1. Generalidades

2. Elementros constitutivos

3. Diseo

4. Operacin

Definicin: Una Subestacin es un conjunto de dispositivos elctricos, que forman parte de un sistema elctrico de potencia; sus funciones principales son: transformar tensiones y derivar circuitos de potenciaTransformacin de tensin Transformacin de tension Transformacin de frecuencia Transformacin del numero de faces Rectificacin Compensacin del factor de potencia Conexin de dos o mas circuitos

El lote de la subestacin es el conformado por las reas de los patios de conexin y transformacin, vas de circulacin y mantenimiento, edificaciones, etc.

Elemento fsico de un patio de conexiones que representa el nodo del sistema, es decir, el punto de conexin en donde se unen elctricamente todos los circuitos que hacen parte de un determinado patio de conexiones.

Es el ordenamiento fsico de los diferentes equipos constitutivos de un patio de conexiones para una configuracin determinada.

Es el conjunto de equipos necesarios para conectar un circuito (generacin, transformacin, interconexin o distribucin, equipo de compensacin, etc) al sistema de barrajes colectores de un patio de conexiones.

Seguridad

Confiabilidad

Simplicidad de operacin

Calidad de voltaje

Mantenimiento

Flexibilidad

Coste

Seleccin de nivel de tensin

Capacidad de cortocircuito

Sistema de conexin a tierra

Adecuacin de las protecciones

Define los niveles de tensin soportada por los componentes de la subestacin.

Se definen los siguientes niveles:

Tensin soportada de frecuencia industrial.

Tensin soportada para sobretensiones de tipo rayo.

Tensin soportada para sobretensiones de maniobra.

Nivel bsico de aislamiento al impulso, es la medida de la capacidad que tiene el sistema para soportar sobre voltajes debido a descargas atmosfricas o a operaciones de conexin o desconexin.

Define la capacidad de la subestacin y de sus componentes en cuanto a los efectos de los cortocircuitos:

Efectos Trmicos: Ice / 1 seg, 2seg,

La intensidad de cortocircuito fase-tierra es importante para el diseo del sistema de puesta a tierra.

Define la capacidad para soportar en rgimen permanente las corrientes presentes en los diferentes circuitos que componen la subestacin. Los valores de corriente sirven para el dimensionamiento tanto del aparellaje como de los conductores y material de conexin que forman parte de los diferentes circuitos y de juegos de barras. Normalmente se definen dos tipos de valores: Intensidad de rgimen permanente para los

circuitos. Intensidad de rgimen permanente para los

juegos de barras

Como distancias de seguridad se han considerado las distancias mnimas que deben ser mantenidas en el aire entre las partes energizadas de los equipos (conductores), sobre los cuales sea necesario llevar a cabo un trabajo. Para determinar las distancias de seguridad se ha tenido en cuenta la Norma ANS C37.32 y NEMA SG6.

La distancia de seguridad es la suma de los siguientes valores: Un valor bsico relacionado con el nivel de

aislamiento, el cual determina una "zona de guarda" alrededor de las partes energizadas.

Un valor que es funcin de movimientos del personal de mantenimiento, as como del tipo de trabajo y la maquinaria usada.

Esto determina una "zona de seguridad" dentro de la cual queda eliminado cualquier peligro relacionado con acercamientos elctricos.

En la tabla siguiente, se muestra las Distancias Mnimas de Seguridad.

Efecto de la Altitud

Segn la publicacin IEC N 721, el factor de correccin de incremento de la tensin de diseo de los equipos, es de 1,25% por cada 100 metros de exceso a partir de los 1000 msnm. El factor de correccin por altura, est dado por:

Para una altitud h del rea del proyecto, en metros

Efecto de la Temperatura

El aumento en la altitud produce disminucin en la densidad del aire lo cual a su vez eleva la temperatura en los transformadores que dependen del aire para la disipacin del calor.

Nivel isocerunico:

Para la ubicacin de una Subestacin es de mucha importancia conocer datos sobre las descargas atmosfricas que se producen en la zona en la que se ubicar la Subestacin, pueden ser datos mensuales o anuales, estos datos colaboran para el diseo de las diferentes protecciones para la nueva Subestacin.

Por el nivel de aislamiento: AIS

GIS

HIBRIDAS

Por la funcin que desempean Subestacin de maniobra o generacin

Subestacin de enlace

Subestacin de distribucin

Subestacin industriales

Son tradicionalmente las ms utilizadas. La aparamenta, cables y embarrados se encuentran aislados en aire. Adems, por este motivo cada dispositivo se encuentra de manera individual y separada del resto. Los tamaos de los dispositivos y embarrados resultan mucho mayores en conjunto ya que las distancias de seguridad a tener en cuenta son mucho mayores.

Como solucin a los problemas de aislamiento se disearon las subestaciones blindadas con la aparamenta y los embarrados aislados en gas. Los tamaos son menores pero al ir todo encapsulado se tienen que cumplir otros requisitos de presin del gas, sellado de las cmaras etc. diferentes a los que se pueden encontrar en la tecnologa AIS. Existen dos formas de realizar el aislamiento en gas:

Una de ellas contiene las fases en un mismo blindaje, aisladas entre s por el propio gas. Resultan posiciones mucho ms compactas llegando a reducir la anchura de una posicin de diez metros para 132 kV hasta un metro. Las tensiones permisibles bajo esta tecnologa son hasta 170 kV.

La otra solucin consiste en tener cada fase, tanto de embarrado como de posicin aislada, en su propio blindaje. El tamao del dispositivo crece respecto al anterior pero las tensiones admisibles aumentan hasta los 800 kV. En ambos casos las posiciones se compartimentan para separar aislamientos de gas y de esta manera, si ocurre algn imprevisto en algn elemento, que no afecte al resto.

Este tipo de subestacin modular presenta caractersticas de ambas tecnologas AIS y GIS. Los embarrados siguen estando aislados en aire pero la aparamenta viene integrada en un nico compartimento aislado en gas tipo GIS. As se puede compactar una fase de una subestacin de intemperie aislada en aire en un elemento sencillo y de mucho menor tamao.

Se puede utilizar para un rango de tensiones de entre 72.5 kV y 550 kV, para servicio exterior. Cada mdulo est compuesto por un interruptor, seccionadores, elementos de medida de tensin y corriente.

Subestacin de maniobra en una estacin de generacin

Tiene como objetivo facilitar la conexin de la planta generadora hacia la red elctrica, transformando la energa elctrica para su transmisin.

Subestaciones de enlace

Se encuentra dentro de la red de transmisin de la energa elctrica, tiene la funcin de facilitar el enlace y/o direccionamiento de la misma, normalmente con estas subestaciones finaliza la lnea de transmisin desde la subestacin de maniobra

Subestaciones de distribucin

Son las ms comunes dentro del sistema elctrico, los cuales se encuentran cerca de los centros de carga, en su caso, una ciudad.

Subestaciones industriales

Funciona a partir de una lnea principal del sistema elctrico o acometida que nos entrega CFE, tiene la caracterstica de cumplir con los requerimientos tcnicos del cliente. Este tipo de subestacin ser estudiado en este captulo.

Barras Transformadores de potencia Pararrayos Servicios auxiliares Batera Condensadores Obra civil Celdas Rel multifuncin Aparatos de maniobra y corte

seccionadores Interruptor automtico

Aparatos de proteccin y medida Transformadores de intensidad Transformacin de tensin

1. TRANSFORMADORES DE POTENCIA

Transformador de potencia es el aparato ms importante de los centros de transformacin. Es la mquina elctrica esttica capaz de transformar, por induccin electromagntica, los niveles de voltaje.

Para cumplir con este requerimiento especifico, resulta que el transformador de potencia es el equipo ms grande, pesado, complejo y tambin ms costoso de los equipos usados en una Subestacin Elctrica.

Para que un transformador opere en condiciones normales, debe estar sujeto a sus caractersticas de construccin para las cuales fue diseado. Los ms importantes dentro de un transformador para trabajar en un rgimen normal son:

Tensin nominal (Vn).- Es la tensin mxima que puede soportar el transformador por tiempo indefinido. El transformador puede tener dos o ms tensiones nominales. Alta tensin, media Tensin y baja tensin cuando es de tres devanados.

Relacin de transformacin.- es la relacin de tensin primario con el secundario o sea V1 la tensin V2. Cambiando en ocasiones la relacin de transformacin en los transformadores de potencia la variable segn la construccin del transformador y dependiendo la carga en VA que se va a utilizar lo que se le ha a agregado un cambiador de derivacin para balancear la carga segn la cantidad de potencia de salida a la cual va a trabajar

Corriente nominal (In).-Es la corriente de carga mxima que el transformador puede soportar durante el transcurso de su vida til bajo la temperatura y condiciones climticas para las cuales fue diseado. Se tiene corrientes nominales en cada nivel.

Potencia nominal.- Es la potencia mxima que el transformador puede llevar por tiempo indefinido durante su vida til. Se mide en MVA y se calcula a partir de la tensin y la corriente.

Frecuencia nominal.-la frecuencia a la cual deben operar los transformadores y autotransformadores debe ser de 60 Hz.

Circuito magntico

Es un circuito magntico cerrado que generalmente est formado por columnas unidas por yugos o culatas, hechas de acero de lminas y aisladas entre s por medio de de laca. El espesor de las lminas va de 0.3 a 0.5 mm.

Devanados.

Cuando los transformadores son de dos devanados, en cada columna se colocan devanados concntricos de baja y alta tensin de la fase correspondiente. Si el transformador es de tres devanados, en cada columna se colocan devanados de baja, media y alta tensin. En los transformadores monofsicos los devanados de todas las tensiones se colocan en cada una de las columnas.

Transformador de dos devanados

Normalmente empleado en subestaciones de Distribucin.

Puede utilizar LTC para,

Pueden utilizar taps para regulacin de la tensin.

Generalmente - en unidades reductoras.

Para el caso de unidades elevadoras usualmente es -

Transformador de tres devanados

Normalmente empleado en subestaciones de Distribucin

Puede utilizar TAPS para regulacin

Puede utilizar LTC para regulacin de tensin

Generalmente en unidades de distribucin --

En plantas de generacin el grupo es por lo general --.

Tanque del transformador.

Es un recipiente de acero laminado, soldado, con tapa desmontable y equipada con ruedas para facilitar su desplazamiento. En el fondo del tanque se soporta el ncleo con los devanados del transformador y sobre la tapa se instalan las terminales, el tanque conservador y la vlvula de seguridad.

Tanque conservador,

Los transformadores con capacidades superiores a unos 20 MVA se equipan con un tanque conservador, el cual es de dimensiones no muy grandes y sirve entre otras cosas para recibir el aceite excesivo que se produce por la dilatacin trmica principal durante la operacin del transformador.

Cambiador de derivaciones.

El cambiador de derivaciones para regulacin sin carga es un dispositivo muy simple que modifica el nmero de espiras por medio de una palanca.

El cambiador de derivaciones con carga se realiza de tal manera que durante el cambio de derivaciones no se produzca la ruptura del circuito de corriente ni el corto circuito entre las espiras del devanado.

Normas de fabricacin Construidos y ensayados bajo Normas IEC 60076 y ANSI C57.12.00. Se fabrican tambin de acuerdo a otras especificaciones particulares.

Los transformadores utilizados en los sistemas de potencia suelen funcionar con una tensin y una frecuencia constante, en su diseo tiene mucha importancia un buen rendimiento. Estos equipos, en general, poseen eficiencias de potencias que varan entre el 90% y el 99%. Los transformadores se emplean en la transmisin de energa elctrica a grandes distancias, elevan la tensin del devanado primario en el devanado secundario.

En la distribucin de energa elctrica, se requiere que la tensin en el devanado secundario sea menor que la tensin en el devanado primario; a los transformadores que logran esta particularidad se les conoce como reductores. Al disminuir la tensin del primario en el secundario, permite que la intensidad de corriente en el devanado secundario aumente, caracterstica necesaria para que la energa elctrica sea empleada para la vida diaria del hombre.

Transformador de Potencia en 138kV 8 x 1,25% / 13,8 kV. Caractersticas Potencia: 30000/37500 kVA Norma de Fabricacin: NBR 5356 Refrigeracin: ONAN/ONAF - Clase de Tensin (kV): 145 kV Tensiones del Primario: 138,0 kV 8 x 1,25% Tensin del Secundario: 13800/7967 V Primario: Tringulo (delta) Secundario: Estrella com neutro accesible Frecuencia nominal: 60 Hz Elevacin de temperatura: 65 C no ponto mdio dos enrolamentos BIL - Primario: 550kV BIL Secundario: 110 kV Pintura externa anticorrosiva Largo: 5100 mm Ancho: 3900 mm Alto: 5250 mm Peso: 44800 kg

Apertura y cierre en carga.

Soportan la intensidad nominal e intensidades de cortocircuito durante un tiempo limitado

Poder de corte, capacidad de interrupcin de la corriente de cortocircuito

Debe extinguirse el arco elctrico

Tipos de interruptores:

Aire Soplado magntico

Aceite

Aire comprimido

SF6

Vaco

Con frecuencia, el principio en que se basan estos aparatos implica que, mediante soplado magntico, se alargue el arco, incrementando su resistencia hasta tal punto que llegue a ser considerable en la impedancia del circuito. Al

En su forma bsica, los interruptores de aceite estn emparentados con los aparatos de tipo seccionador, en los que el aceite que sustituye al aire ejerce simultneamente las funciones de dielctrico y de agente extintor.

Este tipo de aparato consta de una cmara de desconexin fabricada con material aislante y en cuyo interior se evapora un pequeo volumen de aceite, crendose con ello el aumento de presin requerido por el soplado del arco

Interruptores de SF6

El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas inerte artificial que tiene excelentes propiedades de aislamiento, as como una estabilidad trmica y qumica excepcionalmente altas. Estas caractersticas le han conferido un amplio uso en interruptores, tanto de alta como de Tensin Media, mostrando en ambos casos un rendimiento y una fiabilidad muy elevados.

A fin de conseguir la extincin del arco, se utilizan en estos aparatos las excelentes cualidades dielctricas del aire sometido a presin. Adems, gracias a la gran velocidad de barrido, se facilita la evacuacin de las molculas ionizadas, pudindose conseguir la desconexin con una escasa separacin de los contactos.

Interruptores de vaco

Ya a principios del siglo XIX, la interrupcin de corriente en el vaco se consideraba una tcnica de conmutacin ideal. Sin embargo, diversas dificultades prcticas hicieron que se ignorase durante casi tres dcadas. Uno de los problemas fundamentales era la fabricacin de un contenedor aislante adecuado que permaneciese hermticamente sellado permanentemente.

El interruptor de potencia marca Siemens, modelo 3AP1 es un interruptor tripolar para intemperie, con gas SF6 (Hexafloruro de Azufre) como medio aislante y extintor [10]. Se acciona mediante un sistema de acumuladores de energa por muelle, comn a las 3 fases.

Interruptor de potencia en SF6 , 3 polos, para una tensin nominal de 115 kV,

Aislamiento de partes de forma visible para traba bajar sobre ellas de forma segura

Apertura y cierre en vaco

Soportan la intensidad nominal de forma permanente e intensidad de corto circuito durante un tiempo determinado.

Son utilizados con enclavamiento mecnico

Seccionadores de cuchillas giratorias. Estos aparatos son los ms empleados para tensiones medias, tanto para interior como para exterior, pudiendo disponer tanto de seccionadores unipolares como tripolares. La constitucin de estos seccionadores es muy sencilla, componindose bsicamente en una base o armazn metlico rgido (donde apoyarn el resto de los elementos), dos aisladores o apoyos de porcelana, un contacto fijo o pinza de contacto y un contacto mvil o cuchilla giratoria (estos dos ltimos elementos montados en cada uno de los aisladores de porcelana).

Seccionadores de cuchillas deslizantes

Con una estructura muy similar a la de los seccionadores de cuchillas giratorias, descritos anteriormente, poseen la ventaja de requerir menor espacio en sus maniobras dado que sus cuchillas se desplazan longitudinalmente, por lo que se puede instalar en lugares ms angostos. No obstante, dado su tipo de desplazamiento de las cuchillas, esto seccionadores tienen una capacidad de desconexin inferior en un 70% a los anteriores.

Seccionadores de columna giratoria central:

En este tipo de seccionadores la cuchilla est fijada sobre una columna aislante, central que es giratoria. Con esta disposicin se tiene una interrupcin doble, de tal suerte que cada punto de interrupcin requiere una distancia de aire igual a la mitad de la total. Las dos columnas exteriores estn montadas rgidamente sobre soporte metlico de perfiles laminados y son las encargadas de sostener los contactos fijos.

Seccionador de dos columnas giratorias:

El seccionador dispone de dos columnas en lugar de tres como el modelo de columna giratoria central, siendo estas dos columnas giratorias y portadoras de cuchillas solidarias, que giran hacia el mismo costado. En este caso se obtiene slo un punto de interrupcin a mitad de recorrido entre las dos columnas. El campo de aplicacin de este seccionador es en instalaciones de intemperie con tensiones de servicio de hasta 110 kV y corrientes nominales comprendidas entre 800 y 2.000 amperios. Este seccionador puede montarse con cuchillas de puesta a tierra, en cuyo caso se impide cualquier falsa maniobra por medio de un enclavamiento apropiado.

Seccionadores de pantgrafo

Los seccionadores de pantgrafo han sido creados para simplificar la concepcin y la realizacin de las instalaciones de distribucin de alta tensin en intemperie (se suele utilizar para la conexin entre lneas y embarrados que se hallan a distinta altura y cruzados entre s)

Seccionadores de puesta a tierra

Pueden adaptarse a diversos componentes y, segn el esquema utilizado y las especificaciones del cliente, pueden montarse en cualquier punto de la instalacin, sea como una simple puesta a tierra de mantenimiento, o como puesta a tierra de cierre rpido.

Los transformadores de medida como todos los transformadores, son mquinas elctricas dotadas de un primario y secundario que se aprovechan de las propiedades electromagnticas de la corriente alterna para transformar corriente y tension, en este caso, se busca representar una magnitud.

Transformador de intensidad

El transformador de intensidad, como su nombre indica, tiene como fin proporcionar en una escala mucho menor en el secundario una magnitud proporcional de la corriente que pasa por el primario. Es un transformador pasante, es decir, la corriente atraviesa el ncleo toroidal donde se transforma en corriente de secundario. Por este motivo, el nmero de secundarios de un transformador implica el nmero de ncleos que tiene el propio transformador

Secundario de medida Es un secundario diseado para la medida de corriente en magnitudes cercanas a la nominal. Se denomina por la precisin de esta medida. A valores elevados alcanza la saturacin y a valores bajos pierde precisin. Se utilizan, como su nombre indica, como medida de diferentes magnitudes de corriente en la instalacin. Requieren reproducir fielmente la magnitud y el ngulo de fase de la corriente. Su precisin debe garantizarse desde una pequea fraccin de corriente nominal del orden del 10%, hasta un exceso de corriente del orden del 20%, sobre el valor nominal. Secundario de proteccin

Este es un secundario diseado para medir con precisin corrientes elevadas de hasta unas veinte veces la nominal, segn el modelo, sin variacin de la precisin. Por el contrario, a medidas de baja potencia carece de la precisin suficiente. Es por ello que se utiliza para las protecciones destinadas a detectar sobre corrientes y derivados de estas.

CORRIENTES Las corrientes primaria y secundaria de un transformador de corriente deben estar normalizadas de acuerdo concualquiera de las normas: (IRAM) o internacionales en uso (IEC, ANSI) CORRIENTE PRIMARIA

Para esta magnitud se selecciona el valornormalizado inmediato superior de la corriente calculada para lainstalacin.Para estaciones de potencia, los valores normalizados son: 100, 200,300, 400, 600, 800, 1.200, 1.500, 2.000 y 4.000 amperes. CORRIENTE SECUNDARIA

Valores normalizados de 5 A 1 A,dependiendo su eleccin de las caractersticas del proyecto.

Conexiones de los CTS.

Las conexiones de los CTs se realizan de acuerdo a la polaridad de los mismos. Dependiendo de que tipo de uso se le est dando a ellos y que rel est usndose en la proteccin, tenemos ejemplos de las conexiones

Transformadores de tensin o potencial Un transformador de voltaje es un dispositivo destinado a la alimentacin de equipos de medicin y proteccin con tensiones proporcionales a las de la red en el punto en el cual est conectado. El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario se conecta en paralelo con las bobinas de voltaje de los diferentes aparatos de medicin y de proteccin que se requiere energizar. Cada transformador de voltaje tendr, por lo tanto, terminales primarios que se conectarn a un par de fases o a una fase y tierra, y terminales secundarios a los cuales se conectarn aquellos aparatos de medida y proteccin.

Transformador de tensin inductivo Este transformador se utiliza para la medida de tensin, generalmente para la tensin entre fase y tierra por lo que una de las tomas se conecta a una fase y la otra rgidamente a tierra. Soporta menores tensiones que un transformador de tensin capacitivo pero proporciona mejores resultados en el mbito de la precisin, por lo que se le suele preferir para medida. El ncleo, es de chapa laminada y rectangular, lo cual implica que tenga peores propiedades magnticas y un aumento de los entrehierros y por tanto que se necesite un ncleo mayor. A pesar de esto, se prefiere este aumento en tamao por el gran nmero de espiras que suele llevar asociado.

Transformador de tensin capacitivo

Realmente no es un transformador propiamente dicho sino un puente capacitivo para la reduccin de la tensin. Es por ello, que al carecer de espiras no dan problemas de volumen para grandes tensiones como lo dan los inductivos. Estos transformadores son necesarios para conformar un sistema de trampa de ondas para poder establecer una conexin de onda portadora.

Transformadores de voltaje para medida.

Son los concebidos para alimentar equipos de medida. Una de sus caractersticas fundamentales es que deben ser exactos en las condiciones normales de servicio. El grado de exactitud de un transformador de medida se mide por su clase o precisin, la cual nos ndica en tanto por ciento el mximo error que se comete en la medida.

La norma IEC, especifica que la clase o precisin debe mantenerse cuando la voltaje que se aplica en el arrollamiento primario se encuentre comprendida en un rango que va del 80 al 120 % de la voltaje primaria nominal, asimismo tambin debe mantenerse dicha precisin cuando la carga conectada al secundario del transformador est comprendida entre el 25 y el 100 % de la carga nominal y con un factor de potencia de 0,8 inductivo.

Transformadores de voltaje para proteccin.

Son aquellos destinados a alimentar rels de proteccin. Si un transformador va a estar destinado para medida y proteccin, se construye normalmente con dos arrollamientos secundarios, uno para medida y otro para proteccin, compartiendo el mismo ncleo magntico, excepto que se desee una separacin galvnica.

5. BOBINAS DE BLOQUEO

Las bobinas de bloqueo, normalmente conocidas como trampas de onda, son dispositivos que se conectan en serie con las lneas de alta tensin. Su impedancia a la frecuencia asignada. debe ser despreciable, de tal forma que no perturbe la transmisin de energa; pero debe ser relativamente alta para cualquier banda de frecuencia utilizada para comunicacin por portadora. Por lo general, el rango de frecuencia utilizado para comunicacin por portadora es de 30 kHz - 500 kHz.

6. DESCARGADORES O PARARRAYOS

Son unos dispositivos elctricos formados por una serie de elementos resistivos no lineales y explosores que limitan la amplitud de las sobretensiones originadas por descargas atmosfricas, operacin de interruptores u oscilaciones de potencia.

Pararrayos de carburo de silicio

Este grupo de pararrayos, llamados tambin de tipo convencional, est formado por una serie de resistencias no lineales de carburo de silicio, prcticamente sin inductancia, presentadas como pequeos cilindros de material prensado. Las resistencias se conectan en serie con un conjunto de explosores intercalados entre los cilindros.

Son una valvula de tension

Los cilindros semiconductores tienen la propiedad de disminuir su resistencia en presencia de sobretensiones y de aumentarla a un valor prcticamente infinito, al regresar la tensin a su valor nominal

Pararrayos de ZnO

A principio de la dcada de 1980 se empez a hacer popular el pararrayos que no utiliza los salta chispas internos. Estos pararrayos utilizan como elemento activo varistores de xido de zinc ensamblados en serie en una o ms columnas, dentro de bujes de porcelana.

CONDENSADORES Y REACTANCIAS

Los condensadores, reactancia y resistencias de alta tensin son elementos que no siempre son necesarios en una subestacin y por lo tanto se recurre a ellos en determinadas circunstancias. En concreto, se emplean para corregir y mejorar la calidad de las magnitudes elctricas del sistema y elevar la eficiencia de la transmisin de energa elctrica.

El avance tecnolgico y el desarrollo del software asociado

han permitido que los rels de proteccin de los sistemas elctricos se transformen en un dispositivo inteligente que adquiere seales de campo y realiza varias funciones de control, proteccin y medida. As el rel de proteccin multifuncin adquiere an mayor relevancia para los sistemas elctricos de potencia.

Los rels son una forma de proteccin activa designada a

mantener un alto grado de continuidad de servicio y un dao limitado de los equipos; en otras palabras se los consideran los centinelas silenciosos de los sistemas de potencia.

Existen diversas formas de clasificar a los rels, entre ellas estn: Por su funcin: de proteccin, de monitoreo, de re cierre, de regulacin, auxiliar y sincronizacin. Por sus entradas: corriente, voltaje, potencia, presin, frecuencia, flujo, temperatura, vibracin, etc. Por su principio de operacin o estructura: balance de corriente, porcentaje, producto, estado slido, trmico, electromecnico, etc. Por su caracterstica de actuacin: distancia, sobre corriente direccional, tiempo inverso, bajo voltaje, piloto, etc.

Con el pasar del tiempo y el mejoramiento de la tecnologa, los rels han experimentado lo que se puede llamar la clasificacin segn su historia:

Rels electromecnicos: atraccin e induccin electromagntica.

Rels electrnicos de estado slido.

Rels digitales o numricos (microprocesadores).

Con el pasar del tiempo y el mejoramiento de la tecnologa, los rels han experimentado lo que se puede llamar la clasificacin segn su historia:

Los Rel electromecnicos se caracterizan porque las cantidades medidas son convertidas en seales bajas pero similares, y son combinadas o comparadas directamente con valores de referencia que se encuentran en los detectores de nivel para producir la salida deseada.

Los Rel electrnicos son aquellos en los cuales las cantidades medidas

son manipuladas en forma anloga y convertida subsecuentemente en forma binaria.

Los Rel digitales las cantidades medidas son convertidas en datos

numricos, mientras que un microprocesador con operaciones matemticas y/o lgicas toma decisiones de disparo.

Cumplen diferentes aplicaciones, existe una gran diversidad de tipos que desempean una funcin en particular. Se pueden clasificar en: Rels de proteccin.

Detectan las anormalidades y dan inicio a la desconexin de un equipo o un grupo de equipos de potencia en el momento que se produzcan fallas y sobrecargas. Rels auxiliares.

Normalmente trabajan en dos condiciones: energizado o desenergizado y asisten a otros rels o dispositivos en alguna funcin. Su operacin generalmente es del tipo instantnea, aunque tambin existen rels temporizados. Rels de regulacin.

Operan cuando la magnitud que supervisan, se sale de mrgenes aceptables predeterminados, dando instrucciones a travs de otros dispositivos para que se restaure la magnitud en particular a sus lmites usuales. Rels de verificacin.

Su funcin es verificar una condicin en particular, en relacin a un cierto lmite prescrito e iniciar acciones diferentes a la desconexin de equipos.

Fiabilidad.

Una proteccin fiable es aquella que responde siempre correctamente, esto significa que la proteccin debe responder con seguridad y efectividad ante cualquier situacin que se produzca.

Selectividad.

Es la capacidad que debe tener la proteccin para detectar la existencia de falla, discernir si la misma se ha producido dentro o fuera de su rea de vigilancia y, en consecuencia, dar orden de disparar los disyuntores automticos que controla, cuando as sea necesario para despejar la falla.

Sensibilidad.

La proteccin debe saber distinguir inequvocamente las situaciones de falla de aquellas que no lo son. Para dotar a un sistema de proteccin de esta caracterstica es necesario establecer para cada tipo de proteccin las magnitudes mnimas necesarias que permiten distinguir las situaciones de falla de las situaciones normales de operacin.

Rapidez.

Tras haber sido detectada una falla debe ser despejada lo ms rpidamente posible, cuanto menos tiempo se tarde en aislar la falla, menos se extendern sus efectos y menores daos y alteraciones se producirn al reducirse el tiempo de permanencia bajo condiciones anmalas en los diferentes elementos.

Economa y Simplicidad.

La instalacin de una proteccin debe estar justificada tanto por motivos tcnicos como econmicos. La proteccin de una lnea es importante, pero mucho ms lo es impedir que los efectos de la falla alcancen a las instalaciones alimentadas por la lnea o que stas queden fuera de servicio.

b. Tiempos de operacin del rel.

El tiempo con que puede actuar una proteccin depende directamente de la tecnologa empleada en su construccin y de la de la velocidad de respuesta del sistema de mando y control de los disyuntores automticos asociados a la misma.

Instantneas

Actan tan rpido como debido a que la falla se ha producido dentro del rea que vigilan directamente. En la actualidad, el tiempo usual de despeje de una falla en Alta Tensin (AT), mediante una proteccin instantnea puede situarse en el entorno de dos o tres ciclos. Si el tiempo de despeje es menor la proteccin se denomina de alta velocidad.

Tiempo Diferido o con Retraso en Tiempo. Son aquellas en las que de manera intencionada se introduce un tiempo de espera que retrasa su operacin, es decir, que retrasa el inicio de la maniobra de apertura de disyuntores una vez que ha sido tomada la decisin de operar. Este retraso facilita, por ejemplo, la coordinacin entre protecciones con el objetivo de que acten solamente aquellas que permiten aislar la falla desconectando la mnima parte posible del SEP.

Los rels numricos se basan exclusivamente en la tcnica de microprocesadores. Estos equipos representan la generacin ms potente y moderna de los sistemas de proteccin, caracterizados por sus capacidades como son, relacionar enlaces matemticos de valores de medida, procesar operaciones aritmticas y adoptar decisiones lgicas. Los rels digitales ofrecen la precisin y superioridad de la tcnica digital de proteccin frente a dispositivos de proteccin convencionales, y se caracterizan por las siguientes propiedades:

Rel de Sobre corriente.

Son los encargados de abrir el disyuntor correspondiente cuando la corriente que circula por el elemento elctrico que se est protegiendo (lnea, barra, transformador) supera un valor predeterminado (I>Iarranque).

De manera instantnea.

Es decir, con retardo de actuacin nulo. Cuando I>Iarranque, inmediatamente el rel abre el disyuntor. La grfica de funcionamiento se muestra en la figura

Con temporizacin de tiempo definido.

Cuando I>Iarranque, paso un tiempo fijo el rel abre el disyuntor. Tambin se utiliza para la coordinacin entre distintos rels de sobrecorriente. Si queremos que ante una falla acte primero uno y si ste se avera que acte otro, pondremos una temporizacin mayor en el segundo.

Con temporizacin de tiempo inverso.

En este caso la temporizacin es dependiente de la magnitud medida, cuanto mayor es la (I) corriente detectada, menor es el tiempo de actuacin del rel. Con esto se reduce el tiempo de actuacin en fallas graves y se es ms permisivo con las fallas leves.

Rel de Sobre voltaje.

Tienen un funcionamiento similar a los de proteccin de sobrecorriente. La diferencia reside en la magnitud medida, ahora es el voltaje, y en la consigna de accin, ahora es V>Varranque. Los tres tipos de funcionamiento de los rels de sobrecorriente.

RELE DIFERENCIAL Es un rel diseado para detectar a travs de la medida de la magnitud y la diferencia angular entre las corrientes medidas en los extremos de la zona cubierta por el sistema de proteccin. En esencia su fundamento se basa en que las sumas de las corrientes que entran y salen a la zona de proteccin, debe ser siempre cero, excepto cuando exista una falla interna, proporciona proteccin a equipos tales como: transformadores, generadores y barras en las subestaciones elctricas.

Rel Direccional.

Tiene la funcionalidad de comparar magnitudes o ngulos de fase y distinguir el sentido de los flujos de corrientes. Por tanto, estos rels contarn con dos unidades bien diferenciadas:

Unidad de sobre corriente: Vigila el valor del mdulo de la corriente.

Unidad direccional: Determina el sentido en el que est circulando la intensidad comparando el ngulo elctrico que forma el fasor I con el fasor de una magnitud de referencia (Habitualmente la tensin).

El funcionamiento de los rels de proteccin direccional se muestra en la figura.

Cualquier anomala magntica o elctrica que se presenta en el interior de un transformador

da origen a calentamientos locales que descomponen el aceite o dan lugar a la combustin de los aislantes, originndose un desprendimiento ms o menos importante de gas. El primer objeto del rel de Buchholtz es detectar este desprendimiento.

El rel est previsto para ser intercalado en la tubera que une la parte ms alta de la cuba del transformador y el depsito de expansin.

En ocasiones las bornas de salida del transformador contienen

aceite, formando un recipiente completamente separado y aislado del resto de la cuba. Estas bornas se unen entre s por medio de una serie de tubos los cuales van conectados por un colector comn a un rel de Buchholtz, independientemente del propio transformador.

El mecanismo introducido en una caja estanca, se compone de dos flotadores FA y FD que pueden girar en torno a sus respectivos ejes, basculando de este modo dos contactos de mercurio situados en las ampollas adosadas a cada flotador.

Cada uno de estos contactos cierra su correspondiente circuito (de alarma el flotador superior FA, y de disparo y bloqueo de disyuntores el inferior FD.).

El descenso del flotador de alarma FA, puede ser visualizado por

una mirilla transparente, situada en un lateral del rel.

Rele de imagen trmica En los transformadores es de gran importancia la temperatura en el cobre, puesto que la vida de estos depende en gran manera de los sobrecalentamientos en la parte activa. Dado el alto grado de aislamiento que requieren los transformadores para alta tensin, sera harto dificultoso colocar sondas termomtricas en los devanados, que nos permitan una deteccin directa de la temperatura en el cobre, sin un notable perjuicio de aislamiento en los devanados. Para evitar el problema que representa la toma directa de la temperatura en el cobre se ideo el dispositivo de imagen trmica, que hace posible obtener una reproduccin en imagen de las mismas condiciones de temperatura que en el interior de transformador.

El dispositivo est constituido por una sonda termomtrica situada en el interior de un

cilindro aislante, al que se encuentra arrollada una resistencia de caldeo, recorrida por una parte de la intensidad secundaria de un transformador de intensidad, por cuyo primario circula la intensidad de carga del transformador.

El conjunto resistencia e caldeo-sonda termomtrica, est situado en el interior de un

recipiente metlico estanco, lleno de aceite, sumergido a su vez en el aceite del transformador de

potencia.

Todo este conjunto se encuentra adosado a la tapa superior de la cuba y protegido con un

cilindro metlico perforado. En la parte superior del aparato, existe una caja de bornas, a las que se conectan las salidas de la sonda termomtrica y de la resistencia de caldeo.

En paralelo con esta se coloca una resistencia ajustable que permite regular la intensidad que

pasa por la resistencia de caldeo y por tanto el ajuste fino del aparato.

Las bornas de salida de la sonda termomtrica, se conectan a un instrumento indicador de

temperatura, que puede estar dotado de contactos elctricos para activar una alarma a un proceso

predeterminado de temperatura, o provocar el disparo de los disyuntores necesario para aislar el

transformador de potencia.

La temperatura del cobre en los transformadores, depende fundamentalmente del calor

generado por las prdidas por el efecto Joule y de la temperatura del aceite circulante.

Como la resistencia est sumergida en aceite (o piraleno) que tendr su temperatura idntica

a la del transformador, siendo adems recorrida por una intensidad proporcional a la carga, que

genera en ella un calor en relacin directa al cuadrado de esta intensidad. (Q=R I 0.24 caloras) ;

la sonda termomtrica medir una temperatura que ser suma de la generada por el nivel calrico del

aceite, ms el aportado por la resistencia de caldeo. Dimensionando adecuadamente la resistencia de caldeo y el recipiente

contenedor del sistema, para que el efecto sea el mismo que el producido en el interior del

transformador, la temperatura sealada por el instrumento de medida, ser la misma que la del

cobre de los devanados en su punto ms caliente.

En la construccin, un cortafuego es un muro resistente y diseado para disminuir la velocidad de propagacin del fuego en caso de incendio. Es un dispositivo certificado y son utilizados como muros divisorios, ubicados de acuerdo al reglamento de construccin aplicable. Estos dispositivos son parte de los denominados sistemas de proteccin pasiva contra fuego.

La malla o red de conexin a tierra suministra la adecuada proteccin al personal y al equipo que, dentro o fuera de la subestacin, pueden quedar expuestos a tensiones peligrosas cuando se presentan fallas a tierra en la instalacin. Estas tensiones dependen bsicamente de dos factores: La corriente de falla a tierra y la resistencia de puesta a tierra de la malla. El primero de ellos depende del sistema de potencia al cual se conecte la subestacin y el segundo. de algunos factores controlables y otros incontrolables, tales como, la resistividad del suelo, el calibre de los conductores de la malla, su separacin, su profundidad de enterramiento y la resistividad de la capa de triturado que recubre el piso de la subestacin. [IEEE (1986), IEEE Std 142 (1991), DIN VDE-0141 (1989)].

Las funciones de la malla de tierra de una instalacin son: Proteger a los individuos, limitando las tensiones de toque y paso a valores

aceptables en las vecindades de la instalacin durante condiciones de cortocircuito.

Proporcionar un medio para disipar la corriente elctrica en la tierra bajo condiciones normales o de cortocircuito, sin exceder ningn lmite operacional de los equipos o afectar adversamente la continuidad del servicio.

Asegurar el buen funcionamiento de los equipas de proteccin de una red. lo cual garantizar el adecuado aislamiento de las porciones de dicha red que estn en falla

Minimizar la interferencia de los circuitos de transmisin y distribucin sobre los sistemas de comunicaciones y control.

Mantener ciertos puntos de una red a un nivel de potencial definido con referencia a la tierra.

Impedir que los sopores de los equipos alcancen un nivel de potencial diferente al de la tierra.

Evitar las descargas elctricas estticas en atmsferas explosivas. Proteger la red contra los efectos de las descargas atmosfricas. Permitir la utilizacin de la tierra como camino de retorno en la transmisin de

energa en corriente continua.

Los servicios auxiliares se refieren a la alimentacin de la subestacin que no se encuentra relacionado con las llegadas, es decir, en este se encuentran la alimentacin de todos los equipos electrnicos de control, proteccin o medicin; todos los equipos de patio que sean motorizados o que requieran alimentacin; el servicio de alumbrado interno de armarios y tableros, de alumbrado pblico y aire acondicionado de reas de la subestacin. Bsicamente con esto se busca satisfacer las distintas exigencias de alimentacin de las subestaciones, sin comprometer el servicio. Para satisfacer estas necesidades se adoptan distintos tipos de alimentacin, a corriente alterna (C.A) y a corriente continua. (C.C).

Norma IEC 60694, referencias para subestacin tipo AIS, de 115/13,8 KV

Los servicios auxiliares sern alimentados de las barras de 13,8 kV, colocando los transformadores de servicios auxiliares a la intemperie, cerca del prtico de 13,8 kV. Para la alimentacin de los servicios auxiliares se prevn dos (2) bancos de transformacin de 75 KVA cada uno, tres (3) transformadores monofsicos de distribucin 13,8 kV / 120-240 V, conectados a secciones separadas de las barras de 13,8 kV.

Ejemplo de servicios auxiliares.

Para los servicios auxiliares, el suministro de corriente alterna vendr de un transformador trifsico de 22,9+-2x2,5%/0,40-0,23 kV, 25 kVA, Yd5. Para el suministro de corriente continua en 110 Vcc, se ha considerado un banco de bateras del tipo Plomo Acido de 110 Vcc, 100 Ah, con su respectivo cargador-rectificador de 50 Acc. Para el suministro de corriente continua en 48 Vcc, se ha considerado un banco de bateras del tipo Plomo Acido de 48 Vcc, 100 Ah, con su respectivo cargador-rectificador de 50 Acc. Se ha considerado un tablero de servicios auxiliares de 380/220 Vea y un tablero de servicios auxiliares de 110 Vcc.

Proteccin Consumos unitarios Rel de distancia : 30 W Rel diferencial de transformador : 20 W Rel de falla de interruptor : 5W. Rel de sobrecorriente : 5 W Consumos por celdas Celda de lnea 66 kV: 1 celda + 1 celda futura : 2 x (30 + 5 + 5= 80 W Celda de transformador 66 kV : 1 celda: 1 x (20 + 5 + 5) = 30 W Cela de transformador 22,9 kV: 1 celda : 1 x (5) = 5 W Celda de lnea 22,9 kV : 1 celda + 2 celdas futuras: 3 x (5) = 15 W Celda de transformador: 1 celda : 1 x (5) = 5 W Celdas de banco de capacitare: 3 celdas: 3x50= 15W

Alumbrado

Reflectores: 5x 100 W = 500 W

Alumbrado de Edificio de Control 9 x 50 W = 450 W 950 W

Consumo permanente de la subestacin

150 W + 1 600 W + 950 W = 2 700 W

Control y Medicin

Cada mdulo de control y medicin : 200

Consumo por ocho (8) celdas: 8 x 200 W = 1 600 W

Localizacin, determinacin de topografas y caractersticas geotcnicas

Adecuacin del terreno

Drenajes de patios y reas generales

Malla a tierra

Vas de acceso e internas y su sealizacin

Cimentaciones para prticos y equipos

Carrileras, fosos colectores y tanque de aceite

Ductos, muros corta fuego

Edificio de control y casetas en patios

Portera y muros perimetrales

Estructuras metlicas

Construidas en acero galvanizado

Soporte para el amarre de las lneas y conexiones

Soporte para los quipos elctricos y embarrado

Andamiaje de mantenimiento

Parque a la intemperie: Cimentaciones de hormign Atarjeas para cables cubiertas con tapas Bancadas de hormign para transformadores

y reactancias Muros corta fuegos Rieles para rodadura Drenaje Deposito Edificio de mando y control

A. Barra simple

B. Barra partida

C. Barra principal y barra de transferencia

Esquema sencillo

Menor coste de construccin

Poco espacio requerido

Corte total en caso de fallo en la barra

Corte total por parada de la barra por mantenimiento, renovacin o ampliacin

Maniobra de las diferentes lneas limitada

Utilizada en redes con poco mercado

Mayor flexibilidad en la operacin

Aislamiento de zona afectada en caso de fallo en una semibarra

Alimentacin posible desde dos fuentes de alimentacin diferentes

Coordinacin de proteccin

Posibilidad de utilizar bypass

Flexibilidad de operacin

Esquema mas complejo

Mas espacio requerido

Corte total en caso de fallo de la barra principal.

Conexin de las lneas a las dos barras a travs de su interruptor

Permite parar una de las barras sin interrumpir el servicio

GRACIAS