SUBESTACIONES ELECTRICASUNIDAD I.- INTRODUCCION Objetivo Especfico: Identificar que es una subestacin elctrica, sus componentes y diferentes tipos Contenido Temtico/Actividades de aprendizaje: 1.1Definicin y clasificacin de subestaciones

Una subestacin es un conjunto de mquinas, aparatos y circuitos, que tienen la funcin de modificar los parmetros de la potencia elctrica, permitiendo el control del flujo de energa, brindando seguridad para el sistema elctrico, para los mismos equipos y para el personal de operacin y mantenimiento.

Clasificacin de las subestaciones

1.- Por su operacin Subestaciones en las plantas generadoras o centrales elctricas. Subestaciones receptoras primarias. Subestaciones receptoras secundarias. Subestaciones en las plantas generadoras o centrales elctricas Estas se encuentran en las centrales elctricas o plantas generadoras de electricidad, para modificar los parmetros de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo as la transmisin en alta tensin en las lneas de transmisin. Los generadores pueden suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la transmisin depende del volumen, la energa y la distancia. Subestaciones receptoras primarias Se alimentan directamente de las lneas de transmisin, y reducen la tensin a valores menores para la alimentacin de los sistemas de subtransmisin o redes de distribucin, de manera que, dependiendo de la tensin de transmisin pueden tener en su secundario tensiones de 115, 85, 69. Subestaciones receptoras secundarias Generalmente estas estn alimentadas por las redes de subtransmisin, y suministran la energa elctrica a las redes de distribucin a tensiones entre 34.5 y 6.9 kV.

Clasificacin de las s.e. por el tipo de instalacin Subestaciones tipo intemperie. Subestaciones de tipo interior. Subestaciones tipo blindado. 1.2 Elementos constitutivos de una subestacin Elementos principales y elementos secundarios. Elementos principales 1. Transformador. 2. Interruptor de potencia. 3. Restaurador. 4. Cuchillas fusibles. 5. Cuchillas desconectadoras y cuchillas de prueba. 6. Apartarrayos. 7. Tableros dplex de control. 8. Condensadores. 9. Transformadores de instrumento. Elementos secundarios 1. Cables de potencia. 2. Cables de control. 3. Alumbrado. 4. Estructura. 5. Herrajes. 6. Equipo contra incendio. 7. Equipo de filtrado de aceite. 8. Sistema de tierras. 9. Carrier. 10. Intercomunicacin. 11. Trincheras, conducto, drenajes. 12. Cercas. 1.3 Transformadores de potencia Utilizacin de los transformadores de potencia

Los transformadores son mquinas elctricas estticas que permiten modificar los valores de voltaje y corriente con el fin de que stos tomen los valores ms adecuados para el transporte y distribucin de la energa elctrica. La utilidad de los transformadores elctricos se debe a la economa que se obtiene al efectuar el transporte de la energa elctrica a altos voltajes. Acordarse de que, para la misma potencia, a mayor tensin menor corriente circular por el conductor y el calibre de este ser menor. Y un conductor de menor calibre es ms barato.

a)Componentes de un transformador

Las principales partes que constituyen a un transformador de potencia son el ncleo magntico, los devanados, el conmutador o cambiador de derivaciones (en vacio o bajo carga), el tanque, los dispositivos de enfriamiento, las boquillas as como algunos otros accesorios (ruedas de rolar, ganchos de sujecin, etc.).

b)Clasificacin de los transformadoresLos transformadores desde el punto de vista del medio desde el punto de vista refrigerante se pueden dividir en dos grupos: -Transformadores con aislamiento en seco. Transformadores con aislamiento en aceite. Los transformadores en seco tienen su parte activa en contacto directo con un medio aislante gaseoso (por lo general aire) o bien con algn medio aislante solido como por ejemplo ricinas, materiales plsticos, etc. Estas maquinas por lo general se construyen para potencias hasta de algunos KVA y con tensiones que normalmente no excedan a la clase de 34.5 KV por lo que su empleo es reducido casi a los servicios auxiliares de algunas otras instalaciones o como parte integrante de las instalaciones secundarias industriales o comerciales. Los transformadores de aceite tienen en cambio su parte activa en aceite mineral (derivado del petrleo) por lo que en estas maquinas de hecho no se tienen limitaciones ni en la potencia ni en las tensiones del orden de 400KV y en algunos casos con valores superiores de potencia y tensin como los usados en las redes elctricas de Estados Unidos, Rusia y Canad, solo por mencionar algunos casos. La evolucin de materiales empleados para la construccin y de las tcnicas constructivas ha trado como consecuencia una reduccin progresiva en el peso y las dimensiones a igualdad de potencia elctrica. Para clasificar de forma precisas a continuacin se da una breve muestra de la clasificacin de transformadores.

c) Controles de los transformadores Temperatura en aceite Temperatura devanados. Equipo inetair Nivel de aceite

d) Conexiones de los transformadores Para seleccionar un transformadores necesario conocer las ventajas y las desventajas de cada una de las conexiones mas utilizadas. Dichas conexiones son: estrella-estrella. Sus caractersticas principales son:

a) Aislamiento mnimo. b) Cantidad de cobre mnimo. c) Circuito econmico para baja carga y alto voltaje. d) Los dos neutros son accesibles. e) Alta capacitancia entre espiras, que reduce los esfuerzos dielctricos durante los transitorios debidos a tensin. f) Neutros inestables, si no se conectan a tierra.

Estrella-estrella con terciario en delta. Sus caractersticas son: La delta del terciario proporciona un camino cerrado para la tercera armnica de la corriente energizarte, lo cual elimina los voltajes de la tercera armnica en los devanados principales. El terciario se puede utilizar para alimentar el servicio de estacin, aunque no es muy recomendable por las altas corrientes de cortocircuito que se obtienen. Aumenta el tamao y costo del transformador.

Delta-delta. Es una conexin raramente usada. Se utiliza en tensiones bajas y medias. Sus caractersticas son: En caso de que un banco de transformadores se le dae una fase, se puede operar utilizando la conexin delta abierta. Circuito econmico para alta carga y bajo voltaje. Las dos deltas proporcionan un camino cerrado para la tercera armnica de la corriente magnetizarte, lo cual elimina los voltajes de la tercera armnica. No se puede conectar a tierra los puntos neutros. Se necesita utilizar un banco de tierra, lo cual encarece mas al banco Se necesitan mayores cantidades de aislamiento y de cobre.

La conexin delta se usa con aislamiento total y rara vez se usa para tensiones superiores a 138 KV por el alto costo del aislamiento.

Delta-estrella. Se acostumbra a utilizar en transformadores elevadores de tensin. Sus caractersticas son: Al aterrizarse el neutro del secundario se aslan las corrientes de tierra de secuencia cero. Se eliminan los voltajes de tercera armnica se que da circulando dentro de la delta del primario. La conexin estrella se usa con aislamiento graduado hasta el valor de la tensin del neutro.

Estrella-delta. Se acostumbra utilizar en transformadores reductores de tensin. Sus caractersticas son: No se puede conectar a tierra el lado secundario. Se eliminan los voltajes de tercera armnica por que la corriente magnetizante de la tercera armnica se queda circulando dentro de la delta del secundario. Zig-zag. Se utiliza en transformadores de tierra conectados a bancos con conexin delta, para tener en forma artificial una corriente de tierra que energice las protecciones de tierra correspondientes.

Autotransformador. Se utilizan cuando la relacin de transformacin es menor de dos. Son ms que los transformadores equivalentes. Sus caractersticas son: Menor tamao, peso y costo. Como la impedancia entre primario y secundario es menor que en un transformador, se presenta una posibilidad mayor de fallas. Debido a que solo existe una bobina, el devanado de baja tensin tambin debe soportar las sobretensiones que recibe el devanado de alta tensin. Las conexiones en el primario y secundario deben ser siempre iguales o se estrella-estrella; estas ltimas no son usuales.

e) Operacin de los transformadores en paralelo Para operar en paralelo dos o ms transformadores se deben cumplir las siguientes condiciones:

a) Igual tensin en vacio de los devanados correspondientes en cada transformador. b) La misma polaridad de los devanados.

c) Igualdad entre las tensiones de cortocircuito y las componentes activas y reactivas de la misma magnitud.

Por lo general las terminales de alta tensin de los transformadores se denotan con la letra H (mayscula) y las de baja tensin con la letra X. d) Es recomendable dentro de lo posible y con el objeto de tener una mejor condicin de operacin que los transformadores tengan igual impedancia. Es conveniente recordar que la reparticin de las corrientes en los transformadores en paralelo se obtiene partiendo de la base que operan todos a la misma tensin.

Especificaciones para transformadores

1.- Numero de unidades. 2.- Capacidad nominal en MVA O KVA. 3.- Voltajes nominales. 4.- Numero de fases. 5.- Clase de enfriamiento. 6.- Frecuencia. 7.- Impedancia. 8.- Tipo de ncleo (columnas o acorazado). 9.- Sobre-elevacin de temperatura. 10.- Altura de operacin sobre el nivel del mar. 11.- DEVANADO DE LATA TENSION -Capacidad nominal en MVA o KVA. -Voltaje nominal en KV. -Clase de aislamiento en KV. -Nivel bsico de aislamiento al impulso de rayo. -Conexin.

-Neutro. -Derivaciones arriba voltaje nominal. -Derivaciones bajo voltaje nominal. -Transformadores de corriente. (Cantidad, relacin de transformacin y precisin). -Nivel bsico de aislamiento al impulso por maniobra.

12.- BOQUILLAS DE ALTA TENSION.

-Tipo. -Clase de aislamiento. -Nivel bsico de impulso al impulso. -Conectores terminales para recibir cable de (material), calibre.

13.- DEVANADO DE BAJA TENSION.

-Capacidad nominal en MVA o KVA. -Voltaje nominal en KV. -Clase aislamiento en KV. -Nivel bsico de aislamientos al impulso de rayo. -Conexin. -Neutro. -Derivaciones arriba voltaje nominal en %. -Derivaciones abajo voltaje nominal en %. -Transformadores de corriente (cantidad, relacin de transformacin y Precisin). -Nivel bsico de aislamiento al impulso por maniobra.

14.-BOQUILLAS DE BAJA TENSION.

-Tipo. -Clase de aislamiento. -Nivel bsico de aislamiento. -Nivel bsico de aislamiento al impulso por maniobra. -Conectores terminales para recibir cable (material) de (calibre).

15.- DEVANADO TERCIARIO.

-Capacidad nominal en MVA o KVA. -Voltaje nominal en KV. -Nivel bsico de aislamiento al impulso por rayo. -Conexin. -Neutro. -Derivaciones arriba voltaje nominal en %. -Derivaciones debajo de voltaje nominal en %. -Transformadores de corriente (cantidad, relacin de transformacin y Precisin). -Nivel bsico de aislamiento al impuso por maniobra.

16.-BOQUILLAS DEVANADO TERCIARIO.

-Tipo. -Clase aislamiento al impulso por rayo. -Nivel bsico de aislamiento en KV. -Conectores terminales para recibir cable (material) de (calibre).

17.- Tipo sistema preservacin aceite. 18.- Tipo dispositivo de alivio de sobrepresin. 19.- Control automtico de enfriamiento. 20.- Soporte de apartarrayos al lado. 21.- Cubierta del tanque. 22.- Base del transformador. 23.- Refacciones.

1.4 Interruptores de potenciaEl interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del sistema elctrico, tanto en condiciones de operacin normal (mxima carga o en vaco) como en condicin de cortocircuito. La operacin de un interruptor puede ser manual o accionada por la seal de un rel encargado de vigilar la correcta operacin del sistema elctrico, donde est conectado.

Caractersticas comparativas de los Interruptores:a) Clasificacin de los interruptoresLos interruptores se pueden clasificar de acuerdo a sus caractersticas constructivas. Las principales caractersticas constructivas de los interruptores consisten en la forma en que se extingue el arco y a la habilidad mostrada para establecer la rigidez dielctrica entre los contactos para soportar en buena forma (sin reencendido del arco) las tensiones de reignicin.

b) Tipos de de interruptores

Interruptores de gran volumen de aceite Interruptores de pequeo volumen de aceite Interruptores Neumticos Interruptores en vaco Interruptores en Hexafluoruro de AzufreLas ventajas y desventajas de los principales tipos de interruptores se indican a continuacin:

Interruptores de gran volumen de aceite: Ventajas: - Construccin sencilla, - Alta capacidad de ruptura, - Pueden usarse en operacin manual y automtica, - Pueden conectarse transformadores de corriente en los bushings de entrada. Desventajas: - Posibilidad de incendio o explosin. - Necesidad de inspeccin peridica de la calidad y cantidad de aceite en el estanque. - Ocupan una gran cantidad de aceite mineral de alto costo. - No pueden usarse en interiores. - No pueden emplearse en conexin automtica. - Los contactos son grandes y pesados y requieren de frecuentes cambios. - Son grandes y pesados.

Interruptores de pequeo volumen de aceite

Los interruptores de pequeo volumen de aceite producen por si mismos el fluido extintor aprovechando la energa del arco. El arco origina gases, por evaporacin del aceite, que se desplazan en forma de fluido de aceite a travs de diversos canales para extinguirlo. VentajasComparativamente usan una menor cantidad de aceite Menor tamao y peso en comparacin a los de gran volumen Menor costo. Pueden emplearse tanto en forma manual como automtica Fcil acceso a los contactos Desventajas Peligro de incendio y explosin aunque en menor grado comparados con los de gran volumen No pueden usarse con reconexin automtica Requieren una mantencin frecuente y reemplazos peridicos de aceite Sufren de mayor dao los contactos principales Capacidad de ruptura ( no hay referencia especifica).

Interruptores Neumticos Interruptores en vacoc) La alta rigidez dielctrica que presenta el vaco (es el aislante perfecto) ofrece una excelente alternativa para apagar en forma efectiva el arco. En efecto, cuando un circuito en corriente alterna se desenergiza separando un juego de contactos ubicados en una cmara en vaco, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que la rigidez dielctrica entre los contactos aumenta en razn de miles de veces mayor a la de un interruptor convencional (1 KV por s para 100 A en comparacin con 50 V/s para el aire). Esto hace que el arco no vuelva a reencenderse. Estas propiedades hacen que el interruptor en vaco sea ms eficiente, liviano y econmico. La presencia del arco en los primeros instantes despus de producirse la apertura de los contactos se debe principalmente a: Emisin termoinica. Emisin por efecto de campo elctrico. En otras palabras, los iones aportados al arco, provienen de los contactos principales del interruptor. Conviene destacar que en ciertas aplicaciones se hace conveniente mantener el arco entre los contactos hasta el instante en que la corriente cruce por cero. De esta forma se evitan sobretensiones en el sistema, producto de elevados valores de di/dt. La estabilidad del arco depende del material en que estn hechos los contactos y de los parmetros del sistema de potencia (voltaje, corriente, inductancia y capacitancia). En general la separacin de los contactos flucta entre los 5 y los 10 mm. Ventajas - Tiempo de operacin muy rpidos, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero. - Rigidez dielctrica entre los contactos se restablece rpidamente impidiendo la reignicin del arco.

d) e) f) g)

h) i)

Son menos pesados y ms baratos. - Prcticamente no requieren mantencin y tienen una vida til mucho mayor a los interruptores convencionales. - Especial para uso en sistemas de baja y media tensin. j) Desventajas: k) Dificultad para mantener la condicin de vacio. Generan sobre-tensiones producto del elevado di/dt. - Tienen capacidad de interrupcin limitada. l) Es importante destacar la importancia que tiene el material con que se fabrican los contactos de los interruptores en vaco. La estabilidad del arco al momento de separarse los contactos, depende principalmente de la composicin qumica del material con que fueron fabricados. Si el arco es inestable, significa que se apaga rpidamente antes del cruce natural por cero de la corriente, generando elevados di/dt con las consiguientes sobre tensiones. Para evitar esta situacin, se buscan materiales que presenten baja presin de vapor en presencia de arco. Estos materiales no son fciles de encontrar, pues tienen propiedades no del todo apropiadas para uso en interruptores en vaco. Por ejemplo materiales con buena conductividad trmica y elctrica, tienen bajos puntos de fusin y ebullicin, y alta presin de vapor a altas temperaturas. Sin embargo, metales que presentan baja presin de vapor a altas temperaturas son malos conductores elctricos. Para combinar ambas caractersticas se han investigado aleaciones entre metales y materiales no metlicos como CobreBismuto, Cobre-Plomo, Cobre-Tantalio, Plata-Bismuto, o Plata-Telorium.

Interruptores en Hexafluoruro de Azufre:m) El SF 6 se usa como material aislante y tambin para apagar el arco. El SF 6 es un gas muy pesado (5 veces la densidad del aire), altamente estable, inerte, inodoro e inflamable. En presencia del SF 6 la tensin del arco se mantiene en un valor bajo, razn por la cual la energa disipada no alcanza valores muy elevados. La rigidez dielctrica del gas es 2.5 veces superior a la del aire (a presin atmosfrica). La rigidez dielctrica depende de la forma del campo elctrico entre los contactos, el que a su vez depende de la forma y composicin de los electrodos. Si logra establecerse un campo magntico no uniforme entre los contactos, la rigidez dielctrica del SF 6 puede alcanzar valores cercanos a 5 veces la rigidez del aire. Son unidades selladas, trifsicas y pueden operar durante largos aos sin mantencin, debido a que prcticamente no se descompone, y no es abrasivo. n) Otra importante ventaja de este gas, es su alta rigidez dielctrica que hace que sea un excelente aislante. De esta forma se logra una significativa reduccin en las superficies ocupadas por subestaciones y switchgear. La reduccin en espacio alcanzada con el uso de unidades de SF 6 es cercana al 50% comparado a subestaciones tradicionales. Esta ventaja muchas veces compensa desde el punto de vista econmico, claramente se debe mencionar que hay un mayor costo inicial, en su implementacin. La presin a que se mantiene el SF 6 en interruptores, es del orden de 14 atmsferas, mientras que en switchgear alcanza las 4 atmsferas. o) El continuo aumento en los niveles de cortocircuito en los sistemas de potencia ha forzado a encontrar formas ms eficientes de interrumpir corrientes de fallas que minimicen los tiempos de corte y reduzcan la energa disipada durante el arco. Es por estas razones que se han estado desarrollando con bastante xito interruptores en vaco y en hexafluoruro de azufre (SF 6) .

1.5 Cuchillas desconectadoras

Son dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalacin elctrica, para efectuar maniobras de operacin o bien para darles mantenimiento.

CLASIFICACION DE CUCHILLAS.

Las cuchillas, de acuerdo con la posicin que guarda la base y la forma que tiene el elemento mvil, puede ser su clasificacin:

b) Especificaciones para cuchillas

1.- Aplicacin, indicar en que lugar se instalaran las cuchillas y la funcin que desempearan. 2.-Altura de montaje a sobre el nivel del suelo en metros. 3.-Cantidad. 4.-Numero de polos y forma de operacin (en grupo o separada). 5.-Tipo de servicio (interior o exterior). 6.-Tipo de montaje (horizontal o vertical). 7.- Forma de operacin (horizontal o vertical). 8.-Altura de operacin sobre el nivel del mar en metros. 9.-Mecanismos de operacin (manual, elctrico o neumtico). 10.-Bloqueo elctrico (si o no). 11.-Bloqueo neumtico (si o no). 12.- Tipo de cuchilla (con referencia a alguna norma o fabricante). 13.-Distancia entre polos en metros.

1.6 Apartarrayos a) Clasificacion de los apartarrayos b) Seleccin de tipo y su instalacion c)Especificaciones para apartarrayos

Tensiones Nominales 4.4 KV(1) Categora A (Distribucin) 13.8 KV 23.0 KV Niveles de aislamiento 34.5 KV Tabla 4 6.4 KV(1) 13.8 KV(2) 23.0 KV(2) Tensiones Nominales 69 KV(1) 115 KV(1) 138 KV(2) Tensiones Nominales 400 KV(1)

Categora B (Subtransmisin) 115 KV

NBAI = NBI = BIL = Nivel Bsico de aislamiento al impulso por rayo (categora A y B). NBS=NBM= Nivel Bsico de aislamiento al impulso por maniobra (categora C).

Curva de dao de un transformador debida al aislamientoKV

KV1 Vd

*BIL del Transformador Curva de Dao Curva de operacin de Apartarrayo T1 Tf Tc

TF = Tiempo de frente de onda (KV) TC = Tiempo de cola (KV)

TF

Tc

=1.2

50 seg onda normalizada del rayo.

Vd = Tensin de descarga

* Se refiere al voltaje ( impulso ) que puede recibir o al que e esta diseado el transformador en caso de que haya un esfuerzo o sobrevoltaje.

Caractersticas de apartarrayos

Estacin (tabla 7) para subestacin

Intermedio (tabla 8) Para proteger ciertos equipos de cierto valor y su diferencia es la robustez.

Tipos de apartarrayos

Cmo se selecciona un apartarrayo?

Seleccin del Voltaje Nominal: Vd = Tensin de descarga (KV) VN = Tensin de nominal del apartarrayos (KV)

Vn = Max Diseo KV .K = constante K = 0.8 si el sistema donde se conecta el apartarrayos es multiaterrizado (predominante en Mxico) K = 1.0 si no esta aterrizado o aislado.

VMax Diseo .B o C)

= Tensin mxima de diseo segn la categora del aislamiento (A,

Ejemplo: Cul es la VN de un apartarrayos clase intermedio. para proteger un TR-750KVA 34.5KV en un sistema multiaterrizado (3F-4H)?

VMax . =38.0

VN =38(0.8) 30.4 =

KV(Tabla Niveles de

Aislamiento Normalizados para equipos de la categora A). Considerar los apartarrayos para: 30 y 36 KV.

Para: 30 KV .. Vd = 94-105 KV.

(tabla 8)

Para: 36 KV .. Vd = 111-125 KV . Para: 30 KV .. S = 250 KV.

Para: 36 KV ..

S= 300 KV

ndice de elevacin de tensin (pendiente) = s

Para conocer la distancia mxima a la que debe instalar el apartarrayos del transformador se utiliza la siguiente expresin:

X =

300 [ VX D V 2s

] ---------------------(mts)

VX =0.8 NBAI

X = Distancia en metros. del apartarrayos al equipo por proteger

Vx= 0.8 * 150= 120 Kv

La distancias mximas a instalar los apartarrayos para garantizar un margen de proteccion del 20 % son:

Para el de 30 KV

Para el de 36 KV

X =

300(120 105) = 9 Mts. 2 * 250

X =

300(120 111) = 4.5Mts. 2 * 300

X = Distancia equipo a Tierra

del

El margen de proteccin debe ser al 20%

M = P

NBAI V VD

D

100

VD

TR-750 KVA NBAI = 150 por tabla 4 considerando la nota 5)

El margen de proteccin para 30 KV es:

150 105 M = P = 100 42.85% 105Para 36 KV

MP =

150 111 *100 = 35.13% 111

ID = corriente de descarga del apartarrayos (KA)

ID = 2 K

NBAI Z0

ID = Corriente de descarga del apartarrayos en KA

Z 0 = Impedancia caracterstica de la lnea Z 0 = L

C

L = Inductancia de la lnea (Hy Henry)C = Capacitanca de la lnea (Fd Farday)

k = Depende en el diseo a la distancia que se suponga que cae la descarga

Valores de K

D ( metros )

Factor K

700 1600 3200

3 2 1

Ejemplo: Si se tiene una Z 0 = 200 Ohms y considerando una k = 1

150 I D =(1 )2 = 1.5 KA 200La corriente de descarga del apartarrayos seria de 5KA

En resumen las caracteristicas de los apartarrayos serian:

Vn S Vd Id MP X Vr

30 KV 250 KV 94-105 KV 5 KA 42.55 % 9 mts. 70-90 KV

36 KV 300 KV 111-125 KV 5 KA 35.13 % 4.5 mts. 88-116 KV

Seleccionar las caractersticas de los apartarrayos clase estacion, en 115 y 34.5 de un transformador de 12.5 MVA, si el sistema es multiaterrizado y la impedancia caracterstica de la lnea son: 250 y 180 respectivamente. Calcular los mrgenes de proteccin y las distancias mximas a la que debe instalarse el apartarrayos para cubrir el 20% de MP (margen de proteccin);

considere que el rayo cae a una distancia de 1500 mts. Hacia cada lado de las lneas.

Zc = 250

Zc = 180

115 KV V

34.5 kv kkkkkkkk

12.5 MVA

VN = Voltaje nominal apartarrayos

Caractersticas del Apartarrayos en 115 V. Si es clase estacin nos vamos a la tabla 5

Vn = Max Diseo KV .Vn = (0.8)(123) 98.4 = KVEstacin de Para este encontramos apartarrayo tipo

NBAI = = BIL

450.0

96 y 108 KV Vd para 96 KV = 288 - 304 KV tabla 7 Vd para 108 KV = 315 - 340 KV tabla 7

Margen de Proteccin para apartarrayo de 96 KV

M = P

NBAI V D 450 288 = 100 = 100 56.25% VD 288

Margen de Proteccin para apartarrayo de 108 KV

M = P

NBAI V D 450 315 = 100 = 100 42.8% VD 315

La corriente de descarga se calcula con la siguiente expresin: K=2 Porque d = 1500 Mts.

I D 96 =K 2

NBAI = 2(2)= Zc

450 7.2 KA 250

10 KA

Calculo de la distancia X :

X 96 =

300 [ VX D ]300 360[ 288 V = = 2s 2(800)

mts 13.5

]

VX =0.8 = NBAI

0.8(450) 360 = KV

X 108 =

300 [ VX VD ] 300 360 315 [ = = 2s 2(900)

]

mts 7.5

S tambin se puede calcular por la siguiente formula:

100 S= V 12

N

----------------(KV)

Resumiendo las caractersticas de los apartarrayos son:

Vn S Vd Id MP X Vr

96 KV 800 KV 288-304 KV 10 KA 56.25 % 13.5 mts. 213-280 KV

108 KV 900 KV 315-340 KV 10 KA 42.8 % 7.5 mts. 240-316 KV

1.7 Arreglo de buses y subestaciones a) Diagramas unifilares b) Barra sencilla c) Doble barra d) Interruptor y medio e) Barra en anillo f) Ventajas y desventajas de cada tipo de arreglo

Las subestaciones elctricas en transmisin y distribucin para tener, en la medida posible, una mxima confiabilidad y flexibilidad de operacin. La facilidad para desconectar al equipo y sacarlo de servicio en salidas programadas o no programadas, mantenindolo en operacin, es esencial para la operacin confiable de los sistemas.

DIAGRAMA UNIFILAR. Uno de los aspectos fundamentales del diseo conceptual o ingeniera bsica es la preparacin de un diagrama unifilar preliminar, que se usa durante la fase de estudio e incluye las principales componentes del sistema. Normalmente no se incluyen los detalles que se van adicionando durante la fase del diseo detallado de un proyecto, es decir, se incluyen transformadores de instrumento, apartarrayos, etctera. Tambin se puede incorporar la parte de la red asociada a los datos en el punto de conexin con la compaa suministradora, a si como os niveles mnimo y mximo de cortocircuito. El diagrama unifilar se usara para las especificaciones, detalles de instalacin, pruebas de equipo y sistema. Un diagrama unifilar completo, debe incluir lo siguiente: +Fuentes de alimentacin o puntos de conexin a la red, incluyendo valores de voltajes y de cortocircuito. +Generadores (en su caso), incluyendo su potencial en KVA o MVA, voltaje, impedancias (sncrona, transitoria, subtransitoria, secuencia negativa y secuencia cero) y mtodo de conexin a tierra. +Tamao y tipo de todos los conductores, cables, barras y lneas areas. +Tamao de transformadores, voltajes, impedancias, conexiones y mtodos de conexin a tierra. +Dispositivos de proteccin (fusibles, relevadores, interruptores).

+Transformadores de instrumento (potencial y corriente). +Apartarrayos y banco de capacitores. +capacitores para la mejora del factor de potencia. +Identificacin de cargas (en su caso), incluyendo grandes motores elctricos e impedancias. +Tipos de relevadores. +Ampliaciones futuras. La cantidad de detalle de un diagrama unifilar esta determinado por su uso relativo, el diagrama unifilar conceptual no debe contemplar toda la informacin descrita anteriormente. La simbologa usada en los diagramas unifilares es la que se indica a continuacin:

BARRA SENCILLA. Este tipo de subestaciones que consta solamente de una barra para cada tensin, por lo que ofrecen mayor grado de flexibilidad, ya que una falla en barras produce la salida total, por lo que se procura que tenga la capacidad de poder ser seccionadas a travs de cuchillas. El mantenimiento en ellas se dificulta al no poder transferir el equipo, su utilizacin es principalmente en subestaciones de pequea capacidad o de tipo industrial pequeas.

DOBLE BARRA.

El diagrama tiene como caractersticas que la mitad de las lneas y transformadores se conectan a un juego de barras y la otra mitad a otro juego.

*Desde el punto de vista de continuidad, el arreglo no es bueno debido a que por cada interruptor que necesite revisin se tiene que desconectar el transformador o lnea correspondiente. *la subestacin, en condiciones normales, se opera con el interruptor de amarre y sus dos juegos de cuchillas en posicin de cerrado, de tal manera que, en caso de una falla en uno de los juegos de barras, el otro sigue operando, trabajando la subestacin a media

capacidad, mientras se efectan las maniobras necesarias para librar las cuchillas de todos los circuitos de las barras daadas dejando la subestacin conectada al juego de barras en buen estado, mientras se reparan las barras afectadas INTERRUPTOR Y MEDIO.

El esquema de interruptor y medio mostrado en la figura, se usa normalmente en subestaciones elctricas de la red de transmisin, en voltajes de 230kv o superiores. En este esquema de arreglo de barras para subestaciones. Hay dos barras o buses principales con tres interruptores que conectan a las dos barras. Las lneas de transmisin terminan en un punto elctricamente entre cualquiera de los dos interruptores. El nombre de interruptor y medio viene probablemente de hecho que hay tres interruptores por cada dos lneas de transmisin, o bien, uno y medio interruptor por lnea, el interruptor a medio es, de hecho, compartido por dos lneas.

Para subestaciones con ms de cuatro terminaciones para lneas de transmisin, se requieren ms bahas de interruptores con las lneas terminales en forma similar a la figura siguiente:

BARRA EN ANILLO.

En el esquema de barra en anillo, que se muestra en la siguiente figura, el numero de interruptores es igual al numero de lneas que terminan en la subestacin. La barra en anillo es un diseo ms econmico que el denominado de interruptor y medio, pero tambin ofrece menor flexibilidad y confiabilidad de operacin contra el interrptor y medio.

El nombre de barra o bus en anillo, viene del hecho que los interruptores y el bus de trabajo forma un anillo elctricamente.