INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE SAN ANDRÉS TUXTLA

SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

UNIDAD III

PRESENTA:

MARIÍA DE LOS ÁNGELES VÁZQUEZ LAGOS

CATEDRÁTICO:Ing. Carlos Cobaxin Zúñiga

San Andrés Tuxtla. Ver A 17 de febrero 2013

Las subestaciones se clasifican de acuerdo a su nivel de tensión, de acuerdo a su configuración y de acuerdo a su función.

De acuerdo al Nivel de Tensión:• De Ultra Alta tensión (Un>800 kV.), De Extra Alta Tensión (300

kV.<Un<550 kV.), De Alta Tensión (52 kV<Un<300 kV.), De Distribución (6.6 kV<Un<44 kV.) y De Baja Tensión.

De acuerdo a la configuración:• De Barra Sencilla, De Doble Barra, De doble Barra más By Pass, De

Doble Barra más Seccionador de Transferencia, De doble Barra más Barra de Transferencia, Interruptor y Medio, En Anillo, Doble Anillo y Pirámide.

De acuerdo a su función:• De Generación, De Transformación, Mixta (Generación y

Transformación) y De Compensación (Capacitiva Serie y Capacitiva Paralelo.

También se pueden clasificar como sigue:

Por su operación:

De corriente alterna.

De corriente directa.

Por la función que desempeñan:

Elevadores (elevan la tensión)

Reductores (reducen la tensión)

De enlace para interconectar líneas.

Por su composición:

Tipo intemperie (para operación en el exterior)

Tipo interior (para operar bajo techo)

Tipo blindada (para operación en interiores o exteriores

El equipo eléctrico en una subestación típica puede incluir lo siguiente.

Subestación EléctricaInterruptor

automático

Seccionadores

Transformadores de corriente

Barras y aisladores de

estación.

Reactores limitadores de corriente

Reactores de

derivación

Transformadores de potencia

Apartarrayos y/o espinterómetros

Filtros de línea

Capacitores de

acoplamiento

Transformadores de potencial o

transformadores de voltaje capacitor.

Conmutadores de puesta a

tierra

El tipo de estructuras a utilizar para el diseño y en consecuencia la construcción de una Línea de Transmisión aérea, depende principalmente:

Del Calibre del conductor a ser instalado

Cantidad de circuitos necesarios para el enlace

a la red eléctrica

Zonas por donde pasará la trayectoria de la Línea

de Transmisión.

Los costos o presupuesto destinado para su

construcción

Disposición de fases en el espacio

Nivel de tensión eléctrica de operación

Por el tipo de material

Los materiales más comunes para la fabricación de estructuras para Líneas de Transmisión de energía eléctrica son el acero, el concreto y la madera. Aunque, existen otros tipos de materiales como el aluminio, la fibra de vidrio y algunos compuestos con polímeros y silicón (polysil), los cuales permiten que el diseño de las estructuras de transmisión minimicen el impacto ambiental y reduzcan el ancho de derecho de vía para aplicaciones en sistemas de transmisión, subtransmisión y distribución. En cuestión económica y por precio unitario, las estructuras formadas por postes de madera resultan ser las más baratas, le siguen en orden las estructuras formadas por postes de concreto, las torres de acero y los postes troncocónicos, siendo estas últimas las de mayor costo. Sin embargo, es necesario realizar un estudio económico para determinar el costo por Kilómetro de la Línea de Transmisión, en términos generales, las torres de acero resultan ser las de menor costo por Kilómetro.

Estructuras de acero

Dentro de la clasificación de estructuras de acero se encuentran: Torres autosoportadas Torres con retenidas Postes troncocónicos Postes Morelos y tipo Independencia Marcos de remate

Estructuras de aluminio

El uso del aluminio como material estructural se empezó a utilizar después de la segunda guerra mundial, sin embargo, no fue hasta 1960 cuando se diseño la primera torre de aluminio en estados unidos para una línea de transmisión de doble circuito y un nivel de tensión de 220 kV, ver Figura . .

Figura . Poste de aluminio de subtransmisión.

Figura . Torre de aluminio para un nivel de tensión de 220 kV.

Estructuras con materiales compuestos

La confiabilidad de una estructura de transmisión depende no sólo de su diseño, si no del desarrollo estructural del arreglo, el detalle de las conexiones, uniformidad en la calidad de las secciones estructurales, fabricación, tipo y calidad de los materiales. Actualmente, la investigación de nuevos materiales compuestos reforzados de fibra de vidrio con polímeros (FRP), y avances en materiales orgánicos representa una alternativa confiable para el uso en estructuras de transmisión y distribución . Estructuras de fibra de vidrio

La mayor aplicación que se le ha encontrado a la fibra de vidrio en los últimos años, ha sido en estructuras de transmisión de energía eléctrica tales como; postes de transmisión, distribución, crucetas y brazos en “X” para estructuras en configuración “H” . En la Figura . se ilustran algunas fotografías con la aplicación de este tipo de materiales en sistemas de transmisión y distribución.

Postes de fibra de vidrio. (a) Poste de distribución con crucetas de fibra de vidrio, (b) Postes de transmisión, (c) Estructuras “H” y crucetas de fibra de vidrio.

En relación al diseño de crucetas y brazos, estos generalmente están compuestos de plásticos reforzados con fibra de vidrio con accesorios dúctiles (flexibles) de hierro galvanizado.

El material plástico está compuesto de poliéster, epoxy, o cycloaliphatic. Además, las crucetas y los brazos se mezclan con resinas plásticas para prevenir el deterioro por los rayos ultravioleta del sol. También, son cubiertas con poliuretano en la superficie externa, y todos los empalmes son sellados para prevenir la penetración de la humedad.

A continuación se mencionan algunas de las principales ventajas que tienen los postes de fibra de vidrio en comparación con los postes de acero, madera y concreto

Los postes de fibra de vidrio No requieren ser pintados o galvanizados (método de inmersión en caliente) como en el caso de los postes de acero.

Postes de Polysil. Los postes constan de cuatro aisladores sobrepuestos sobre el eje vertical y están diseñados para ensamblarse directamente al poste.

No es necesario tener crucetas para el montaje de los cables conductores, puesto que estos se instalan entre las secciones de los aisladores, y los cables de guarda son instalados en la parte superior del aislador.

son excelentes aisladores y estructuralmente son bastante fuertes.

Minimizan el espacio requerido para un circuito y mantienen la apariencia de la silueta al mínimo

Los postes de transmisión con fibra de vidrio tienen un coeficiente mayor de rigidez-peso que el acero, madera o concreto y sustancialmente son más ligeros, es decir, aproximadamente 30% el peso de la madera, el 60% del acero y el 15% o menos del concreto.

Los postes compuestos son inmunes a la congelación, a la descomposición, al picoteo de pájaros.

La disposición horizontal produce

estructuras de menor peso

La disposición vertical genera estructuras que

demandan menor ancho de derecho de vía

La configuración en delta minimiza

pérdidas eléctricas y efectos de campo magnético para

estructuras de un sólo circuito.

En relación a la altura del poste esta puede variar acuerdo a los requerimientos del terreno. B) Por la cantidad de circuitos y disposición de fases en el espacio

Las estructuras más comunes son las de dos circuitos, sin embargo, existen enlaces que requieren de estructuras de hasta cuatro circuitos, incluso de diferente nivel de tensión eléctrica. Se ilustran las fotografías de un poste troncocónico de cuatro circuitos (dos circuitos para 69 kV y dos circuitos para 230 kV) y una torre autosoportada de cuatro circuitos para 230 kV (instalados sólo tres circuitos).

C) Por su función Acorde a su función, las estructuras usadas para Líneas de Transmisión son divididas en tres tipos o clases:

Estructuras de suspensión

Las estructuras de suspensión (suspension supports) se utilizan en tramos rectos o con ángulos de deflexión muy pequeños con respecto al cambio de dirección del eje de la trayectoria de las líneas de transmisión, normalmente no exceden los 3º. Además, las estructuras de suspensión constituyen entre el 80 y 90% del total de las estructuras consideradas en el diseño de una línea de transmisión . Durante condiciones normales de operación, las tensiones en los cables no transfieren esfuerzos adicionales a estas estructuras, están diseñadas para soportan únicamente las cargas verticales y la fuerza ejercida por la presión del viento actuando perpendicularmente con respecto a la dirección de la trayectoria de la línea de transmisión.

Estructuras de deflexión

Las estructuras de deflexión (Angle supports) son utilizadas cuando la línea de transmisión cambia de dirección. Este tipo torres se colocan en los puntos de intersección o inflexión, tales que el eje transversal de la cruceta biseca (divide) el ángulo formado por el conductor, igualando las tensiones longitudinales de los conductores en los claros adyacentes . Las estructuras de deflexión soportan las fuerzas ejercidas por la tensión de los cables cuando la trayectoria de la línea cambia de dirección.

Los ángulos de deflexión que se recomiendan para el diseño de este tipo de estructuras oscilan entre los 5° y 60 ° dependiendo de las características de la línea de transmisión . En la Figura . se ilustran los ángulos de deflexión y cambios en la trayectoria de una línea de transmisión.

Estructuras de remate Las estructuras de remate son diseñadas para resistir la tensión permanente en el tendido de los conductores en un solo lado. Generalmente se colocan al inicio y final de la línea de transmisión con ángulos desde 0º hasta90º.

Estructuras especiales

Generalmente en el diseño y construcción de una línea de transmisión se presentan condiciones especiales de operación, entre estas podemos citar cruces de ríos o lagos con claros grandes, las cuales requiere de estructuras con altura extraordinarias.

Adicionalmente, existen otro tipo de estructuras que se pueden clasificar como especiales de acuerdo a su función: • Estructuras de transposición. • Estructuras de emergencia.

Estructuras especiales. Ubicación de estructuras en el cruce del embalse de la presa Nezahualcóyotl, Chiapas, RGC Sureste.

Torre de acero para transposición de fases, un circuito.

Figura . Secuencia de transposición simple de una línea de transmisión.

Estructuras tipo LINDSEY.