ceti manual sunestaciones

8/3/2019 Ceti Manual Sunestaciones

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DIVISIÓN DE ELECTROTECNIACURSO DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS

INSTRUCTOR: TGO. LUIS DAVID VÁZQUEZ MEDRANO



ContenidoIntroducción .................................................................................................................................. 3

Definición: ................................................................................................................................. 3

Clasificación de las subestaciones: ............................................................................................. 3

Según su función: ................................................................................................................... 3

Según emplazamiento: ........................................................................................................... 4

Según su posición dentro de la red: ........................................................................................ 5

Clasificación de las tensiones: .................................................................................................... 6

Aparatos de maniobra y corte ........................................................................................................ 7

Tipos de seccionadores .............................................................................................................. 8

Tipos de interruptores: ............................................................................................................ 10

Aparatos y equipos de protección y medida ................................................................................. 12

Pararrayos o auto-válvulas: ...................................................................................................... 12

Transformadores de medida y protección: ............................................................................... 12

Los relés de protección ............................................................................................................ 14

Transformador ............................................................................................................................. 15

Aisladores .................................................................................................................................... 17

Aisladores de líneas eléctricas .................................................................................................. 17

Materiales de los aisladores ..................................................................................................... 17

Forma de los aisladores ............................................................................................................ 18

Características mecánicas ........................................................................................................ 19

Características eléctricas .......................................................................................................... 19

Sistema de puesta a tierra............................................................................................................ 20

Ejercicios ..................................................................................................................................... 23



Introducción

Para poder transmitir la energía eléctrica en las redes de transmisión y distribución sin tener

pérdidas que afecten al servicio de manera que lo vuelvan inoperable es necesario que los valores

de voltaje varíen a lo largo de la red, con voltajes altos para grandes distancias y con voltajes bajos

para el uso residencial y voltajes medios para uso industrial. Para realizar estas variaciones de

tensión se utilizan las subestaciones eléctricas; pero esto no significa que sea su única función

como veremos a continuación.

Definición:

Una subestación eléctrica es aquella instalación compuesta por los adecuados elementos demando, corte, medida, regulación, transformación y protección; y cuya misión es la realización de

una o más de las siguientes funciones:

– Transformación de la tensión

– De la frecuencia

– Del número de fases

– Rectificación

– Compensación del factor de potencia

– Conexión de dos o más circuitos.

Clasificación de las subestaciones:

Según su función:

De maniobra: destinada a la interconexión de dos o más circuitos

• Todas las líneas que concurren en la subestación a igual tensión

• Permite la formación de nudos en una red mallada

• Aumenta la fiabilidad del sistema

De transformación pura: destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a otro

inferior o viceversa

• Necesario presencia de uno o varios transformadores

• Niveles de transformación

– Transporte----- -----Subtransporte

– Subtransporte------Reparto

– Reparto--------------- Distribución



De transformación/maniobra: destinada a la transformación de tensión desde un nivel superior a

otro inferior o viceversa, así como a la conexión entre circuitos del mismo nivel

• Uso frecuente

De transformación/cambio del número de fases: destinada a la alimentación de redes con

distinto número de fases

De rectificación: destinada a alimentar una red en corriente continua

Según emplazamiento:

De intemperie

Cuarto de control



De interior• Elementos protegidos frente a agentes atmosféricos

• Distancias menores

• Más caras

Blindadas

Según su posición dentro de la red:

Subestaciones en las plantas generadoras o centrales eléctricas.

Estas se encuentran en las centrales eléctricas o plantas generadoras de electricidad, para

modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores, permitiendo así

la transmisión en alta tensión en las líneas de transmisión. Los generadores pueden

suministrar la potencia entre 5 y 25 kV y la transmisión depende del volumen, la energía y la

distancia.

Subestaciones receptoras primarias.

Se alimentan directamente de las líneas de transmisión, y reducen la tensión a valores

menores para la alimentación de los sistemas de subtransmisión o redes de distribución, de

manera que, dependiendo de la tensión de transmisión pueden tener en su secundario

tensiones de 115, 69 y eventualmente 34.5, 13.2, 6.9 o 4.16 kV.



Subestaciones receptoras secundarias.

Generalmente estas están alimentadas por las redes de subtransmisión, y suministran la

energía eléctrica a las redes de distribución a tensiones entre 34.5 y 6.9 kV.

Clasificación de las tensiones:

Tabla 1.1: Fases de utilización de la tensión

Tabla 1.2: Valores y uso de la tensión en redes



Aparatos de maniobra y corte

Su función es la de permitir un servicio continuo y aislar eléctricamente partes del sistema que,

por diferentes motivos, deban quedar libres de tensión. En las estaciones y subestaciones

transformadoras nos encontraremos con los siguientes aparatos que realizan funciones de corte y

maniobra.

- Seccionadores:Se usan para cortar tramos del circuito de forma visible. Para poder realizar la maniobra necesitan

estar libres de carga, es decir, en el momento de la apertura no debe circular corriente alguna a

través de él.

- Interruptores:

Estos dispositivos son capaces de soportar grandes corrientes de cortocircuito durante un periododeterminado de tiempo, esto les permite realizar la maniobra con carga. Deben accionarse de

forma manual y su apertura no es visible.

- Interruptor-seccionador:Realizan la misma función del interruptor con la peculiaridad de que su apertura se aprecia

visualmente.

- Interruptores automáticos o disyuntores:Al igual que los interruptores, realizan la labor de maniobra en condiciones de carga. En realidad

estos son los usados habitualmente y no los interruptores manuales, ya que estos actúan

automáticamente en caso de anomalía eléctrica. Para este accionamiento automático se ayudande unos aparatos llamados relés de protección. Deben incorporar un sistema de extinción del arco

eléctrico para su correcto funcionamiento



Tipos de seccionadores

Dentro de los seccionadores encontramos los siguientes como los mas comunes:

1.- Seccionador de cuchillas giratorias:Como su propio nombre indica, la forma constructiva de estos seccionadores permite

realizar la apertura mediante un movimiento giratorio de sus partes móviles. Su constitución

permite el uso de este elemento tanto en interior como en intemperie.



2.-Seccionador de cuchillas deslizantes:El movimiento de sus cuchillas se produce en dirección longitudinal (de abajo a arriba). Son

los más utilizados debido a que requieren un menor espacio físico que los anteriores, sin

embargo, presentan una capacidad de corte menor que los seccionadores de cuchillasgiratorias.

3.- Seccionadores de columnas giratorias:Su funcionamiento es parecido al de los seccionadores de cuchillas giratorias, la diferencia

entre ambos radica en si la pieza aislante realiza el movimiento de manera solidaria a la

cuchilla. En los seccionadores de columnas giratorias, la columna aislante que soporta la

cuchilla realiza el mismo movimiento que ésta. Están pensados para funcionar en

intemperie a tensiones superiores a 30 kV.



4.-Seccionadores de pantógrafo:Estos seccionadores realizan una doble función, la primera la propia de maniobra y corte y

la segunda la de interconectar dos líneas que se encuentran a diferente altura. En este tipo

de seccionadores se debe prestar especial atención a la puesta a tierra de sus extremos.

Tipos de interruptores:

Los interruptores son elementos de corte en carga que actúan de manera automática cuando

ocurre alguna anomalía. Al producirse la maniobra en carga, entre los extremos del aparato puede

producirse un arco eléctrico, estos elementos incorporan varios sistemas para extinguir ese arco y

evitar de esta manera las consecuencias que ello pudiera tener. Dependiendo del sistema o

material utilizado para producir la extinción del arco eléctrico se distinguen varios tipos de

interruptores:

- Interruptor de ruptura al aire:Este tipo de disyuntor, tiene su mecanismo interior al aire, usando la propia atmósfera del

retorno y su elevada velocidad de desconexión para extinguir el arco. Evidentemente este

no es el sistema de extinción más eficaz y es por eso que su uso se limita a la media tensión,

resultando inviable su uso en instalaciones de mayor tensión.

- Interruptor con auto-formación de gases extintores:Incorporan una serie de placas, cuya evaporación producida por la alta temperatura del arco

eléctrico produce gases cuyas características los permiten extinguir arcos eléctricos con

cierta efectividad. Su uso está limitado a maniobras de escasa potencia.



- Interruptor con soplado auto-neumático:Incorpora un cilindro que lanza una gran cantidad de aire comprimido sobre la zona en la

que se produce el arco. Esta expulsión de aire se realiza gracias al empuje de un pistón,

movido por los propios contactos del interruptor en la maniobra de apertura. Estánpreparados para trabajar hasta tensiones de 24 kV.

- Interruptor de aceite:Sus contactos se sumergen en una cuba de aceite aislante que tiene la propiedad de enfriar

los contactos del interruptor. Conllevan el riesgo de inflamabilidad del aceite y requieren un

gran mantenimiento, haciéndolos poco aconsejables para grandes potencias y secciones.

- Interruptor de hexafloruro de azufre:Su funcionamiento es igual al de los interruptores con soplado autoneumático, solo que

estos en vez de expulsar aire expulsan a gran presión un gas llamado hexafloruro de azufre

(SF6), cuyas propiedades eléctricas son muy superiores a las de cualquier aislante conocido.Actualmente son los más utilizados, siendo los únicos aptos para el uso en muy alta tensión.

- Interruptores en vacío:Los contactos del aparato van inmersos en una cámara de vacío donde, al no existir ningún

elemento, no se produce continuidad del arco. Son muy simples y suelen utilizarse en

tensiones hasta 50 kV.



Aparatos y equipos de protección y medida

Los aparatos de protección y medida son aquellos que tienen por misión tomar los valores

oportunos de la instalación, registrarlos y compararlos con otros valores de referencia y actuar

sobre los actuadores de protección en caso de que esto fuera necesario. El equipo de protección

de las subestaciones y estaciones transformadoras, está compuesta además de por los ya

mencionados interruptores por los siguientes elementos:

Pararrayos o auto-válvulas:

Son los encargados de absorber las sobretensiones que pudieran producirse por

inclemencias atmosféricas como puede ser la caída de un rayo. De esta manera evitan que

sean los aisladores los elementos que reciban estas sobretensiones, ya que esto ocasionaría

grandes desperfectos en el aislamiento. Deben conectarse por un extremo a la línea que sequiere proteger y por el otro a la red de tierra. Para su dimensionamiento se deberá tener

en cuenta que, para que una auto-válvula comience a actuar, entre sus extremos debe

superarse una tensión de referencia, debido a esto no nos debemos quedar cortos ya que el

pararrayos podría actuar con simplemente detectar entre sus extremos la tensión nominal

de la línea.

Transformadores de medida y protección:

Su misión es la de reducir los valores nominales de tensión e intensidad para que puedan ser

utilizados por pequeños aparatos de medida (voltímetros y amperímetros) y pequeños aparatosde protección (relés). Estos elementos cumplen una segunda función, que es la de evitar que en

los elementos que vayan a ser manipulados por personas aparezcan valores elevados de tensión e

intensidad



Esquema básico de conexión

Los transformadores de instr

entre el circuito primario

medición. Este aislamiento

Además del aislamiento, los

Los transformadores de instr

(VT) y transformadores de c

circuito de control, mientras

secundarias proporcionalme

de los transformadores de medida.

umentos se utilizan principalmente para propo

rincipal y el circuito de control secundario

e consigue mediante acoplamiento magnético

iveles de magnitud se reducen a niveles más se

mentos se dividen en dos categorías: los transf

rriente (CT). La bobina primaria del VT se cone

que el devanado primario del CT está conectado

te transforman los valores del primario a valore

cionar el aislamiento

los dispositivos de

de los dos circuitos.

uros.

rmadores de tensión

ta en paralelo con el

en serie. Las bobinas

s típicos de 120 V y 5



A. Los dispositivos de seguimiento o monitoreo como vatímetros, medidores de factor de

potencia, voltímetros, amperímetros, relés etcétera, se conectan a los circuitos secundarios.

Los relés de protección

Los relés son pequeños mecanismos que funcionan a baja tensión y cuya función es actuar sobre

una serie de contactos cuando entre sus extremos aparece una tensión determinada.

En las estaciones y subestaciones transformadoras, se utilizan para actuar sobre elementos de una

mayor calibre (interruptores), siempre que desde el equipo de medida llegue esa orden, la cual se

produce cuando en el aparato de medida aparece un valor distinto a una serie de valores de

referencia.

*Esquema de funcionamientoEl relé de protección se compone de seis partes bien diferenciadas y cada una con una

función distinta dentro del mecanismo:- Órgano de entrada:

Son los propios transformadores de tensión e intensidad.

Aunque no forman parte del relé de protección, el funcionamiento de éste no sería posible

sin ellos.

- Órgano de conversión:Esta parte aparece siempre y cuando sea necesario adaptar las señales procedentes del

órgano de entrada para su utilización en el relé.

- Órgano de medida:Registra los datos procedentes de los órganos anteriores decide si actuar en consecuencia

sobre la protección o no.

- Órgano de salida:Su misión es amplificar la señal procedente de los órganos anteriores para que ésta sea

capaz de hacer funcionar una serie de contactos de mando (contactores).

- Órgano accionador:No forma parte del relé ya que se trata de la bobina interna del interruptor, que es la

encargada de mover los contactos del aparato cuando entre sus extremos aparece una

tensión suficiente.

- Fuente auxiliar de alimentación:Se encarga de alimentar al relé de manera permanente.



Transformador

Transformador de potencia sumergido en aceiteEl transformador con cuba de aceite y depósito de expansión es el más utilizado en las estaciones

y subestaciones transformadoras. Para hacerlo más funcional, en el propio transformador se

incorporan una serie de elementos de control, protección, etc.; que lo hacen más práctico y

seguro. Estas son las partes constructivas que forman parte del transformador:

- Pasa-tapas de entrada:

Conectan el bobinado primario del transformador con la red eléctrica de entrada a laestación o subestación transformadora.

- Pasa-tapas de salida:Conectan el bobinado secundario del transformador con la red eléctrica de salida a la

estación o subestación transformadora.

- Cuba:Es un depósito que contiene el líquido refrigerante (aceite), y en el cual se sumergen los

bobinados y el núcleo metálico del transformador.



- Depósito de expansión:

Sirve de cámara de expansión del aceite, ante las variaciones se volumen que sufre ésta

debido a la temperatura.- Indicador del nivel de aceite:

Permite observar desde el exterior el nivel de aceite del transformador.

- Relé Bucholz:Este relé de protección reacciona cuando ocurre una anomalía interna en el transformador,

mandándole una señal de apertura a los dispositivos de protección.

- Desecador:Su misión es secar el aire que entra en el transformador como consecuencia de la

disminución del nivel de aceite.

- Termostato:Mide la temperatura interna del transformador y emite alarmas en caso de que esta no sea

la normal.- Regulador de tensión:

Permite adaptar la tensión del transformador para} adaptarla a las necesidades del

consumo. Esta acción solo es posible si el bobinado secundario está preparado para ello.

- Placa de características:En ella se recogen las características más importantes del transformador, para que se pueda

disponer de ellas en caso de que fuera necesaria conocerlas.

La placa característica será metálica e inoxidable fijada al fondo del compartimiento de

conexiones. Tendrá la siguiente información en español:

-Tipo de transformador(pedestal)

-Nombre del fabricante.

-Número de serial.

-Año de fabricación.

-Número de fases.

-Frecuencia.

-Capacidad (KVA).

-Voltaje nominal primario(Voltios).

-Voltaje nominal secundario(Voltios).

-Voltaje nominal en cada derivación (Voltios).

-Nivel básico de aislamiento-BIL(KV)

-Aumento promedio de temperatura en devanados(˚C).

-Temperatura ambiente promedio diaria (40˚C).

-Impedancia (%)

-Peso total aproximado (Kg)-Diagrama de conexión (Unifilar)

-Identificación del líquido aislante.

-Litros aproximados del líquido aislante.

- Grifo de llenado:Permite introducir líquido refrigerante en la cuba del transformador.

- Radiadores de refrigeración:Su misión es disipar el calor que se pueda producir en las carcasas del transformador y

evitar así que el aceite se caliente en exceso.



Aisladores

Aisladores de líneas eléctricas

Los aisladores cumplen la función de sujetar mecánicamente el conductor manteniéndolo aislado

de tierra y de otros conductores.

Deben soportar la carga mecánica que el conductor transmite a la torre a través de ellos.

Deben aislar eléctricamente el conductor de la torre, soportando la tensión en condicionesnormales y anormales, y sobretensiones hasta las máximas previstas (que los estudios de

coordinación del aislamiento definen con cierta probabilidad de ocurrencia).

La tensión debe ser soportada tanto por el material aislante propiamente dicho, como por su

superficie y el aire que rodea al aislador.

La falla eléctrica del aire se llama contorneo, y el aislador se proyecta para que esta falla sea

mucho más probable que la perforación del aislante sólido.

Surge la importancia del diseño, de la geometría para que en particular no se presenten en el

cuerpo del aislador campos intensos que inicien una crisis del sólido aislante.

Materiales de los aisladores

Históricamente se han utilizado distintos materiales, porcelana, vidrio, y actualmente materiales

compuestos, y la evolución ha ocurrido en la búsqueda de mejores características y reducción de

costos.

PORCELANA, es una pasta de arcilla, caolín, cuarzo o alúmina se le da forma, y por horneado se

obtiene una cerámica de uso eléctrico.



El material es particularmente resistente a compresión por lo que se han desarrollado

especialmente diseños que tienden a solicitarlo de esa manera.

VIDRIO, cristal templado que cumple la misma función de la porcelana, se trabaja por moldeadocolándolo, debiendo ser en general de menos costo.

Se puede afirmar que en general la calidad de la porcelana puede ser mas controlada que la del

vidrio, esta situación es evidenciada por una menor dispersión de los resultados de los ensayos de

rotura.

MATERIALES COMPUESTOS:

Fibras de vidrio y resina en el núcleo, y distintas "gomas" en la parte externa, con formas

adecuadas, han introducido en los años mas recientes la tecnología del aislador compuesto.

Estas modernas soluciones con ciertas formas y usos ponen en evidencia sus ventajas sobre

porcelana y vidrio.

Forma de los aisladores

La forma de los aisladores está en parte bastante ligada al material, y se puede hacer la siguiente

clasificación:

AISLADORES DE CAMPANA: (también llamados de disco) generalmente varios forman una cadena,

se hacen de vidrio o porcelana con insertos metálicos que los articulan con un grado de libertad

(horquilla) o dos (caperuza y badajo, cap and pin).

Las normas fijan con detalle geometría, tamaños, resistencia electromecánica, ensayos.

AISLADORES DE BARRA, los hay de porcelana, permiten realizar cadenas de menor cantidad de

elementos (mas cortas), la porcelana trabaja a tracción y existen pocos fabricantes que ofrecen

esta solución, especialmente si se requieren elevadas prestaciones, ya que no es una solución

natural para este material, en cambio es la solución natural de los aisladores de suspensión

compuestos.

Mientras que para la porcelana se limita la longitud de la barra y en consecuencia para tensiones

elevadas se forma una cadena de algunos elementos, para el aislador compuesto siempre serealiza un único elemento capaz de soportar la tensión total.

AISLADORES RIGIDOS, en tensiones bajas y medias tienen forma de campana, montados sobre un

perno (pin type) y se realizan de porcelana o vidrio.

A medida que la tensión crece, tamaño y esfuerzos también, y se transforman en aisladores de

columna aptos para soportar esfuerzos de compresión y de flexión (post type) y pueden asumir la

función de cruceta en líneas de diseño compacto.



En estos casos pueden ser de porcelana y modernamente de materiales compuestos, cuando el

esfuerzo vertical a que se somete la "viga" aislante es muy elevado se agrega un tensor del mismo

material (inclinado 45 grados generalmente) dando origen a una forma de V horizontal.

Los aisladores se completan, como ya indicado, con insertos metálicos de formas estudiadas para

la función, y que tienden a conferir movilidad (en las cadenas) o adecuada rigidez (en las

columnas).

Para evitar solicitaciones anormales e indebidas de los elementos aislantes, los casos mas

comprometidos se resuelven con fusibles mecánicos instalados del lado del conductor o del lado

base y que al romperse permiten el giro del aislador, cargándose entonces en forma mas

favorable.

Al especificar los aisladores se resaltan dos tipos de características, que deben combinar por su

función, las mecánicas, y las eléctricas.

Características mecánicas

Los aisladores de cadena deben soportar solo cierta tracción 7000, 16000 o mas kg.

Los aisladores rígidos deben soportar cierta compresión, y/o cierta flexión.

Los ensayos de características mecánicas se hacen con solicitación eléctrica simultánea.

Al estar sometidos a las inclemencias del tiempo una característica muy importante es la

resistencia al choque térmico (que simula el pasar del pleno sol a la lluvia).

También por los sitios donde se instalan, los aisladores son sometidos a actos vandálicos (tiros con

armas, proyectiles pétreos o metálicos arrojados), es entonces importante cierta resistencia al

impacto.

Frente a estas solicitaciones el comportamiento de los tres tipos de materiales es totalmente

distinto, el vidrio puede estallar, siendo una característica muy importante que la cadena no se

corte por este motivo.

La porcelana se rompe perdiendo algún trozo pero generalmente mantiene la integridad de su

cuerpo, mecánicamente no pierde características, solo son afectadas sus características eléctricas.

Con los aisladores compuestos por su menor tamaño es menos probable que la agresión acierte el

blanco, los materiales flexibles no se rompen por los impactos y las características del aislador no

son afectadas.

Características eléctricas

Los aisladores deben soportar tensión de frecuencia industrial e impulso (de maniobra y/o

atmosféricos), tanto en seco como bajo lluvia.



Influyen en la tensión resistida la forma de los electrodos extremos del aislador.

Una característica importante es la radiointerferencia, ligada a la forma del aislador, a su

terminación superficial, y a los electrodos (morseteria).

En las cadenas de aisladores, especialmente cuando el número de elementos es elevado la

repartición de la tensión debe ser controlada con electrodos adecuados, o al menos

cuidadosamente estudiada a fin de verificar que en el extremo crítico las solicitaciones que se

presentan sean correctamente soportadas.

La geometría del perfil de los aisladores tiene mucha importancia en su buen comportamiento en

condiciones normales, bajo lluvia, y en condiciones de contaminación salina que se presentan en

las aplicaciones reales cerca del mar o desiertos, o contaminación de polvos cerca de zonas

industriales.

La contaminación puede ser lavada por la lluvia, pero en ciertos lugares no llueve suficiente para

que se produzca este efecto beneficioso, o la contaminación es muy elevada, no hay duda de que

la terminación superficial del aislante es muy importante para que la adherencia del contaminante

sea menor, y reducir el efecto (aumentar la duración).

Una característica interesante de los materiales compuestos siliconados es un cierto rechazo a la

adherencia de los contaminantes, y/o al agua.

Sistema de puesta a tierra

Conexión a tierra de subestaciones.

La conexión a tierra de subestaciones es sumamente importante. Las funciones de conectar a

tierra un sistema se enumeran a continuación:

Proporcionar la conexión a tierra para el neutro a tierra para transformadores, reactores y

capacitores.

Constituyen la trayectoria de descarga a pararrayos de barra, protectores, espinterómetros y

equipos similares.

Garantizan la seguridad del personal de operación al limitar las diferencias de potencial que

puedan existir en una subestación.

Proporcionan un medio de descargar y desenergizar equipo para efectuar trabajos de

conservación en el mismo.

Proveen una trayectoria de resistencia suficientemente baja a tierra, para reducir al mínimo una

elevación del potencial a tierra con respecto a tierra remota.



Los requerimientos se seguridad de las subestaciones exigen la conexión a tierra de todas las

partes metálicas de interruptores, estructuras, tanques de transformadores, calzadas metálicas,

cercas, montajes de acero estructural de edificios, tableros de conmutación, secundarios de

transformadores de medida, etc., de manera que una persona que toque el equipo o se encuentrecerca del mismo, no pueda recibir descarga peligrosa si un conductor de alto voltaje relampaguea

o entra en contacto con cualquier parte del equipo arriba enumerado. En general, esta función se

satisface si toda la armazón metálica con la que una persona pueda hacer contacto o que una

persona pueda tocar al estar de pie en tierra, se encuentra de tal modo unida y conectada a tierra

que no puedan hacer potenciales peligrosos. Esto significa que toda parte individual del equipo,

toda columna estructural, etc., debe tener su propia conexión al emparrillado a tierra de la

estación.

Una fuente muy útil de información con respecto a la conexión a tierra de subestaciones está

contenida en la guía completa de la norma IEEE 80-1976, IEEE Guide for Safety in Substation

Grounding, publicada en junio de 1976. Mucha de la siguiente información se basa enrecomendaciones indicadas en la norma IEEE 80.

El sistema básico de tierra de subestaciones, utilizado en la mayor parte de las plantas eléctricas,

toma la forma de una red de conductores enterrados horizontalmente. La razón por la que la red o

emparrillado sean tan eficaces se atribuye a lo siguiente:

En sistemas en donde la corriente máxima de tierra puede ser muy alta, raras veces es posible

obtener una resistencia de tierra que sea tan baja como para garantizar que la elevación total del

potencial del sistema no alcance valores inseguros para las personas. Si éste es el caso, el riesgo

puede corregirse sólo mediante el control de potenciales locales. Una rejilla es por, lo general, el

modo más práctico de lograr esto último.

En subestaciones clase HV y EHV , no hay un electrodo que por sí solo sea adecuado para

proporcionar la necesaria conductividad y capacidad de conducción de corriente. Sin embargo,

cuando varios de ellos se conecten entre si, y a estructuras, bastidores de equipos, y neutros de

circuitos que deban conectarse a tierra, el resultado es necesariamente una rejilla cualquiera que

sea la meta original. Si esta red a tierra se entierra en un suelo de conductividad razonablemente

buena, proporciona un excelente sistema de conexión a tierra.

El primer paso en el diseño práctico de una rejilla o emparrillado consiste en examinar el plano de

recorrido del equipo y estructuras. Un cable continuo debe rodear el perímetro de la rejilla para

abarcar tantas tierras como sea práctico, evitar concentración de corriente y por lo tanto

gradientes elevados en puntas de cables a tierra. Dentro de la rejilla, los cables deberán colocarse

en líneas paralelas y a distancias razonablemente uniformes; cuando sea práctico, deben instalarse

a lo largo de hileras de estructuras o equipo para facilitar las conexiones a tierra. El diseño

preliminar debe ajustarse de manera que la longitud total del conductor enterrado, incluso

empalmes y varillas, sea por lo menos igual a la longitud requerida para mantener las diferencias

de potencial locales dentro de límites aceptables.

Un sistema típico de rejilla para una subestación puede tener alambre desnudo de cobre trenzado,

núm 4/0, de 12 a 18 pulgadas abajo del nivel y separados en forma de rejilla entre 10 y 20 pies.

(Sin embargo, muchas veces se utilizan otros calibres de conductores, profundidades y

separaciones entre conductores en la red.) Los alambres 4/0 de cada unión deben estar unidos



firmemente entre si, y también puede estar conectada una varilla enterrada de acero y recubierta

de cobre, de 5/8 de pulgada de diámetro y alrededor de 8 pies de largo. En suelos cuya resistencia

sea muy elevada, puede ser conveniente enterrar las varillas a mayor profundidad. (Se han

enterrado varillas hasta de 100 pies de longitud.) Un sistema típico de rejilla suele extenderse entoda la playa de distribución y , a veces, incluso unos pocos pies fuera de la cerca que rodea al

edificio y el equipo.

Para asegurarse que todos los potenciales a tierra alrededor de la estación sean iguales, los

diversos cables o barras a tierra de la playa y del edificio de la subestación deben unirse mediante

conexiones múltiples fuertes y conectarse todos a la tierra principal de la estación. Esto es

necesario para que no haya diferencias apreciables de voltaje entre los extremos de cables

tendidos entre la playa de distribución y el edificio de la subestación.

Algunas corrientes elevadas de tierra, como la que pueden circular en los neutros de

transformadores durante fallas a tierra, no deben aparecer en conexiones a tierra (emparrillados ogrupos de varillas) de zonas pequeñas, con objeto de reducir al mínimo los gradientes de potencial

en la zona que rodea las conexiones a tierra. Dichas zonas deben tener alambres de grueso calibre,

para que puedan manejar adecuadamente las más difíciles condiciones de magnitud y duración de

corrientes de falla.

Por lo general se utilizan cables o tiras de lámina de cobre para conexiones a tierra de bastidores

de equipos. Sin embargo, los tanques de transformadores se utilizan a veces como parte de la

trayectoria a tierra de pararrayos que a aquellos se conecten. Análogamente, se pueden utilizar

estructuras de acero como parte de la trayectoria a tierra si se puede establecer que la

conductividad, incluso la de cualquiera de las juntas, es y puede mantenerse como equivalente a la

del conductor de cobre que de otra forma se requeriría. Estudios realizados por algunas

compañias de electricidad han llevado a que, en forma satisfactoria, se utilicen estructuras de

acero como parte de la trayectoria al emparrillado a tierra desde alambres aéreos, pararrayos, etc.

Cuando se siga esta práctica, cualquier película de pintura que pudiera introducirse en las juntas y

producir alta resistencia se debe eliminar y aplicarse entonces un compuesto apropiado u otro

medio efectivo en la junta para evitar el subsecuente deterioro de la junta por oxidación.

Las conexiones entre los diversos alambres a tierra y la rejilla de cables y conexiones dentro de la

rejilla se cables suelen hacerse con abrazaderas, y soldadura eléctrica.



Ejercicios



Una subestación completam

juego de semi-barras simples

El esquema de conexión serí

ente real podría ser esta: subestación transfo

.

éste:

rmadora 66/20 kV y



Supongamos que la situación inicial es tal que las líneas 3, 4, 5, y 6 se alimentan a

20 kV a través de la línea I. Si esta es la situación, el estado de los aparatos será el siguiente:

- Los interruptores 2.1, 2.2, 2.3 y 2.4; y los seccionadores 1.1, 1.2, 1.3 y 1.4 están cerrados, de esta

manera se da servicio a través de la línea 1, a las líneas 3 y 4.- Para unir las dos semi-barras el interruptor 2.9 y los seccionadores 1.9 y 1.10 estarían cerrados.

- Para que se alimenten las líneas 5 y 6, estarían cerrados los interruptores 2.7 y 2.8 y los

seccionadores 1.7 y 1.8.

De esta manera todas las líneas quedarían alimentadas a través de la línea I, quedando la línea II

sin servicio permaneciendo los interruptores 2.5 y 2.6 y los seccionadores 1.5 y 1.6 abiertos.

Para que veamos el orden en que se realizan las maniobras en estas instalaciones, realizaremos el

siguiente ejemplo:

Se pretende de dejar sin servicio el ramal perteneciente a la línea I, y activar el servicio de la

línea II, de manera que las líneas III, IV, V y VI queden alimentadas a través de la línea II.

Para realizar esta maniobra correctamente, deberemos seguir la siguiente secuencia: - Lo primero que debemos hacer es cerrar el seccionador 1.5 y a continuación el interruptor 2.5,

de esta manera alimentaremos el bobinado primario del transformador II (es importante realizar

primero la maniobra en el seccionador y a continuación en el interruptor, ya que como ya se ha

dicho antes, los seccionadores no pueden realizar maniobras en situación de carga).

- Cierre del seccionador 1.6.

- En este punto nos debemos asegurar que no habrá ningún problema a la hora de interconectar

las dos líneas, comprobando que concuerdan perfectamente en tensión y fases, una vez hecho

esto cerramos el interruptor 2.6.

- Llegados a este punto, las líneas III, IV, V y VI están alimentadas tanto por la línea I como por la II.

Como nosotros lo que queremos es que solo queden alimentadas por la línea II, deberemos seguir

la secuencia que se describe a continuación para dejar sin servicio el ramal de la línea I.

- Ya que los seccionadores no pueden realizar maniobras en carga, lo primero que habrá que hacer

es abrir el interruptor 2.2, de esta manera se libera de carga el seccionador 1.2 y podremos

realizar en él la maniobra de apertura.

- Una vez abiertos el interruptor 2.2 y el seccionador 1.2, habremos dejado sin servicio el lado de

20 kV del ramal de la línea I. Ahora habrá que continuar para dejar sin servicio el lado de 66 kV del

mismo ramal.

- Abriremos primero el interruptor 2.1 y a continuación el seccionador 1.1, seguimos este orden

por la razón anteriormente expuesta.

Finalmente la aparamenta de la subestación quedaría en la siguiente posición:



Como se observa en el esq

tensión sin necesidad de qu

podría realizarse en situac

transformador del ramal I sin

Aclaraciones:

En este caso no existe necesi hemos supuesto que las líne

seccionador 1.6, abría que a

para evitar problemas que p

Por supuesto, los seccionado

que la instalación esté en ser

tierra.

ema final, el transformador perteneciente al

e queden sin alimentar las líneas III, IV, V y VI

iones reales, un ejemplo podría ser el te

necesidad de cortar el suministro eléctrico en el

d ad de abrir el interruptor 2.9 ni los seccionados concuerdan perfectamente. En caso de no ser

brir el interruptor 2.9, y a continuación los secc

dieran surgir debido a las discordancias entre lín

res de tierra (3.1, 3.2, 3.3 y 3.4) deben perman

vicio, con el fin de asegurar la continuidad eléct

ramal I quedaría sin

. Esta maniobra bien

er que sustituir el

resto de líneas.

es 1.9 y 1.10, porqueasí, antes de cerrar el

ionadores 1.9 y 1.10,

eas.

cer cerrados siempre

ica entre las masas y

ceti manual sunestaciones

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