja y alta tensión del transformador con el exterior.

- Válvulas: Son las unidades por las cuales se inyecta o extrae el aceite del transformador para sumantenimiento.

- Tablero: Es el compartimiento en el que se ubican los controles y protecciones de losventiladores, de los motores de las bombas de aceite, entre otros.

- Conectores a tierra: Son los elementos que unen el tanque del transformador con la malla depuesta a tierra.

- Placa característica: En ella se encuentran consignados los datos más importantes deltransformador como tensión nominal primaria y secundaria, su potencia nominal, diagrama deconexiones, frecuencia, número de serie y datos de fabricación, entre otros.



Figura 2.4.1. Transformador de Potencia

INTERRUPTOR DE POTENCIA ::.

El interruptor de potencia es el equipo encargado de proteger las líneas, equipos y/o circuitos enlos cuales se realicen maniobras o mantenimiento, de corrientes de falla, la conexión odesconexión realizada por el interruptor es realizada en un tiempo corto para evitar para noafectar el sincronismo del sistema.

Figura 2.4.2. Interruptor



El interruptor de potencia se clasifica según el medio de extinción del arco eléctrico (corrienteque surge entre los contactos del interruptor en el momento que se separan) en: interruptores deaire, interruptores de aceite e interruptores de gas (SF6), cuentan con un deposito (cámara deextinción) en el cual se encuentra el elemento empleado para la extinción, el interruptor puedeser de cámara simple o cámara doble.El tiempo de desconexión del interruptor después de detectada la falla según resolución CREG025 de 1995 no puede exceder los 80ms en 500kV, 100ms para 220 kV y 120ms para tensionesmenores a 220 kV.

- Interruptor de Aire:El interruptor de aire como su nombre lo indica emplea una fuerte corriente de aire para apagarel arco eléctrico producido en el momento de la separación de sus contactos, dicho aire seencuentra comprimido en una cámara de extinción, lo que representa una desventaja para estetipo de interruptores debido a la inversión y necesidad de mantenimiento de esta cámara ya quees necesario contar con aire limpio y adecuado para la extinción.Los interruptores de aire son utilizados en circuitos que manejan tensiones entre 150 y 400kV.

- Interruptor de Aceite:En el interruptor de aceite la cámara de extinción esta ocupada por aceite, existen interruptores

de gran volumen de aceite que se emplean en tensiones menores a 115 kV e interruptores depequeño volumen de aceite los cuales son utilizados en tensiones inferiores a 1000kV.

- Interruptor de Gas SF6:El interruptor de gas emplea el hexafluoruro de azufre en estado gaseoso para la extinción delarco eléctrico, en la actualidad es el más utilizado en circuitos que manejan tensiones entre 230y 1100kV, por su tamaño, peso liviano, extinción rápida del arco eléctrico, requieren de pocomantenimiento, además de no producir corrosión en las partes que se encuentran en contactocon él, aunque entre los diferentes tipos de interruptores este es el más costoso.

El interruptor de potencia presenta básicamente tres mecanismos de operación:

Neumático: Emplea el aire a presión para separar sus contactos en caso de falla, una de las

desventajas de este tipo de mecanismo es la necesidad de un mantenimiento frecuente.

Resorte: Como su nombre lo indica los resortes son utilizados en el interruptor para separar loscontactos.

Hidráulico: En este mecanismo se aprovecha la presión del aceite para accionar el interruptor.



Figura 2.4.3. Cortacircuitos de 15kV 100A

SECCIONADOR ::.

Un seccionador es un elemento mecánico de apertura de múltiples funciones entre las cuales sedestacan:

• Poner fuera de servicio equipos como interruptores, transformadores, generadores o líneas parasu respectivo mantenimiento.• En caso de falla en un equipo o línea, el seccionador es utilizado para realizar un by-pass quepermita la prestación continua del servicio.• Aterrizar líneas de transmisión, barrajes, bancos de transformadores o bancos decondensadores en el momento de su mantenimiento.• Abrir o se cerrar circuitos bajo carga, generadores, reactores o capacitores.• Aterrizar los equipos energizados de una subestación en caso de fallas que no son fácilmentemaniobrables.

Los seccionadores se pueden clasificar de acuerdo al medio de activación y de acuerdo a suoperación.El seccionador puede ser activado de manera manual, por medio de una pértiga o por mediomotorizado (grupo motor-compresor y transmisión neumática, grupo motor-bomba y transmisiónhidráulica, motor eléctrico por reducción).Además para la selección de un seccionador esimportante conocer si su operación va a realizarse sin carga o bajo carga; en este caso, este debecontar una cámara apaga chispas.



Figura 2.4.4. Seccionador de Apertura Central

Figura 2.4.5. Seccionador de Apertura Lateral

Figura 2.4.6. Seccionador de Apertura Vertical



Figura 2.4.7. Seccionador de Apertura Vertical Invertido

Figura 2.4.8. Seccionador de Doble Apertura



Figura 2.4.9. Seccionador Pantografo

Figura 2.4.10. Seccionador Semipantografo Horizontal

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TC) ::.

Un transformador de corriente es un instrumento que reduce la corriente eléctrica de una

red a valores manejables no peligrosos para la utilización de equipos de medida, puede ser instalado a la intemperie o en interiores. Su función principal es alimentar equipos de

medida, protección y control como contadores, voltímetros y amperímetros.El devanado primario del transformador de corriente se conecta en serie con el circuito al

que se desea hacer la medición y el devanado secundario a los equipos de medida.

Los transformadores de corriente se pueden clasificar de acuerdo a su construcción y a suconexión eléctrica.



Figura 2.4.11. Transformador de Corriente

Según su construcción existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los principales son:

• Tipo Devanado: es aquel que tiene su núcleo recubierto por el devanado primario.

• Tipo Barra: es aquel en el que el devanado primario es un conductor tipo barra y

atraviesa la ventana del núcleo.• Tipo Ventana: es aquel que carece de devanado primario y el devanado secundario esta

recubriendo el núcleo, el cual posee una abertura atravesada por un conductor que forma el

circuito primario.

Según su conexión eléctrica, existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los

principales son:

• Primario Simple: Es aquel transformador que posee un único devanado primario.• Primario Serie-Paralelo: Es aquel transformador cuyo devanado primario esta dividido

en dos secciones iguales y la conexión entre ellos se puede realizar en serie o en paralelo

para variar la capacidad de corriente.• Secundario Múltiple: Es aquel cuyo devanado secundario tiene varias derivaciones

(Taps) que permiten manejar diferentes niveles de corriente.

Valores Normalizados para Transformadores de Corriente

SIMPLE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN(Corriente nominal primaria A)

DOBLE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN(Corriente nominal primaria A)

5 150 2*5 2*100

10 200 2*10 2*150



15 300 2*15 2*200

20 400 2*25 2*300

25 600 2*50 2*400

30 800 2*75 2*600

40 1200

50 150075 2000

100 3000

Tabla 2.4.1. Valores Normalizados para Transformadores de Corriente

*Clases de Precisión

CLASE APLICACIÓN0.1 Calibración y medida de laboratorio

0.2-0.3Medidas de laboratorio y alimentación de vatímetros para alimentadores de

potencia.

0.5-0.6 Alimentación de vatímetros para factorización en circuiros de distribución yvatímetros industriales

1.2Amperímetros y fasímetros indicadores y registradores, vatimetros

indicadores industriales y registradores, protecciones diferenciales, relés deimpedancia y de distancia

3-5 Protecciones en general (relés de sobrecorriente)

Tabla 2.4.2. Clases de Presición. *Error máximo porcentual que el trasformador permiteintroducir en la medición de potencia.

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP) ::.

Un transformador de potencial es un instrumento que reduce el nivel de tensión de una red avalores manejables no peligrosos para la utilización de equipos de medida, puede ser instalado ala intemperie o en interiores. Su función principal es alimentar equipos de medida, protección ycontrol como contadores, voltímetros y amperímetros.El devanado primario del transformador de potencial, a diferencia del transformador decorriente, se conecta en paralelo con el circuito al que se desea hacer la medición y el devanadosecundario a los equipos de medida.Los transformadores de potencial generalmente son instalados en interiores cuando se van amanejar tensiones inferiores a 60 kV; estos transformadores son fabricados principalmente porrecubrimiento de porcelana y aislamiento en aceite o en resina sintética. Los equipos diseñadospara uso exterior son fabricados con un aislamiento porcelana-aceite.

La conexión de los transformadores de potencial va de acuerdo a su lugar de instalación. Al serinstalados en redes de baja y media tensión, su conexión debe ser entre fases, pero si soninstalados en subestaciones exteriores su conexión deber ser fase-tierra, razón por la cual sehace necesario emplear tres transformadores monofásicos conectados en estrella.

Otra aplicación importante de la conexión fase-tierra se da cuando la potencia activa (VA)suministrada por dos transformadores de potencial no es suficiente o cuando se van a tomarmedidas de tensión y potencia con control a cada una de las fases.



DESCARGADORES DE SOBRETENSION (DST) ::.

El descargador de sobretensión es el dispositivo encargado de proteger el transformador desobretensiones externas que surgen por descargas atmosféricas con un impulso de 1,2/50mseg o

las sobretensiones por maniobra presentadas con la operación de los interruptores de potenciacon un impulso de 250/2.500mseg; el DST limita la tensión que llega a los bornes deltransformador enviando a tierra la sobretensión, se conecta en paralelo con el equipo a protegery entra en funcionamiento cuando se aplica en él una tensión superior a la nominal e inferior a latensión que soporta el equipo que se está protegiendo.

Figura 2.4.12. Descargador de Sobretensión

Algunas características eléctricas que maneja un DST son las siguientes:

Tensión Nominal: es el valor máximo de tensión a frecuencia nominal que se puede aplicar alDST para que opere eficientemente y cumpla con los parámetros de diseño. Las tensionesnormalizadas de los Descargadores de Sobretensión de ZnO según la norma IEC 99-3 son lossiguientes:

Tabla 2.4.3. Tensiones normalizadas para DSTde ZnO



Tensión máxima de operación en régimen continuo (MCOV): hace referencia al valor máximode tensión en el cual el DST opera continuamente.

Frecuencia Nominal: Es la frecuencia de trabajo para la cual se diseño el DST.

Corriente de descarga de un pararrayo: Es la corriente que pasa por el DST en un impulso.

Corriente de descarga nominal de un DST: Es el valor pico de la corriente de descarga en unimpulso de 8X20 µs.

Corriente continua de un DST: Es la corriente que circula por el DST cuando se aplica entre susterminales la tensión de operación.

Tensión residual de un DST: Es el valor pico de la tensión que hay en los terminales del DST enel momento que circula por él la corriente de una descarga, la norma IEC 99-3 establece lossiguientes rangos de tensión residual máxima para DST de 10.000 y 20.000A.

Tabla 2.4.4. Tension residual para DST de 10 y 20 kA

Nivel de protección a descargas atmosféricas de un DST: Es el valor máximo de la tensiónresidual para la corriente nominal de descarga.

Nivel de protección a maniobras de un DST: Es el valor máximo de la tensión residual para elimpulso de corriente de maniobra.

BIL (Nivel básico de aislamiento ante impulsos tipo rayo): Es el valor pico de la tensiónsoportada en un impulso tipo rayo, este valor es utilizado para caracterizar el aislamiento delequipo en lo referente a pruebas.

BSL: (Nivel básico de aislamiento ante impulsos tipo maniobra): Es el valor pico de la tensiónsoportada en un impulso tipo maniobra, este valor es utilizado para caracterizar el aislamientodel equipo en lo referente a pruebas.



Figura 2.4.13. Comportamiento de un DST

Tabla 2.4.5. Rangos de tensión para DST de distribución



TRAMPA DE ONDA ::.

La trampa de onda es un elemento utilizado para evitar la suma de armónicos a la señal detransmisión que puedan causar perturbaciones, esta conformado por una bobina por la cual pasala corriente a la frecuencia industrial (60 Hz) de la línea de transmisión, paralelo a esta seencuentra el equipo sintonizador el cual ofrece una alta impedancia, está constituido porcondensadores, inductancias y resistencias; y en paralelo a la bobina y al equipo sintonizador seencuentra el equipo de protección, el cual protege la trampa de onda de contra sobretensionestransitorias que puedan ocurrir en ella.

Figura 2.4.14. Trampa de Onda

La trampa de onda se encuentra instalada en serie a cada una de las tres fases y se dividen entres grupos:



Trampa de onda de frecuencia única:El circuito se diseña para manejar una sola frecuencia, la impedancia de la trampa de onda esmayor a 400 O.

Trampa de onda de frecuencia doble:El circuito se encuentra diseñado para manejar dos frecuencias, separadas una de la otra por un

espacio de 25 kHz o un 25% de la frecuencia superior.

Trampa de onda de ancho de banda:El circuito esta diseñado para obtener un ancho de banda requerido o puede ser ajustado paravariar el ancho de bandas con diferentes niveles de inductancia.

SISTEMAS DE CONTROL EN SUBESTACIONES ::.

El sistema de control es el encargado de supervisar, controlar y proteger la distribución ytransmisión de energía eléctrica y en caso de fallas, en la medida de lo posible, asegurar lacontinuidad y calidad en la prestación del servicio, está conformado por los relés de protección,dispositivos de medida, registro y señalización, además del control manual y automático.

En el diseño de un sistema de control es indispensable tener en cuenta los siguientes criterios:facilidad de expansión, automatización, seguridad, disponibilidad, flexibilidad, simplicidad,mantenimiento y la interfaz.

Facilidad de expansión: Hace referencia a la facilidad en la realización de cambios, adición odisminución de equipos en el sistema de control, para no afectar el desarrollo de la subestación.

Automatización: En un sistema de control la automatización de sus funciones puede ser pasiva oactiva.

Automatización pasiva: Este tipo de automatización emplea un sistema automático para larecolección, procesamiento y almacenamiento de datos de manera precisa y confiable, esutilizado en el registro secuencial de eventos, registros automáticos de fallas y la inspección devalores medios.

Automatización activa: Este tipo de automatización consiste en disponer de información dentrode la subestación, para tomar medidas preventivas y correctivas en sus equipos, es utilizado en elrecierre automático, la seccionalización automática de zonas con fallas, restauración automáticadel sistema después de pérdida de suministro, la maniobra automática para reducir trabajo alinterruptor, la desconexión automática de la carga por baja frecuencia, ajuste automático derelés, maniobra secuencial para mantenimiento y lavado automático de aisladores, entre otros.

Seguridad: Consiste en reducir a proporciones adecuadas los efectos que causan las fallas en elsistema de control y en los sistemas secundarios de los equipos de patio.

Disponibilidad: Hace referencia al tiempo mínimo que debe utilizar para reconocer, diagnosticary corregir cualquier falla que se presente en la subestación.

Flexibilidad: Consiste en la capacidad que presenta el sistema de control, para adaptarse acambios en sus componentes y a condiciones de contingencia que puedan producirse en el mismosistema de control o en el sistema de potencia.



Simplicidad: Entre mas simple sea el sistema de control, mas confiable será, ya que lacomplejidad requiere mayor información de los equipos de patio y la realización de másoperaciones de maniobra para cambiar el estado de la subestación o aislar una zona en falla.

Mantenimiento: El mantenimiento deber ser sencillo y práctico, así sea necesaria la utilizaciónde un sistema automático de supervisión y detección de fallas. Se debe tener presente el

inventario y disponibilidad de los repuestos de los equipos.

Interfaz: Es el medio de comunicación entre el sistema de control y el equipo de patio; la señalde entrada es proporcionada por los contactos de los seccionadores e interruptores se conecta alsistema de control alimentado a 125Vc.c.; cuando se emplean tensiones menores como 12 y24Vc.c. es necesaria la implementación de relés intermedios con bobinas de alta potencia,debido a las posibles interrupciones por contactos sucios e interferencias que se puedenpresentar.Para la señal de salida se utilizan relés de interposición de alta velocidad con características quecumplan los requerimientos de los equipos, para aislar las Unidades Terminales Remotas (UTRs)de la interferencia.

El sistema de control en subestaciones, ha ido evolucionando en los últimos años, de sistemas

manuales como el sistema de control manual centralizado ha sistemas completamenteautomáticos, como el control integrado, pasando por sistema de control remoto-equipocentralizado y subestaciones no atendidas; de las anteriores se realizará una breve descripción:

Sistema de control manual centralizado:

Este sistema cuenta con un edificio de control, en el cual se encuentran alojados todos loselementos de control como: la sala de control, cuarto de relés de protección, sala de cables,cuarto de servicios auxiliares, cuarto de comunicaciones, cuarto para la planta de emergencia ylas oficina de los operadores.

El control es realizado manualmente por los operadores desde la sala de control, en la que seencuentra el tablero mímico, con la coordinación telefónica desde un centro de despachoremoto, el tablero permite la visualización de la subestación y desde allí se puede realizar laoperación de un equipo de la subestación, los cuales también pueden ser accionados desde supropio gabinete de control en el patio de la subestación además contiene un diagrama sinópticocon la configuración de los elementos de mando, la señalización del equipo de maniobra, elsistema de alarmas, equipo de sincronización e indicadores de corriente, tensión, potenciaactiva, reactiva y temperatura de los transformadores.

En la sala de control también se encuentra el tablero de medidores, los cuales miden la energíaactiva o reactiva que entra o sale de un circuito de la subestación.

La sala de cables es la zona a la cual llegan en bandejas portacables metálicas, las señalesprovenientes del patio de la subestación para distribuirlas a los diferentes tableros.

Sistema de control remoto-equipo centralizado:

La Unidad Terminal Remota, UTR o RTU es el equipo fundamental del control remoto, ella envíade la subestación las medidas analógicas, señalización o posición de los equipos de maniobra yalarmas al centro de control y recibe del mismo información para enviar a la subestación.Las señales recibidas del patio de la subestación y de otros elementos de control, son recibidaspor un tablero que las separa para enviarlas al tablero mímico o a la URT.



La URT puede registrar en forma secuencial todo lo ocurrido en la subestación y algunas másavanzadas están en la capacidad de realizar verificación de sincronismo, enclavamientos,reestablecimiento después de fallas entre otras.

En el sistema de control remoto-equipo, el control puede ser realizado desde el tablero mímico odesde el centro de control, por medio de un selector que se encuentra ubicado en el tablero

mímico.

Subestaciones no atendidas:

En este tipo de control, la presencia de personal en la subestaciones es mínima, solo ocurre encaso de mantenimiento o cuando en el sistema de control remoto sucede alguna falla.

En las subestaciones no atendidas el equipo de control ya no se encuentra centralizado en unedificio, este se halla distribuido por lo general en dos grupos ubicados en el patio de lasubestación, en un lugar cercano a los equipos a controlar.

La distribución de los elementos de control, se puede realizar ubicando casetas en el patio de lasubestación en las cuales se instalan los transductores, medidores y los relés y en el edificio decontrol alojar el control remoto, los equipo de control e instrumentación y un tablero mímico quefunciona como equipo de respaldo, a los cuales llegan las señales necesarias de la subestación.

Otro tipo de distribución de los elementos de control que se puede realizar en las subestacionesno atendidas, es no contar con un edificio de control, a cambio en cada caseta se tendrá untablero mímico, el equipo de comunicación y el control remoto; una de las casetas cuenta con uncontrol remoto más sofisticado que los demás, el cual recolecta los datos de todos, los sincronizay envía la información remotamente. Con este tipo de distribución, en caso de falla en el sistemade control el operador no cuenta con un panorama de la subestación lo que complica la operaciónmanual.

Sistemas de control integrado:

El sistema de control integrado consiste en la utilización de microprocesadores para laimplementación de un solo hardware capaz de controlar, proteger y monitorear subestaciones,además de permitir una reprogramación fácil, lo que representa un menor costo para el procesode control que los demás sistemas.

Los sistemas integrados brindan la posibilidad de automatizar todo el sistema de la subestación yaparatos de potencia, con la utilización de una base de datos común, a la cual tiene acceso eloperador para realizar monitoreo, control, ajuste en las protecciones, cambios en laprogramación o intercambio de datos entre diferentes funciones.

El sistema integrado también sustituye el control remoto, ya que puede realizar las mismasfunciones de la UTR y muchas más; para la interfaz de señales analógicas, brinda una mayor

precisión tanto en condiciones normales, como en condiciones dinámicas de falla.Los enlaces en el sistema integrado entre los elementos de control y los computadores sonrealizados en fibra óptica, lo que permite una comunicación serial, un ahorro en cables y muypoca interferencia electromagnética.

En el sistema integrado las subestaciones forman una red de computadores y los módulos decontrol son programados desde un sistema central, lo que permite realizar un autodiagnósticocentralizado por reporte local y por computador.



MALLA DE PUESTA A TIERRA ::.

La malla de puesta a tierra es el conjunto de electrodos conectados entre si, por conductoresdesnudos enterrados en el suelo, sus funciones son: la seguridad de las personas ante el gradiente

superficial de tensión, la protección de las instalaciones, servir de tierra común a los equiposeléctricos y/o estructuras metálicas, dirigir las corrientes de falla a tierra.

El electrodo es un conductor enterrado en el suelo para conducir las corrientes de falla a tierra,los electrodos pueden ser varilla, tubo, fleje, cable o placa

Los electrodos mas empleados en la actualidad son los tipo varilla en cobre, los cuales debentener una longitud mínima de 2.4 metros y deben ser enterrados en su totalidad dejando unadistancia de 15cm entre la superficie y la parte superior del electrodo, la conexión del electrodocon el cable se debe realizar con soldadura exotérmica o con los conectores adecuados.

El conductor empleado para la unión de los electrodos se debe seleccionar manejando lasiguiente ecuación (Referencia RETIE):

Sección del conductor en mm^2

Corriente de falla a tierra, entregada por el OR (rms en KA)

Constante del material

Tiempo de despeje de la falla a tierra

La resistencia de la malla de puesta a tierra para subestaciones de alta y extra alta tensión debetener un valor máximo de 1O, esta resistencia controla los gradientes de tensión (ReferenciaRETIE).

DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD ::.

Las distancias de seguridad en una subestación hacen referencia a las distancias mínimas quedeben mantenerse entre partes energizadas y tierra, o entre equipos donde se lleva cabo algúnmantenimiento y tierra, para evitar posibles accidentes por contacto humano con equiposenergizados.Al determinar las distancias mínimas de seguridad se tienen en cuenta dos aspectos claves:

• Valor básico de seguridad: Es una distancia mínima entre fase y tierra, empleada para eldiseño de una subestación, este valor nos ofrece un espaciamiento seguro (Zona de guarda) entrefase y tierra, evitando posibles accidentes, aún bajo condiciones críticas.• Zona de seguridad: Es una zona segura, cuyas medidas se obtienen de acuerdo a estudios demovimientos de personal de mantenimiento y dentro de la cual, están eliminados riesgos deacercamiento eléctrico. Los valores estándar para delimitar una zona de seguridad son lossiguientes:



Figura 2.4.15. Mano alzada sobre planode trabajo Figura 2.4.16. Altura promedio

Figura 2.4.17. Brazos estiradoshorizontalmente Figura 2.4.18. Brazos estirados verticalmente

Zona de Seguridad para la Circulación de Personal:Para la circulación de personal en una subestación sin empleo de escaleras o cualquier objeto quelo pueda acercar a las partes energizadas, se debe manejar una distancia entre tierra y la parteenergizada mas baja del valor básico más 2.25 metros.

Zona de Seguridad para la Circulación de Vehículos:En los casos en los cuales es necesario el empleo de grúa, se debe manejar una distancia de

circulación del perímetro del vehiculo más 0.7 metros.

Zona de seguridad para trabajos sobre equipos o sobre conductores:Para la realización de algún trabajo en una subestación con los equipos energizados es necesariodelimitar una zona de seguridad la cual nunca será inferior a 3 metros, la distancia se determinacon el valor básico mas una constante que depende del equipo en el que se va a trabajar, eltrabajo a realizar, el vehiculo y el tipo de herramienta a utilizar; por ejemplo, para unmantenimiento de rutina, la constante horizontal corresponde al valor estándar de un operariocon los brazos estirados, es decir 1.75 metros y la constante vertical será 1.25 metros sobre elplano del trabajo.



Las zonas de seguridad laterales en una subestación son señaladas en el piso, especialmente parala circulación de vehículos y las verticales son demarcadas con banderas, mallas, barreras o conavisos de peligro.

DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD EN REDES DE ENERGÍA ELÉCTRICA ::.

Las partes energizadas de las redes de energía eléctrica, siempre deben guardar una distanciacon los elementos existentes en su trayecto como árboles, edificios, carreteras, etc.

En las siguientes tablas se presentan las distancias de seguridad que se deben tener en lugaresconstruidos, en cruces y recorridos de vía, cruces con ferrocarriles, ríos, cauces de agua, canalesnavegables y campos deportivos en los cuales existan redes de energía eléctrica cercana, estosdatos son obtenidos del RETIE.

Tabla 2.4.6. Distancias de seguridad en lugares construidos



Figura 2.4.19. Diagrama de distancias de seguridad en lugares construidos



Tabla 2.4.7. Distancias de seguridad en cruces y recorridos de vías



Figura 2.4.20. Diagrama de distancias de seguridad en cruces y recorridos de vías

Tabla 2.4.8. Distancias de seguridad en cruces de ríos y ferrocarriles energizados



Figura 2.4.21. Diagrama de distancias de seguridad en cruces de ríos y ferrocarrilesenergizados

Tabla 2.4.9. Distancias de seguridad en campos deportivos

En las redes de energía eléctrica, ocurren cruces entre líneas, cuando son de diferente nivel detensión, la de menor nivel irá en la parte superior.



Tabla 2.4.10. Distancias en metros

DISTANCIAS MÍNIMAS ENTRE CONDUCTORES DE UNA ESTRUCTURA ::.

Las distancias entre conductores en una misma estructura, en zonas con alturas no mayores a

1.000msnm, no deben ser inferiores a las establecidas en el RETIE, cuando existen conductoresde diferentes circuitos, se habla de la tensión fase-tierra del circuito de mayor nivel de tensión.

Tabla 2.4.11. Distancias en mínimas entre conductores de una estructura



Tabla 2.4.12. Distancias mínimas verticales entre conductores de la misma estructura

DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD EN REDES ELÉCTRICAS PARA LA REALIZACIÓN DETRABAJOS ::.

Para trabajos en las redes de energía eléctrica se debe mantener entre el punto más próximo contensión y cualquier parte del operario, sus herramientas o cualquier elemento de manipulaciónlas siguientes distancias, dependiendo el nivel de tensión:

Tabla 2.4.13. Distancias mínimas de seguridad para la realización de trabajos

Descripción de las Redes Eléctricas (pendiente)

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