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SUPERVISIÓN DE PROYECTOS DE CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA ELECTROMECÁNICA DE SUBESTACIONES

ELÉCTRICAS DE POTENCIA

MÓDULO 1

CONSTRUCCIÓN DE LA OBRA ELECTROMECÁNICA DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS DE POTENCIA

UNIDAD 1

REQUISITOS GENERALES PARA LA CONSTUCCIÓN DE OBRA ELECTROMECÁNICA Y PRINCIPIOS TEÓRICOS

EN SUBESTACIONES

UNIDAD 1

REQUISITOS GENERALES PARA LA

CONSTRUCCIÓN DE OBRA

ELECTROMECÁNICAY PRINCIPIOS TEÓRICOS EN

SUBESTACIONES

Objetivo

Introducción

Contenido:

1.1 Requisitos generales para construcción de obra electromecánica

1.2 Principios teóricos en subestaciones

1.2.1Subestación eléctrica

1.2.2 Simbología

1.2.3 Buses o barras colectoras

1.2.4 Tipos de arreglos

1.2.5 Nomenclatura

1.2.6 Tipos de planos para construcción

1.2.7 Interpretación de diagramas

1.2.8 Ejemplo de la interpretación de un arreglo normalizado

Conclusión

Fuentes de consulta

01

01

03

03

06

06

12

15

16

35

38

40

51

52

52

Objetivo

Al término de la unidad uno, el participante podrá recono-cer y verificar la documentación, los recursos humanos y materiales (herramientas y equipo de medición), con que el contratista debe contar durante el proceso constructivo de la obra electromecánica de subestaciones eléctricas de potencia convencionales.

Introducción

Durante la construcción de la obra electromecánica de subestaciones eléctricas, se requiere que el supervisor conozca cómo evaluar los requisitos generales indispensa-bles con que debe cumplir el constructor al llevar a cabo el proceso de montaje de los equipos.El supervisor debe tener los conocimientos necesarios para desempeñar con eficiencia su función en el montaje electromecánico de equipos de subestaciones eléctricas convencionales.Es fundamental que el supervisor identifique: los recursos humanos, materiales y la documentación que se requiere durante el proceso, así como la comprensión de los princi-pios teóricos que constituyen la base de este módulo.

01

CONSTRUCCIÓN DE OBRA ELECTROMECÁNICA

1.1 Requisitos generales para construcción de obra electromecánica

Para la verificación de los conceptos de obra electromecánica, el supervisor debe tomar en cuenta los siguientes as-pectos generales:

Superintendente de construcción

Supervisor

Responsable del sistema de gestión

Residente de obra

Personal especializado

Es la persona que coordina, programa, dirige, controla y evalúa las acciones que permitan cumplir eficientemente con la construcción de la obra electromecánica.

Es el personal en obra que vigila directamente la construcción de cada uno de los conceptos del montaje electromecánico de la obra.

Es la persona cuya función es vigilar el cumplimiento del sistema de calidad, ambiental y seguridad y salud en el trabajo durante el desarrollo del montaje electromecánico de la obra.

Es la persona encargada de llevar directamente el montaje electromecánico de la obra.

Es el personal encargado de realizar una actividad específica requerida durante el desarrollo de la obra; como pueden ser electricistas, montadores, linieros, soldadores, etcétera.

Recursos humanos

02

Recursos humanos

Documentos

Es el documento firmado por voluntad de dos partes (Comisión Federal de Electricidad y el contratista), mediante el cual se crean derechos y obligaciones y en el que se establecen actividades y trabajos a cargo del contratista. Existen dos tipos:

Obra Pública Financiada Obra Pública Presupuestal

Es el instrumento técnico de control de los trabajos legalmente reconocido, que constituye el medio de comunicación entre el contratista y CFE, a través de los representantes designados oficialmente por ambas partes y en el que deberán referirse los asuntos y eventos importantes que se presentan durante la ejecución de las obras públicas y servicios relacionados con las mismas.

Es el documento expedido por una empresa certificadora que avala la calidad de los equipos y/o materiales.

Son los planos ya validados y autorizados para su construcción.

Es el documento en el cual se registran los procesos de la obra.

Contrato de obra

Bitácora de obra

Certificado de calidad

Planos de diseño autorizados para

construcción

Instrucciones de trabajo

03


Equipos y herramientas

Instructivos de fabricante

Especificaciones de CFE

Son los documentos que describen: el funcionamiento, armado, instalación y mantenimiento de los elementos e incluyen diagramas mecánicos y eléctricos, así como el protocolo de pruebas.

Son los documentos normalizados y aplicables en los cuales se describen los procesos constructivos de una obra.

Torquímetro

Dinamómetro

Empalmadora

Máquina de secado y llenado de aceite, mangue-

ras y conexiones

Equipo de llenado del gas SF 6

Es la herramienta que se utiliza para dar el par de apriete de acuerdo con las características del tipo de material de tornillos y tuercas.

Es la herramienta que se utiliza para medir una tensión aplicada en el tendido de buses.

Es la herramienta que se utiliza principalmente para comprimir los diferentes tipos de herrajes a compresión con los conductores.

Es el equipo que se utiliza para el tratamiento de secado y llenado de aceite de los transforma-dores de potencia.

Es el equipo que se utiliza para realizar el llenado del gas SF6 a los interruptores de potencia.

04

Grúa Es el equipo especial utilizado para levantar, elevar, distribuir y colocar los equipos y materiales en su ubicación definitiva.

05

Equipos de medición

Medidor de resistencia del aislamiento

Factor de potencia

TTR (relación de transformación)

Dúcter

Medidor de rigidez dieléctrica

Medidor de punto de rocío

Es el instrumento estándar para la verificación de la resistencia de aislamiento.

Es el instrumento que se utiliza para detectar las pérdidas dieléctricas de los aislamientos, como son: porcelana y aceite aislante.

Es el instrumento que se utiliza para la medición de la relación de transformación.

Es el instrumento que se utiliza para la medición de la resistencia de contactos principalmente en cuchillas e interruptores.

Es el instrumento que se utiliza para verificar las condiciones de rigidez dieléctrica del aceite aislante.

Es el instrumento que se utiliza para determinar el contenido de humedad de un gas.


1.2 Principios teóricos en subestaciones

1.2.1 Subestación eléctrica

Una subestación eléctrica es un conjunto de elementos o dispositivos de los sistemas eléctricos de potencia donde se modifican los parámetros de tensión y corriente, que sirve como punto de interconexión del sistema de generación de energía eléctrica con el de transmisión y distribución, para llevarla a los centros de consumo.Al diseñar una subestación eléctrica se deben considerar cuatro puntos:

1. Tensiones máximas a las que trabajará 2. Nivel de aislamiento admisible del equipo por instalar 3. Corriente máxima de servicio continuo 4. Corriente máxima de falla (corto circuito)

Clasificación de las subestaciones eléctricas

Dependiendo de la función que desempeñan las subestaciones eléctricas se pueden clasificar: por su servicio, por su construcción o por su arreglo de barras, como indica el siguiente cuadro.

06

Medidor de tiempos de operación

Es el instrumento que se utiliza para verificar los tiempos de apertura y cierre del interruptor de potencia.

07

Subestaciones eléctricas elevadoras

Subestaciones eléctricas reductoras

Subestaciones eléctricas de switcheo

Intemperie

Interior

Blindadas

Híbridas (encapsuladas para operar en intemperie)

Barra principal y barra de transferencia con interruptor de transferencia y/o amarre

Interruptor y medio en “I”

Interruptor y medio en “U”

Doble barra principal y barra de transferencia

Doble barra y doble interruptor

Barra principal y barra auxiliar con interruptor de transferencia o amarre

Figura 1. Tipos de subestaciones

Por su servicio

Por su construcción

Por el arreglo de Barras


08

POR SU SERVICIO

Subestaciones eléctricas elevadoras Una subestación eléctrica es elevadora cuando tiene ban-co de transformación que aumenta el nivel de tensión de las fuentes de alimentación. Este tipo de subestaciones se usa normalmente en las plantas generadoras, cuando se trata de elevar los volta-jes de generación a valores de voltajes de transmisión; es decir, se modifican los parámetros principales de genera-ción de energía eléctrica por medio de transformadores de potencia, estos equipos elevan el voltaje y reducen la corriente para transmitir grandes cantidades de energía eléctrica a grandes distancias; por medio de líneas de transmisión, con el mínimo de pérdidas.

Figura 2. Subestación elevadora

Subestaciones eléctricas reductorasUna subestación eléctrica es reductora cuando tiene banco de transformación que disminuye el nivel de ten-sión de las fuentes de alimentación. En estas subestaciones, los niveles de voltaje de trans-misión (400kV y 230kV) se reducen a niveles de voltaje de subtransmisión (115kV, 69kV y 34.5kV) y distribución (13.8kV), es decir, se reduce la tensión y se incrementa la corriente por medio de transformadores de potencia. Las subestaciones reductoras se conectan a líneas de trans-misión, subtransmisión o distribución para transmitir la energía eléctrica a distancias medias o cortas y alimentar a las redes de distribución de bajos voltajes para su co-mercialización.Estas subestaciones constituyen el mayor número de sub-estaciones en un sistema eléctrico.

Figura 3. Subestación eléctrica reductora

09

Subestaciones eléctricas de switcheo o maniobras

Una subestación es de switcheo cuando no tiene banco de transformación que modifique el nivel de tensión de las fuentes de alimentación. Se emplea cuando no se requiere cambiar el nivel de tensión de los circuitos y/o fuentes de alimentación, y están destinadas a efectuar sólo operacio-nes de maniobra (conexión y desconexión).

Figura 4. Subestaciones eléctricas de switcheo o maniobras

Figura 5. Diagrama de subestaciones eléctricas por su servicio

Subestaciones eléctricas elevadoras (A)

Subestaciones eléctricas reductoras (B)

Subestaciones eléctricas de switcheo (C)


10

POR SU CONSTRUCCIÓN

Subestaciones eléctricas tipo intemperie (AIS) Están diseñadas para operar expuestas a las condicio-nes atmosféricas (lluvia, nieve, viento, etcétera) y ocupan grandes extensiones de terreno. En estas instalaciones se manejan alta y extra alta tensión.

Figura 6. Subestación eléctrica tipo intemperie

Subestaciones eléctricas tipo interior Son subestaciones construidas en el interior de edificios, no son aptas para operar bajo condiciones atmosféricas, actualmente son más utilizadas en la industria, incluyendo la variante de tipo encapsulada.

Figura 7. Subestación eléctrica tipo interior

Subestaciones eléctricas blindadasEn este tipo de subestaciones el equipo está totalmente protegido del medio ambiente. El espacio que ocupan es muy reducido, por lo general, se utilizan en: hospitales, interior de fábricas, auditorios, centros comerciales, luga-res densamente poblados, sitios con alto índice de con-taminación o cualquier otro espacio donde no se cuenta con una extensión grande de terreno para la instalación de una subestación convencional.

11

Figura 8. Subestación eléctrica blindada

Subestaciones eléctricas encapsuladas (GIS)En estas subestaciones, el equipo se encuentra totalmen-te protegido del medio ambiente. El espacio que ocupa es la décima parte de una subestación convencional, todas las partes vivas y equipos que soportan la tensión están contenidos dentro de envolventes metálicos que forman módulos fácilmente conectados entre sí. Estos módulos se encuentran dentro de una atmósfera de gas seco y a presión que en la mayoría de los casos es hexafluoruro de azufre (SF6), que tiene la característica de reducir las dis-tancias de aislamiento y extinción del arco eléctrico, com-parativamente con las del aire. Por lo general, se cons-truyen en lugares donde no se cuenta con una extensión grande de terreno.

Figura 9. Subestación eléctrica encapsulada

Subestaciones eléctricas tipo híbrido (HIS)Este tipo de subestaciones modulares presentan carac-terísticas de las subestaciones convencionales y de las subestaciones encapsuladas. Las barras siguen estando aisladas en aire, pero el equipo viene integrado en un com-partimento aislado en gas. Así se puede compactar una fase de una subestación tipo intemperie aislada en aire en un elemento sencillo y de mucho menor tamaño; una subestación hibrida para su construcción requiere menos de la mitad de espacio que una subestación convencional, de manera que su construcción es muy sencilla, fácil y eco-nómica.


12

Figura 10. Subestación eléctrica híbrida

1.2.2 Simbología

Es la representación de un objeto o equipo por medio de dibujos y/o gráficas.Para la simbología de los equipos y dispositivos se em-plea las disposiciones indicadas en la Norma Mexicana de Abreviaturas y Símbolos para diagrama, planos y equipo eléctrico (NMX-J-136-ANCE-2007, ver apartado Anexo de la sección Documentos en plataforma), las cuales son bá-sicamente las siguientes:

Interruptor de potencia

Cuchilla desconectadora (de operación manual)

Cuchilla desconectadora de operación manual con cuchilla de

conexión a tierra

SÍMBOLOSIGNIFICADO

Cuchilla desconectadora de operación manual con cuchilla de

conexión a tierra

Cuchilla desconectadora de operación con motor

Transformador de potencia (dos devanados)

SÍMBOLO SIGNIFICADO

13

Transformador de potencia con devanado terciario

(tres devanados)

Autotransformador de potencia

Autotransformador de potencia

con devanado terciario

Transformador de corriente tipo devanado - TC

Transformador de corriente tipo boquilla - TC

Transformador de potencial inductivo - TP

Transformador de potencial capacitivo

(Dispositivo de potencial) - DP

Apartarrayos de óxido de zinc

Apartarrayos auto valvular

Trampa de onda

SÍMBOLOSIGNIFICADO SÍMBOLO SIGNIFICADO


14

Banco de capacitores

Reactor de potencia

Filtro de armónicas (5ª ó 7ª)

Válvula de tiristores

Reactor controlado por tiristores

(TCR Thyristor Controlled Reactor)

Capacitor conmutado por tiristores

(TSC Thyristor Switched Capacitor)

CEV Compensador Estático de Vars

(SVC Static VAr Compensator)

Barra colectora

Punto de conexión

Salida de línea de transmisión

Entrada de alimentador

Salida de alimentador

Futuro o existente (en caso de ampliación)

Figura 11. Simbología de los equipos y dispositivos

SÍMBOLOSIGNIFICADO SÍMBOLO SIGNIFICADO

15

1.2.3 Buses o barras colectoras

Una barra colectara es conductor eléctrico flexible o rígi-do, ubicado en una subestación con la finalidad de servir como conector (nodo) de dos o más circuitos eléctricos que se conectan en la subestación.:

Figura 12. Bus rígido

Figura 13. Bus flexible

Una barra colectara es conductor eléctrico flexible o rígi-do, ubicado en una subestación con la finalidad de servir como conector (nodo) de dos o más circuitos eléctricos que se conectan en la subestación.:

Bus en tensión en 400kV, 230kV y 115kV

Buses de alta y media tensiónDistribución, en compensadores estáticos de VARS y terciarios

Buses de media y baja tensión Generación, Tableros de

servicios propios, tableros blindados o metal Cclad

Bus flexible

Bus tubular

Barra plana

Figura 14. Identificación de zonas de aplicación de las barras.

TIPOS DE BARRAS

IDENTIFICACIÓN DE LAS BARRAS


16

1.2.4 Tipos de arreglo

Barra simple

Figura 16. Diagrama de una barra simple

17

No existe compromiso entre la ubicación física de las bahías de los elementos y la funcionalidad de la subestación.

Con un interruptor fuera de servicio, el “disparo” o salida de un elemento, ocasiona la pérdida de únicamente el elemento disparado.

Permite realizar arreglos de relieve bajo, ya que sólo se requieren dos niveles de conductor ener-gizado para la conectividad entre equipos por lo que no requiere de una estructura mayor, como consecuencia tiene un menor impacto visual, lo que puede dar como resultado el uso de este tipo de subestaciones en zonas urbanas

El mantenimiento a un interruptor implica la pér-dida del elemento correspondiente.

Una falla en la barra principal ocasiona la pérdi-da de todos los elementos de la subestación.

No permite desenergizar la barra principal sin tener que desconectar todos los elementos de la subestación.

VENTAJAS DESVENTAJAS


18

Barra simple con cuchilla de by pass

Figura 17. Diagrama de una barra simple con cuchillas de by-pass

19

El mantenimiento a un interruptor implica la pérdi-da del elemento correspondiente.

Una falla en la barra principal ocasiona la pérdida de todos los elementos de la subestación.


No existe compromiso entre la ubicación física de las bahías de los elementos y la funcionalidad de la subestación.

En sistemas radiales, el uso de la cuchilla de by-pass permite dar mantenimiento al interrup-tor del elemento que se trate, sin la pérdida del mismo.



A - 3A - 2

A - 4A

- 1

3TC´s 3TC´s

3TC´s 3TC´s

3TC´

s

3TC´

s

3TC´s

3TC´s3TC´s

3TC´s

3TC´

s

3TC´

s

3AP´s

3AD´s 3AP´s

3AD´s

3AP´

s3A

D´s

3AP´s

3AD

´s

3AP´s 3AP´s

AT - 1 AT - 1

20

Anillo

Figura 18. Diagrama de un anillo

21

Desventajas:

Cuando un interruptor está en mantenimiento, el disparo de un elemento puede causar la pérdida de otros elementos.

Existe un alto grado de compromiso entre la ubi-cación física de los elementos y la funcionalidad de la subestación.

La realización de ampliaciones resulta complica-da, ya que es necesario romper el anillo.

El respaldo por falla de interruptor en interrup-tores adyacentes a líneas de transmisión, no es enteramente local. Esta situación resulta inconveniente cuando se tiene transformación o generación compartiendo interruptor con una línea de transmisión.

Permite dar mantenimiento a un interruptor cualquiera sin perder los elementos adyacentes a dicho interruptor.

Pocas maniobras para librar interruptores.

Permite realizar arreglos de relieve bajo, ya que sólo se requieren dos niveles de conductor ener-gizado para la conectividad entre equipos.

Requerimientos mínimos de marcos estructurales.



22

Arreglo de barra principal y barra de transferencia con interruptor de transferencia y/o amarre

Este arreglo se conforma por una barra principal en la que están conectados todos los alimentadores y un interruptor de transferencia que alimenta a través de su barra y su cuchilla al alimentador por sustituir.

Figura 19. Diagrama de un arreglo de barra principal y barra de transferencia con interruptor de transferencia y/o amarre

23

Desventajas:

Una falla en la barra principal ocasiona la pérdi-da de todos los elementos de la subestación.

Es necesario transferir los disparos de protec-ciones al interruptor de transferencia, cuando éste está en uso.


En subestaciones con aislamiento en aire no se pueden realizar arreglos de relieve bajo, ya que requiere tres niveles de conductor energizado para la conectividad entre equipos y barras.

Permite dar mantenimiento a los interruptores (uno a la vez) sin perder el elemento a que perte-nezca el interruptor a reparar.


No existe compromiso entre la ubicación física de las bahías de los elementos y la funcionalidad de la subestación, condición que facilita el acomodo ini-cial de elementos y la realización de ampliaciones.

Con un interruptor fuera de servicio (interruptor de transferencia en uso), el “disparo” o salida de un elemento, ocasiona la pérdida de únicamente el elemento disparado.

Con las previsiones adecuadas, puede escalarse al arreglo de barra principal y barra auxiliar, o bien, al arreglo de doble barra y barra de transferencia; en ambos casos, sin reacomodo de equipos.



24

Arreglo de barra principal y barra auxiliar con interruptor de transferencia o amarre

Este arreglo se conforma por dos barras que pueden operar como barra 1 y barra 2 o barra de transferencia en algunos casos.La carga de los alimentadores regularmente se encuentra conectada a la barra 1 con la posibilidad de transferirla toda a la barra 2, en caso de disturbio o mantenimiento de la barra 1. Cuando ocurre una falla en cualquiera de las barras se interrumpe el flujo de energía. Este arreglo se aplica en subestaciones reductoras.

Figura 20. Diagrama de un arreglo de barra principal y barra auxiliar con interruptor de transferencia o amarre

25

Desventajas:

Se requieren muchas maniobras para usar el in-terruptor de amarre como interruptor de trans-ferencia, ya que es necesario mudar todos los elementos conectados a la barra auxiliar hacia la barra principal.

Es necesario transferir los disparos de protec-ciones al interruptor de transferencia, cuando éste se está usando.


En subestaciones con aislamiento en aire, debido a la disposición física del arreglo, es posible la ocurrencia de una falla que afecte simultánea-mente a las dos barras, aunque dicho evento es poco probable.

Permite dar mantenimiento a los interruptores (uno a la vez) sin perder el elemento a que perte-nezca el interruptor a reparar. Durante el funcionamiento normal de la subes-tación, una falla en cualquiera de las dos barras, ocasiona la pérdida de únicamente los elementos conectados a la barra afectada.Permite desenergizar cualquiera de las dos barras para su limpieza o mantenimiento, sin perder ningu-no de los elementos.No existe compromiso entre la ubicación física de las bahías de los elementos y la funcionalidad de la subestación, condición que facilita el acomodo ini-cial de elementos y la realización de ampliaciones. Con un interruptor fuera de servicio (interruptor de transferencia en uso), el “disparo” o salida de un elemento, ocasiona la pérdida de únicamente el elemento disparado.Permite que la subestación pueda ser operada como dos subestaciones independientes de barra simple, sin limitación en la selección de los elemen-tos de cada barra.Con las previsiones adecuadas, puede escalarse al arreglo de doble barra y barra de transferencia, sin reacomodo de equipos.



26

Arreglo de doble barra principal y barra de transferencia

Este arreglo se conforma por tres barras: barra 1 y barra 2 unidas por un interruptor de amarre y una barra de transferencia. Lo que permite repartir la carga entre las barras 1 y 2, así como también transferir la carga a una sola barra para mantenimiento de la otra.Además, si se requiere mantenimiento para la bahía del alimentador, éste se sustituye por la bahía de transferencia.En caso de un disturbio este arreglo permite mantener una barra energizada y ocupar la de transferencia al mismo tiempo para un alimentador.

Figura 21. Diagrama de un arreglo de doble barra principal y barra de transferencia

27

Desventajas:

Es necesario transferir los disparos de protec-ciones al interruptor de transferencia, cuando éste está en uso.


En subestaciones con aislamiento en aire, debido a la disposición física del arreglo es posible la ocurrencia de una falla que afecte simultánea-mente las dos barras (cadenas de aisladores y cable conductor con trazo en color rojo en el dibujo de corte), aunque dicho evento es muy poco probable.

Pocas maniobras para hacer uso del interruptor de transferencia. Permite dar mantenimiento a los interruptores (uno a la vez) sin perder el elemento a que perte-nezca el interruptor a reparar. La falla de una de las barras ocasiona la pérdida de únicamente los elementos conectados a la barra afectada, aún en el caso en que se esté haciendo uso del interruptor de transferencia. Permite desenergizar cualquiera de las barras para su limpieza o mantenimiento, sin perder ningu-no de los elementos. No existe compromiso entre la ubicación física de las bahías de los elementos y la funcionalidad de la subestación, condición que facilita el acomodo ini-cial de elementos y la realización de ampliaciones.Con un interruptor fuera de servicio (interruptor de transferencia en uso), el “disparo” o salida de un elemento, ocasiona la pérdida de únicamente el elemento disparado.Permite que la subestación pueda ser operada como dos subestaciones independientes de barra principal y barra de transferencia, sin limitación en la selección de los elementos de cada barra princi-pal.



28

Arreglo de interruptor y medio en “I”

Está formado por dos barras enlazadas por tres interruptores en serie que conectan a los dos alimentadores en las partes medias, compartiendo así al interruptor central.

Este arreglo ofrece máxima flexibilidad y confiabilidad operativa, ya que permite desenergizar cualquier barra para su mantenimiento, así como también interrumpir el flujo de energía en los alimentadores.

En caso de disturbio se abren los interruptores: principal y medio, dejando en operación las dos barras correspondien-tes y el otro alimentador.

Figura 22. Diagrama de un arreglo de interruptor y medio en “I”

29

Permite dar mantenimiento a un interruptor cualquiera de una rama sin perder los elementos conectados a esa rama, o bien, a más de un inte-rruptor simultáneamente, siempre y cuando en una rama cualquiera no se saque de operación más de un interruptor.

Se realizan pocas maniobras para librar interrup-tores.

En condiciones normales, la pérdida de una barra no ocasiona la pérdida de elementos. En subestaciones que tengan elementos conve-nientemente distribuidos en las ramas, ante la pérdida de las dos barras, se pueden mantener enlaces operativos entre elementos. En subestaciones con aislamiento en aire, y con disposición física del arreglo en “I”, no existe con-tingencia natural verosímil que afecte simultánea-mente a las dos barras.


Cuando un interruptor está en mantenimiento, el disparo de un elemento puede causar la pérdida de otros elementos.

Existe un alto grado de compromiso entre la ubi-cación física de los elementos y la funcionalidad de la subestación.

Absurdo para subestaciones con menos de 3 (tres) ramas ya que resulta en un arreglo de anillo con interruptores en serie (arreglo de inte-rruptor inútil). En subestaciones con aislamiento en aire no se pueden realizar arreglos de relieve bajo, ya que requiere tres niveles de conductor energizado para la conectividad entre equipos y barras. El respaldo por falla de interruptor en interrup-tores adyacentes a líneas de transmisión, no es enteramente local. Esta situación resulta incon-veniente cuando se tiene transformación o gene-ración compartiendo interruptor con una línea de transmisión.


30

Arreglo de interruptor y medio en “U”

Este arreglo se conforma por dos barras enlazadas por tres interruptores en serie que conectan a los dos alimenta-dores en las partes medias, compartiendo así al interruptor central.Este arreglo ofrece máxima flexibilidad y confiabilidad operativa, ya que permite desenergizar cualquier barra para su mantenimiento, así como también interrumpir el flujo de energía en los alimentadores.En caso de disturbio se abren los interruptores principales y medio, dejando en operación las dos barras correspon-dientes y el otro alimentador.

Figura 23. Diagrama de un arreglo de interruptor y medio en “U”

31

Permite dar mantenimiento a un interruptor cualquiera de una rama sin perder los elementos conectados a esa rama, o bien, a más de un inte-rruptor simultáneamente, siempre y cuando en una rama cualquiera no se saque de operación más de un interruptor.


En condiciones normales, la pérdida de una ba-rra no ocasiona la pérdida de elementos. En subestaciones en las que se tengan elemen-tos convenientemente distribuidos en las ramas, ante la pérdida de las dos barras, se pueden mantener enlaces operativos entre elementos.

En subestaciones con aislamiento en aire, y con disposición física del arreglo en “I”, no existe contingencia natural verosímil que afecte simul-táneamente a las dos barras.


Cuando un interruptor está en mantenimiento, el disparo de un elemento puede causar la pérdida de otros elementos. Existe un alto grado de compromiso entre la ubica-ción física de los elementos y la funcionalidad de la subestación. Absurdo para subestaciones con menos de 3 (tres) ramas ya que resulta en un arreglo de anillo con interruptores en serie (arreglo de interruptor inútil). En subestaciones con aislamiento en aire no se pueden realizar arreglos de relieve bajo, ya que requiere tres niveles de conductor energizado para la conectividad entre equipos y barras. El respaldo por falla de interruptor en interruptores adyacentes a líneas de transmisión, no es entera-mente local. Esta situación resulta inconveniente cuando se tiene transformación o generación com-partiendo interruptor con una línea de transmisión.En subestaciones con aislamiento en aire, debido a la disposición física del arreglo en “U”, es posible la ocurrencia de una falla que afecte simultáneamen-te a las dos barras (cadenas de aisladores y cable conductor con trazo en color rojo en el dibujo de corte), aunque dicho evento es de muy baja proba-bilidad de ocurrencia.


32

Arreglo de doble barra doble interruptor

Se conforma por dos barras que operan como barra 1 y barra 2, cada una con su propio interruptor para un solo alimentador. Así la carga se encuentra repartida en las dos barras y al presentarse un disturbio se mantiene una de ellas y la otra queda disponible para mantenimiento, obteniendo con esto flexibilidad para librar o desenergizar cual-quiera de los dos interruptores de un alimentador conservando el flujo de carga por el otro.

Figura 24. Diagrama de un arreglo de doble barra doble interruptor

33

Permite dar mantenimiento a los interruptores (más de uno a la vez en ramas diferentes) sin perder el elemento a que pertenezca el interruptor a reparar. Pocas maniobras para librar interruptores. En condiciones normales, la pérdida de una barra no ocasiona la pérdida de elementos. Cuando un interruptor está en mantenimiento, el disparo de un elemento no causa la pérdida de otro elemento. Permite desenergizar cualquiera de las barras para su limpieza o mantenimiento, sin perder ninguno de los elementos. No existe compromiso entre la ubicación física de las bahías de los elementos y la funcionalidad de la subestación, condición que facilita el acomodo inicial de elementos y la realización de ampliaciones. Con un interruptor fuera de servicio, el “disparo” o salida de un elemento, ocasiona la pérdida de única-mente el elemento disparado.Permite que la subestación pueda ser operada como dos subestaciones independientes de barra simple, sin limitación en la selección de los elementos de cada barra.En subestaciones con aislamiento en aire, y por la disposición física del arreglo, no existe contingencia natural verosímil que afecte simultáneamente ambas barras.




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Tabla donde se describen los diferentes arreglos normalizados, así como la aplicación de acuerdo con su nivel de ten-sión.

Figura 25. Nivel de tensión en los arreglos normalizados

Barra simple

Barra simple con cuchilla de “bypass”

Arreglo en anillo

Arreglo de barra principal y barra de transferencia con interruptor de transferencia y/o amarre

Arreglo de barra principal y barra auxiliar con interruptor de transferencia o amarre

Arreglo de doble barra principal y barra de transferencia

Arreglo en I de interruptor y medio

Arreglo en U de interruptor medio


Niveles de tensión (KV)DESCRIPCIÓN DEL ARREGLO NORMALIZADO

115 230 400

35

1.2.5 Nomenclatura

Para la segura y adecuada operación, la nomenclatura para identificar voltajes y equipos de una instalación deter-minada, se hará con cinco dígitos, como lo señala el capitulo X del documento Reglas de despacho y operación del sistema eléctrico. Como única excepción de distribución (radiales) en 34.5kV y voltajes inferiores conservarán la nomenclatura de cuatro dígitos en las instalaciones.

El orden que ocuparán los dígitos de acuerdo con su función, se hará de izquierda a derecha.

a) Tensión de operación

Está definido por el primer carácter alfanumérico de acuerdo con lo siguiente.

Tensión de operación

Tipo de equipo

Número asignado al equipo (las combinaciones que resulten) del 0 al 9 para el tercer dígito, combinando del 0 al 9 el cuarto dígito, en el caso de agotar las

combinaciones el tercer dígito será remplazado por letras en orden alfabético.

Tercero y cuarto

Segundo

Primero


36

Desde Hasta

Tensión kVNúmero Asignado

7

16.60

44.10

a 16.50

a 44.00

a 70.00

4

5

6

70.10

115.10

161.10

a 115.00

a 161.00

a 230.00

7

8

9

230.10

500.10

a 499.00

a 700.00

A

B

Figura 26. Número asignado a cada tensión

0.00

2.41

4.17

a 2.40

a 4.16

a 6.99

1

2

3

37

b) Tipo de equipoEstá definido por el segundo carácter numérico de acuer-do con lo siguiente.

d) Tipo de dispositivoPara identificarlo se usa el quinto carácter numérico que especifica el tipo de dispositivo de que se trate.

c) Número asignado al equipoEl tercero y cuarto carácter definen el número económico del equipo de que se trate y su combinación permite tener del 00 al Z9.

Número Equipo

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Interruptor

Cuchillas a barra uno

Cuchillas a barra dos

Cuchillas adicionales

Cuchillas fusibles

Interruptor en gabinete blindado (extracción)

Cuchillas de enlace entre alimentadores y/o barras

Cuchillas de puesta a tierra

Cuchillas a transferencia

Cuchillas lado primario (líneas, transformadores, generador, reactor y capacitor)

Número Equipo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Grupo generador-transformador

Transformadores o auto transformadores

Líneas o alimentadores

Reactores

Capacitores (serie o paralelo)

Equipo especial

Esquema de interruptor de transferencia o comodín

Esquema de interruptor y medio

Esquema de interruptor de amarre de barras

Esquema de doble interruptor lado barra número 2

Figura 27. Número asignado a cada equipo Figura 28. Número asignado a cada dispositivo


1.2.6 Tipos de planos para construcción

Arreglo general

En este plano se puede visualizar lo siguiente:

Disposición de equipo (planta y cortes):

En este plano se puede visualizar lo siguiente:En este plano se establecen y señalan la ubicación exacta de los equipos primarios que componen una subestación, como son: distancia entre fases, fase a tierra, altura de seguridad; de parte energizadas y área de maniobras, distan-cias y alturas entre estructuras, altura de conductores y barras, fosa colectora de aceite, edificaciones y subestación de servicios propios.

a) Acometidas y destinos de líneas de transmisión en alta y baja tensión.

Ubicación dentro del predio en estructuras metálicas que conforman el arreglo de la instalación, edificaciones, barras y ejes de equipos, caminos interiores y perimetrales, áreas de servicios propios, torre de comunicación y estacionamiento.

b)

38

Figura 29. Disposición de equipo (planta 115kV)

39


40

Figura 30. Disposición de equipo (cortes 115kV)

Isométrico:

Es la forma esquemática de representar una disposición de equipo planta o corte en un plano tridimensional.

41

Figura 31. Plano isométrico


1.2.7 Interpretación de diagramas Diagramas:Es la representación por medio de símbolos simplificados e identificados por su respectiva nomenclatura de cada uno de los dispositivos eléctricos que integran una subestación eléctricaDe acuerdo con la función que representan los diagramas se clasifican en:

Unifilares: son aquellos que muestran de manera simplificada mediante una sola línea las conexiones entre disposi-tivos, componentes o partes de un circuito eléctrico o sistema eléctrico representado mediante símbolos.

42Figura 32. Diagrama unifilar

43

Trifilares: Son aquellos que muestran más detalladamente la disposición eléctrica de los componentes con refe-rencia al arreglo físico en las tres fases del circuito incluyendo los arreglos de conexiones de generadores, banco de transformación, transformadores de corriente entre otros.

Figura 33. Diagrama trifilar


Operación: son diagramas de bloques que muestran las funciones de las partes de un sistema eléctrico de poten-cia.

44

Figura 34. Diagrama operación

Protección: existen dos tipos diferentes, el primero es el diagrama de elementos que muestra en forma sencilla, mediante símbolos, el funcionamiento de un circuito eléctrico, y, el segundo es el diagrama detallado que muestra en forma ordenada, ya sea unifilar o trifilar la ubicación lógica de los esquemas de protección, además de indicar sobre qué equipo opera.

45

Figura 35. Diagrama de protección primaria y de respaldo


Figura 36. Diagrama de protección primaria y de respaldo

Control: muestra la operación lógica de los disparos de protección y control sobre el equipo primario de una subes-

tación eléctrica.

46

Alambrado: muestra las conexiones y la localización entre los elementos, componentes de un tablero que puede o no incluir las conexiones interiores de los mismos.

Figura 37. Diagrama de alambrado frontal 1

47


Esquemáticos: muestra la disposición física del equipo sobre un tablero en una subestación eléctrica de potencia e indica las acotaciones en unidades de medidas para considerarlas durante su instalación.

Figura 38. Diagrama esquemático (arreglo físico)

48

Lista de cable de control y fuerza

Para identificar físicamente cada uno de los cables indicados en el diagrama de control se cuenta con un formato es-pecial denominado lista de cables, en el cual se describe el origen y destino de cada uno así como su función, el número de tablilla, puntos de conexión, lógicas de colores de izquierda a derecha, número tanto de cable, como de calibre y de conductores, así como su longitud aproximada.

49


Figura 39. Diagrama esquemático (arreglo físico)

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Criterios para el cableado de subestaciones

La siguiente tabla indica los distintos tipos de calibres normalizados que se utilizan en las diferentes conexiones entre equipos de campo y tableros en caseta de control.

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TIPO DE CABLE APLICACIÓN

4 # 14 AWG. CB * De TPs o DPs a caseta de control

6 # 14 AWG. CB * Interconexiones entre fases de TPs o DPs de 400, 230 y 115kV

4 # 10 AWG. CB * De TCs 400, 230 y 115kV a caseta de control

6 # 10 AWG. CB * Interconexiones entre fases de TCs de 115, 230 y 400kV

2 # 10 AWG Interconexiones en caseta de control (servicios propios)

4 # 10 AWG Cierre y disparo No. 1 interruptores 230kV

Disparo No. 2 interruptores 230 y 115kV

Interconexiones en caseta control

Disparo monopolar bobina No. 1 interruptores 400kV

Disparo monopolar bobina No. 2 interruptores 400kV

Control de cuchillas 230 y 115kV

Interconexiones en caseta de control

6 # 10 AWG

2 # 14 AWG


Figura 40. Tabla con la aplicación de los diferentes tipos de cable

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* CB = Cable con pantalla de blindaje

4 # 14 AWG Interconexiones entre fases de bancos

Interconexiones en caseta control

7 # 14 AWG Alarmas y señalización

Control de cuchillas 230 y 115kV

Interconexiones entre fases de bancos


Interconexiones entre fases de cuchillas e interruptores 230 y 115kV

Interconexiones entre fases de bancos


10 # 14 AWG

Gabinete centralizador de bancos de potencia a caseta de control

Interconexiones en caseta de control4 # 14 AWG

Interconexiones en caseta de control16 # 18 AWG

Figura 41. Ejemplo de un arreglo normalizado

1.2.8 Ejemplo de la interpretación de un arreglo normalizado

Este arreglo se conforma de dos barras enlazadas por tres interruptores en serie que conectan a los dos alimentado-res en las partes medias, compartiendo así al interruptor central.Este arreglo ofrece máxima flexibilidad y confiabilidad operativa, ya que permite desenergizar cualquier barra para su mantenimiento, así como también interrumpir el flujo de energía en los alimentadores.En caso de disturbio se abren los interruptores principales y medio, dejando en operación las dos barras correspon-dientes y el otro alimentador.

53


Conclusión

Resulta indispensable para el supervisor de obra comprender en forma conceptual y practica las definiciones básicas, la interpretación de diagramas y planos de proyectos de subestaciones. Ya que el entendimiento de esto facilitará el desarrollo de procesos constructivos en obra electromecánica logrando con ello alcanzar los objetivos y metas progra-madas con calidad a partir de los recursos disponibles en un tiempo predeterminado.

Fuentes de consulta

Comisión Federal de Electricidad. (2005). Reglas de Despacho y Operación del Sistema Eléctrico Nacional. Consultado

Norma NMX-J136-ANCE-2007 “Abreviaturas y símbolos para diagramas, planos y equipos eléctricos”

el 20 de agosto de 2012, de: http://ordenjuridicodemo.segob.gob.mx/Federal/PE/APF/OD/SENER/Avisos/03112005%281%29.pdf

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