Upload
brayham-delgado-huertas
View
17
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER
FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA
TESIS
PRESENTADO POR:
VIVANCO HILARIO, Carlos Wilson
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO ELECTRICISTA
Octubre del 2010 HUANCAYO- PER
"ESTUDIO DE LAS CARACTERSTICAS FUNCIONALES Y
ECONMICAS DE LAS SUBESTACIONES PARA OPTIMIZAR
LA INVERSIN EN LA ELECTRIFICACIN"
3
ASESOR:
Ingeniero
Efran De La Cruz Montes
4
Con Cario y Aprecio
A mis Padres
5
RESUMEN
Una subestacin elctrica es un conjunto de equipos elctricos
destinados a dirigir la energa elctrica, en un punto de la red, en el que
confluyen generalmente generadores, lneas y transformadores. El
elevamiento de las tensiones, debido a grandes puntos de generacin
localizados y densidades de consumo en las ciudades, se requiere unos
flujos de energa elevados de los unos a los otros, ha requerido de
investigacin para establecer nuevos sistemas de aislamiento, mejora
de la proteccin, de la implantacin y del diseo de dispositivos.
Las subestaciones como elementos de operacin del sistema de
transporte han tenido que acompaar a este proceso de incremento de
tensiones y potencias. Por ello, el avance en este campo implicaba
directamente mejoras en las subestaciones.
Principalmente este avance ha sido ms acusado en la aparamenta y
subestaciones dentro de un ncleo urbano que es donde ms problemas
de espacio y seguridad se han requerido, adems de ser el ltimo punto
en el que la potencia llega a su fin.
Los parmetros bsicos para el diseo de una subestacin elctrica son
los que se definen para cada uno de los sistemas elctricos presentes en
las subestacin: Tensin ms elevada para el material, Nivel de
aislamiento, Intensidad de cortocircuito. Intensidad en rgimen
permanente
6
En condiciones atmosfricas normales, las distancias de aislamiento
determinan las principales dimensiones de las instalaciones de
distribucin clsicas. Durante mucho tiempo el desarrollo en la
construccin de instalaciones ha consistido simplemente en combinar
aparatos ya existentes para obtener la disposicin ms adecuada para la
explotacin y seguridad del servicio.
La creciente necesidad de transportar la energa elctrica, con
tensiones cada vez ms elevadas, a las regiones de gran densidad de
poblacin y a los centros industriales, plantea grandes dificultades a
causa de las dimensiones de la instalacin implicadas. Incluso si se
consigue encontrar el terreno necesario, las prescripciones oficiales y
las exigencias urbansticas hacen difcil la construccin. Los sistemas
de alimentacin y distribucin de energa elctrica en grandes
ciudades estn caracterizados fundamentalmente por las condiciones
impuestas por el entorno y las particularidades relativas al tipo de
carga alimentada.
7
INTRODUCCIN
La presente Tesis se desarrolla con la finalidad de determinar las condiciones bajo las
cuales se ejecutarn los trabajos para una subestacin, que como sabemos el
Ingeniero debe de basarse en el anlisis de los aspectos tanto tcnicos como
econmicos.
La electricidad es uno de los principales vectores energticos y su transporte, reparto
y distribucin es muy importante. Las subestaciones elctricas son, por tanto, una de
las claves de este sistema. En concreto, estas instalaciones son aquellos dispositivos
de control e interconexin de los puntos de confluencia de la red mallada por la que
se realiza la transmisin de energa. Adems, son las propias subestaciones las
encargadas de realizar la transformacin de tensin de los niveles ms bajos de
generacin y distribucin al nivel elevado de transporte. Existen una gran cantidad de
subestaciones diferentes con particularidades tanto en la tecnologa empleada como
en la disposicin y naturaleza propias de la instalacin. La gran diversidad se hace
patente a la hora de plantear una oferta de una subestacin en una fase previa a
proyecto. No slo por la necesidad de proporcionar un resultado en corto plazo, sino
por la gran cantidad de elementos, parmetros y condiciones que se desconocen y
que se han de suponer. En particular, las subestaciones de tipo AIS o aisladas en aire,
dado que son las ms comunes, que requieren una gran cantidad de componentes y
un estudio ms detallado de los aspectos de ingeniera y montaje son las que van a
ser objeto de anlisis en este proyecto.
8
La motivacin ha surgido como necesidad de aportar una solucin o mtodo rpido y
con la suficiente precisin, a la extrema particularizacin a la que estaban sujetas las
ofertas de las subestaciones.
9
NDICE
RESUMEN
INTRODUCCIN
NDICE
CAPITULO 1
CUESTIONES PRELIMINARES DE LA TESIS
Pags
1.1 Tema de Investigacin 14
1.2 Planteamiento y Formulacin del problema de investigacin 14
1.3 Variables Dependientes 15
1.4 Variables Independientes 15
1.5 Problema General 15
1.6 Problemas Particulares 16
1.7 Objetivos de la Investigacin 16
1.8 Formulacin de la Hiptesis 16
1.9 Metodologa del trabajo 17
CAPITULO 2
CARACTERSTICAS Y TIPOS DE SUBESTACIONES
2.1 Descripciones de las subestaciones 18
2.1.1 Evolucin Histrica de las subestaciones 18
2.1.2 Normativa y Estndares de Compaa 21
2.1.3 Parmetros Bsico de diseo 22
2.1.4 Anlisis Descriptivo 23
10
2.1.4.1 Tipos Bsicos de Subestaciones 23
2.1.4.2. Diferencias Fsicas generales 25
2.1.4.3 Criterios de seleccin tcnicos 28
2.1.4.4. Criterios de seleccin econmicos 30
2.2 Tecnologa de subestaciones 37
2.2.1 Subestacin AIS 37
2.2.2 Subestacin GIS 37
2.2.3 Subestacin Prefabricadas 38
2.2.4 Subestaciones Hbridas 39
2.2.5 Soluciones en entornos Urbanos 40
2.3 Configuraciones de subestaciones 42
2.3.1 Topologa de SE 42
2.3.2 Generalidades 50
2.3.3. Continuidad de servicio 51
2.3.4. Facilidad de Operaciones 52
2.3.5 Facilidad en el mantenimiento 53
2.3.6 Facilidad en la Ampliacin 54
2.4 Componentes 55
2.4.1 Aparamenta de tipo AIS 55
2.4.2 Aparamenta del Tipo GIS 75
2.5 Subestaciones Hbridas 80
CAPTULO 3
SUBESTACIN ELCTRICA DE COMARSA DE 6-7.5 MVA (ONAN /
ONAF) DE 66/22.9 KV
3.1 Ubicacin Geogrfica 82
3.2 Condiciones Climatolgicas 82
11
3.3 Vas de Comunicacin 83
3.4 Oferta y Demanda Elctrica 83
3.5 Definicin del sistema Elctrico 83
3.6 Anlisis de sobretensiones 86
3.7 Criterios Bsicos de Ingeniera 87
3.7.1 Niveles de Tensin 87
3.7.2 Coordinacin del aislamiento 87
3.8 Distancias de seguridad 90
3.9 Niveles de cortocircuito 91
3.10 Control y telecomunicaciones 92
3.11 Obras civiles 93
3.11.1 Normas de diseo 93
3.11.2 Cargas a Considerar 93
3.11.3 Esfuerzos de diseo 95
3.11.4 Fundaciones 95
3.12 Descripcin de la subestacin 96
3.12.1 Ubicacin 96
3.12.2 Extensin del rea de las subestaciones 96
3.12.3 Sistemas de barras 96
3.13 Control, proteccin, medicin y telecomunicaciones 97
3.13.1 Generalidades 97
3.13.2 Concepcin general de los sistemas 97
3.14 Sistema de medicin 99
3.15 Servicios Auxiliares 100
12
3.16 Caractersticas bsicas del equipamiento 100
3.17 Equipamiento del proyecto 103
3.17.1 Suministro de materiales principales 103
CAPTULO
4 ANLISIS DEL SISTEMA ELCTRICO DE LA SUBESTACIN
4.1 Parmetros elctricos 105
4.1.1 Valores Base del Sistema 105
4.1.2 Especificaciones tcnicas de los equipos del sistema 106
4.2 Clculos de Parmetros elctricos 108
4.3 Estudio del flujo de carga 111
4.4 Estudio de corto circuito 112
4.5 Seleccin de interruptores de potencia 112
4.6 Consideraciones sobre las distancias mnimas para las instalaciones
A la interperie 115
4.7 Coordinacin del aislamiento de los equipos de la subestacin 116
4.8 Dimensionamiento de los pararrayos 119
4.8.1 Tensin de los pararrayos 120
4.8.2 Nivel de aislamiento interno de los equipos 121
4.8.3 Nivel de proteccin de los pararrayos 121
4.8.4 Coeficientes de proteccin de los pararrayos 122
4.8.5 Conclusiones 122
4.9 Seleccin del cable de energa 122
4.10 Seleccin de barras en 66 y 22.9 Kv 124
4.11 Seleccin de las capacidades de los equipos de corriente continua 131
13
4.11.1 Capacidad del banco de bateras 131
4.11.2 Requerimientos de corrientes permanente 132
4.11.3 Requerimientos de corriente instantnea 133
4.12 Capacidad del Cargador rectificador 134
4.13 Determinacin de la capacidad del transformador de SS.AA. 134
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
BIBLIOGRAFA
ANEXOS
14
CAPITULO I
CUESTIONES PRELIMINARES DE LA TESIS
1.1 TEMA DE INVESTIGACIN
La electricidad es uno de los principales valores energticos y su transporte,
reparto y distribucin es muy importante. Las subestaciones elctricas son,
por tanto, una de las claves de este sistema. En concreto, estas instalaciones
son aquellos dispositivos de control e interconexin de los puntos de
confluencia de la red mallada por la que se realiza la transmisin de energa.
Adems, son las propias subestaciones las encargadas de realizar la
transformacin de tensin de los niveles ms bajos de generacin y
distribucin al nivel elevado de transporte. El tema a investigar es analizar
funcional y econmicamente los principales tipos de subestaciones
elctricas para optimizar las inversiones de electrificacin
determinando los factores de mayor influencia sobre el coste y los
componentes necesarios para la conformacin de la subestacin desde la fase
de ingeniera hasta la puesta en servicio.
1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIN DEL PROBLEMA DE
INVESTIGACIN
Existen una gran cantidad de subestaciones diferentes con particularidades
tanto en la tecnologa empleada como en la disposicin y naturaleza propias
de la instalacin. El tipo de aislamiento tanto de .la aparamenta como de los
15
embarrados, el diseo de la configuracin que afecta bsicamente a temas de
seguridad y anlisis de fallas y la naturaleza de la propia instalacin (si tiene
transformacin o no), provocan que no se pueda establecer fcilmente unos
patrones generales de subestaciones.
La gran diversidad se hace patente a la hora de plantear una oferta de una
subestacin en una fase previa a proyecto. No slo porque sea necesario
proporcionar un resultado en corto plazo, sino adems por la gran cantidad de
elementos que pueden variar, parmetros y condiciones que se desconocen y
que se han de suponer a la hora de realizar el proyecto.
1.3 VARIABLES DEPENDIENTES
o Los tipos de componentes de la subestacin y un estudio detallado de
los aspectos de ingeniera y montaje.
o La gran cantidad de subestaciones diferentes con particularidades
tanto en la tecnologa empleada como en la disposicin y naturaleza
propias de la instalacin.
1.4 VARIABLES INDEPENDIENTES
Atencin en identificar aquellos componentes cuyo costo suponga
el mayor peso relativo en la determinacin del costo total.
Cuantificar las diferencias en la distribucin de costos
de construccin en funcin de la tecnologa empleada.
1.5 PROBLEMA GENERAL
Se podr optimizar las inversiones de electrificacin al analizar
funcional y econmicamente los principales tipos de subestaciones
elctricas?.
16
1.6 PROBLEMAS PARTICULARES
Ser necesario estudiar los componentes para la conformacin de la
subestacin desde la fase de ingeniera hasta la puesta en servicio y a la vez
cuantificar cada componente de obra y su costo asociado?
Qu configuraciones y tipos de subestaciones empleadas en el sector
elctrico Peruano ser necesario analizar?.
1.7 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN
Objetivo general
Analizar funcional y econmicamente los principales tipos de
subestaciones elctricas para optimizar las inversiones de
electrificacin
Objetivos Particulares
Estudiar los componentes necesarios para la conformacin de la
subestacin desde la fase de ingeniera hasta la puesta en servicio
y se cuantificar cada componente de obra y su costo asociado
Analizar de forma general varias configuraciones y tipos de
subestaciones, haciendo nfasis en aquellas ms comnmente
empleadas por las empresas del sector elctrico peruano.
1.8 FORMULACIN DE LA HIPTESIS
La subestacin del tipo AIS ser econmicamente ms viable que la
subestacin GIS porque toda la aparamenta del GIS necesita un
aislamiento ms especializado, por ende ms costoso.
La subestacin GIS ser tcnicamente ms viable por el menor espacio
que hace uso, resolviendo el problema de ubicacin en ciudades
conglomeradas.
17
La configuracin doble barra y doble interruptor ser tcnicamente ms
confiable pero econmicamente ms costosa
1.9 METODOLOGA DEL TRABAJO
Para la adquisicin del conocimiento el mtodo que empleare en el
desarrollo de la tesis es el mtodo terico, analtico comparativo;
Terico la recoleccin de la base de datos se realizar de catlogos de
las empresas fabricantes como por ejemplo la ABB; Y la segunda,
porque se realizar un anlisis comparativo de las diferentes
tecnologas de subestaciones as como de las configuraciones de cada
subestacin.
En cuanto a las tcnicas de investigacin la tesis se
desarrollar primeramente en base a:
fuentes secundarias (catlogos y manuales de empresas
fabricantes textos, revistas, documentos, etc).
fuentes primarias, Tendr que hacer visitas tcnicas a algunas de las
subestaciones a nivel nacional; tambin me valdr de la experiencia y
conocimiento de ingenieros y tcnicos experimentados en lo referente a
subestaciones.
18
CAPITULO II
CARACTERSTICAS Y TIPOS DE SUBESTACIONES
2.1. DESCRIPCIN DE LAS SUBESTACIONES
2.1.1 EVOLUCIN HISTRICA DE SUBESTACIONES
La tecnologa elctrica y sus avances han permitido que la naturaleza de
las subestaciones haya evolucionado a lo largo de los aos.
Las causas han sido varias pero se podra decir que todas se remiten al
aumento del consumo energtico individual en los pases desarrollados,
al aumento de la poblacin y a la mayor dependencia de la electricidad
como vector energtico.
Las tres han implicado directamente que sea necesaria una mayor
energa en las viviendas y en la industria. Para ello, era necesaria una
mayor generacin de electricidad.
Principalmente, se empez a primar la produccin a gran escala
debido al precio econmico del carbn como fuente de energa.
Posteriormente del petrleo y de la energa nuclear. Todas ellas
requieren plantas de generacin de gran escala para ser viables y obtener
unos rendimientos de funcionamiento aceptables. Adems, la generacin
hidrulica a escala importante slo podra estar situada en enclaves
19
determinados con saltos y caudales que lo permitan.
Esto implica inevitablemente una produccin localizada de electricidad a
gran escala. Adems durante el siglo XX en toda Europa se va
produciendo un inevitable proceso de desruralizacin y la poblacin
comienza a desplazarse y a agruparse en grandes ciudades, adems del
crecimiento demogrfico y de desarrollo al que se ven sometidos los
pases.
Por estos motivos, al tener grandes puntos de generacin localizados y
densidades de consumo en las ciudades, se requiere unos flujos de
energa elevados de los unos a los otros. El envo de energa a travs de
lneas elctricas, debido a la resistencia de los conductores genera muchas
prdidas y por ello se busca, para reducirlas, bajar las intensidades
elevando las tensiones.
El elevamiento de las tensiones ha requerido de investigacin para
establecer nuevos sistemas de aislamiento, mejora de la proteccin, de la
implantacin y del diseo de dispositivos.
Las subestaciones como elementos de operacin del sistema de transporte
han tenido que acompaar a este proceso de incremento de tensiones y
potencias.
Por ello, el avance en este campo implicaba directamente mejoras en las
subestaciones.
Principalmente este avance ha sido ms acusado en la aparamenta
y subestaciones dentro de un ncleo urbano que es donde ms
problemas de espacio y seguridad se han requerido, adems de ser el
ltimo punto en el que la potencia llega a su fin.
20
La disponibilidad de cables de potencia para alta tensin (aceite fluido)
a partir del ao 1920 hizo posible la construccin de subestaciones de
tipo interior integradas en el casco urbano de las ciudades. Sin embargo
la aparamenta utilizable en estas subestaciones, as como la
incapacidad de reducir las distancias elctricas, al no disponer de otro
medio aislante que el aire, supuso que el tamao de estas subestaciones
no se redujera fundamentalmente con respecto a las instalaciones
convencionales. Mucho ms tarde (1950) se desarrollaron tecnologas
para la construccin de barras aisladas que permitieron una cierta
reduccin del tamao de las instalaciones, muy condiciones an a la
utilizacin de aparamenta de interior, que si bien estaba especialmente
diseada para este tipo de subestaciones, no haca posible una reduccin
significativa de las dimensiones. La aparicin de las instalaciones
aisladas con gas (SF6) en el ao 1960, supuso un paso importantsimo
en el diseo de las subestaciones, consiguindose los resultados
espectaculares en la reduccin de la superficie y volumen total necesario.
Adems el desarrollo de elementos de corte de suministro utilizando el
SF6 ha permitido el flujo de potencia de manera ms segura ya que los
dispositivos que cumplan los requisitos funcionaban con aceite y
provocaban incendios y explosiones adems de necesitar un
mantenimiento habitual.
El grado de desarrollo tecnolgico conseguido por estos equipos, y los
niveles decoste actuales, hacen que la adopcin de este tipo de
soluciones sea una alternativa indiscutible en el diseo y construccin de
subestaciones.
21
Cabe destacar que en aplicaciones sin requisitos de espacio y baja
influencia en impacto ambiental se siguen utilizando los dispositivos
aislados en aire ya que se ha seguido trabajando en el desarrollo de
nuevos equipos e instalaciones que partiendo de soluciones
convencionales y aislamientos convencionales (AIS) permiten llegar a
soluciones ms acordes con el entorno cumpliendo las condiciones
establecidas.. Este tipo de instalaciones es perfectamente adaptable en
ciertos entornos suburbanos o exteriores con un coste muy razonable.
Paralelamente se ha trabajado en el desarrollo de transformadores de
potencia para estas instalaciones, si bien desde el punto de vista de sus
dimensiones no se han conseguido logros importantes, otros conceptos
tales como la reduccin de los niveles de ruido, soluciones para
conexionado en alta y media tensin (barras SF6 y para cables) y los
sistemas de refrigeracin, han permitido llegar a diseos que satisfacen
plenamente los requerimientos de este tipo de instalaciones.
2.1.2 NORMATIVA Y ESTNDARES DE COMPAA
2.1.2.1 NORMATIVAS INTERNACIONALES1
La documentacin de estndares ms considerada es la elaborada por la
Comisin Electrotcnica Internacional (IEC). Esta comisin prepara y
publica estndares para todo lo relacionado con electricidad, electrnica
y otras tecnologas relacionadas.
Se busca adems de una estandarizacin en las ofertas y en los planos
utilizados a nivel internacional se busca la propia estandarizacin en pases de
1 Bean L Richard, Chackan Nicholas /'Transformadores para la industria elctrica" Pag. 45
22
las medidas propuestas por dicha comisin. Es por ello, que generalmente
todas las normativas incluida la espaola estn basadas en estos estndares.
Entre las normativas que requieren especial importancia, no slo por el uso
hecho en el pas origen sino por su conocimiento y filtracin en los estndares
de otros pases y compaas, cabe destacar la normativa americana ANS.
2.1.3 PARMETROS BSICOS DE DISEO
Los parmetros bsicos para el diseo de una subestacin elctrica son los que se
definen para cada uno de los sistemas elctricos presentes en la subestacin:
Tensin ms elevada para el material. Es el valor eficaz de la tensin (entre
fases) para la cual se eligen todos los componentes de la subestacin, este valor
es siempre superior al valor de tensin mxima (en rgimen permanente), que
puede aparecer en los diferentes circuitos que la componen.
Nivel de aislamiento.
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.
Hay que tener en cuenta tambin los factores ambientales que pueden influir
sobre el aislamiento (longitud de la lnea de fuga de los aisladores).
Intensidad de cortocircuito.
Define la capacidad de la subestacin y de sus componentes en cuanto a los
efectos de los cortocircuitos:
23
- Efectos Trmicos: Ice / 1 seg, 2seg,
- Efectos Dinmicos normalmente: Ice x 2,5 = Idin
La intensidad de cortocircuito fase-tierra es importante para el diseo
del sistema de puesta a tierra.
Intensidad en rgimen permanente.
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.
2.1.4 ANLISIS DESCRIPTIVO
2.1.4.1 TIPOS GENERALES DE SUBESTACIONES2
Subestaciones de interconexin
Son un punto en la red en el que confluyen varias lneas sin que exista
transformacin a un nivel inferior de tensin. Son subestaciones tpicas de
los sistemas de transporte.
Subestaciones de interconexin con transformador
Cumplen idnticas funciones a las anteriores pero adems disponen de
transformacin a un nivel o niveles de tensin inferior. Son
subestaciones tpicas de interconexin entre la red de transporte y los
sistemas regionales de subtransporte local.
2 Bean L. Richard, Chackan Nicholas /'Transformadores para la industria elctrica" pag.85
24
Subestaciones de transformacin pura
Constituidas generalmente por dos o varias lneas de alta tensin y
transformacin a uno o varios niveles de media tensin. Son
subestaciones tpicas de alimentacin a los sistemas de distribucin,
aunque tambin se pueden incluir dentro de este tipo, las subestaciones de
alimentacin a grandes plantas industriales.
Subestaciones de central
Tienen como funcin incorporar a la red de transporte o subtransporte la
energa generada por uno o varios grupos. Atendiendo a unos criterios
ms constructivos se clasifican las subestaciones en:
Subestaciones de intemperie
La aparamenta elctrica, transformadores y juegos de barras se
disponen a la intemperie, en combinacin con elementos
estructurales metlicos.
Subestaciones de interior
La aparamenta elctrica, transformadores y juegos de barras se
disponen en el interior de una o varias edificaciones,
utilizndose sistemas de construccin convencionales, o bien
prefabricados. La adopcin de estos sistemas constructivos
puede obedecer a criterios relativos al emplazamiento
(subestaciones urbanas) o bien a condiciones ambientales
adversas (reas industriales de elevada polucin, proximidad al
mar, etc..)
Otra clasificacin puede realizarse segn el tipo de aparamenta utilizada:
Subestaciones convencionales
25
Utiliza en montaje intemperie o interior componentes discretos
convencionales conectados entre s mediante conexiones
realizadas "in situ"
Subestaciones blindada
Utiliza componentes integrados y montados en fbrica, protegidos
mediante pantallas metlicas estancas y aisladas por medio de gas
a presin (SF6). Pueden utilizarse tanto para montaje interior
como intemperie.
2.1.4.2 DIFERENCIAS FSICAS GENERALES3
En condiciones atmosfricas normales, las distancias de aislamiento
determinan las principales dimensiones de las instalaciones de
distribucin clsicas. Durante mucho tiempo el desarrollo en la
construccin de instalaciones ha consistido simplemente en combinar
aparatos ya existentes para obtener la disposicin ms adecuada para la
explotacin y seguridad del servicio.
La creciente necesidad de transportar la energa elctrica, con tensiones
cada vez ms elevadas, a las regiones de gran densidad de poblacin y a
los centros industriales, plantea grandes dificultades a causa de las
dimensiones de la instalacin implicadas.
Incluso si se consigue encontrar el terreno necesario, las prescripciones
oficiales y las exigencias urbansticas hacen difcil la construccin. Los
sistemas de alimentacin y distribucin de energa elctrica en grandes
ciudades estn caracterizados fundamentalmente por las condiciones
3 Roth Arnold. "Tcnica de Montajes de Subestaciones" pag. 56
26
impuestas por el entorno y las particularidades relativas al tipo de carga
alimentada.
Las restricciones impuestas por el entorno son bsicamente las siguientes:
- Bajo o nulo impacto visual.
- Cumplimiento de condiciones excepcionales de seguridad, para
evitar riesgos como: transferencia de potenciales peligrosos.
Incendios y explosiones, posibilidad de inundaciones por rotura de
conducciones, etc..
- Cumplimiento de normativas muy estrictas en cuanto a
perturbaciones en el entorno de la instalacin: niveles de ruido,
vibraciones, evacuacin de grandes volmenes de aire de los
sistemas de ventilacin y refrigeracin, perturbaciones
radioelctricas, etc..
En cuanto a la carga elctrica alimentada se pueden enumerar las
siguientes particularidades y exigencias:
- Carga muy distribuida
- Alto nivel de carga (kW/km2)
- Alto nivel de exigencia en cuanto a fiabilidad y seguridad en el
servicio.
- Existencia de puntas de consumo significativas.
Adems, en relacin con el problema de contaminacin de aisladores, en
estas condiciones conducen cada vez ms a la construccin de
instalaciones interiores. Pero el aumento de los costes de construccin
refuerza la tendencia a reducir, tanto como sea posible, las dimensiones
de la instalacin. Por lo tanto, para resolver este problema
hay que disponer de instalaciones ms pequeas que las
27
conocidas hasta ahora, insensibles a las influencias atmosfricas,
que puedan instalarse al exterior, en un edificio o en l subsuelo y que
exijan poco mantenimiento; adems, deben ser silenciosas, no provocar
perturbaciones radioelctricas y no significar ningn peligro para las
zonas habitadas prximas, como ya se ha visto.
Para aportar una solucin a este problema, se utilizan instalaciones
blindadas, con aislamiento en SF6 lo cual establece la mayor de las
diferencias fsicas entre dos subestaciones. La naturaleza del aislamiento
hace que se pueda distinguir por una parte las subestaciones aisladas en
aire de tipo AIS y por otra las aisladas en gas de tipo GIS.
Una subestacin es en definitiva un punto de conexin entre diferentes
bahas de circuitos elctricos.
Cada una de estas bahas suele estar constituida por interruptor,
seccionadores, transformadores de medida y elementos de potencia
aunque depende mucho de la disposicin en cada caso.
El interruptor es un dispositivo capaz de mantener y abrir las corrientes
presentes en el circuito, tanto en rgimen normal como en falta.
En condiciones de falta el interruptor est ligado al equipo de proteccin
utilizado que lo opera con la velocidad y poltica adecuada.
Los transformadores de medida son los que le dan al sistema las
magnitudes necesarias para realizar la medida, monitorizacin, el control
y la proteccin de todos los elementos necesarios en el sistema.
Los seccionadores simplemente se utilizan para realizar aislamiento
fsico de diferentes equipos para poder efectuar trabajos en condiciones
28
de seguridad.
Opcionalmente pueden utilizarse como elementos selectores de barras.
Estos dispositivos solamente pueden maniobrar sin carga.
Adems existe otro tipo de dispositivos con diferentes funciones dentro de
una subestacin como es el sistema de control, sistema de
comunicaciones o sistema de proteccin.
2.1.4.3 CRITERIOS DE SELECCIN TCNICOS4
Los elementos constitutivos que se han analizado hasta ahora pueden
tener una relativa importancia en las caractersticas funcionales de una
determinada instalacin.
Es un hecho que la disposicin de los elementos y su orden en el
circuito elctrico puede dar lugar a diferencias en la perspectiva de la
proteccin, fiabilidad o manejo de la subestacin.
La eleccin acertada del esquema unifilar de una subestacin debe tener
en cuenta unos parmetros bsicos que influyen en la explotacin de
la instalacin.
- El nivel de tensin
- Funcin y situacin de la subestacin en la red-.
- -Tipo de subestacin (interconexin, interconexin-
transformacin, transformacin o generacin).
- Fiabilidad exigible y seguridad en el servicio.
- Evolucin futura y ampliabilidad.
- Aspectos relativos a la explotacin y al mantenimiento.
- Inversin.
4 Roth Arnold. "Tcnica de Montajes de Subestaciones" pag. 113
29
Los factores relativos al nivel de tensin, situacin en la red y fiabilidad
exigible estn ntimamente ligados y normalmente son sometidos a un
anlisis conjunto, en el cual hay que considerar adems las tasas de fallos
de los equipos y el anlisis de las contingencias que los fallos puedan
originar. El tipo de subestacin es tambin una cuestin importante que
normalmente est muy ligada a las condiciones de explotacin y
mantenimiento. Por ejemplo, en el anlisis de subestaciones de central
hay que considerar los periodos de mantenimiento de los grupos
generadores y de los elementos asociados. Esto permite un uso de
esquemas ms sencillos. La evolucin futura de la red es otra de las
consideraciones a tener en cuenta a la hora de elegir la configuracin
elctrica de una instalacin. La compatibilizacin de este concepto con
una inversin adecuada en la etapa inicial de funcionamiento, solamente
es posible con la adopcin de esquemas que permitan ser inicialmente
simples y evolucionar en el futuro a configuraciones ms complejas. Un
caso es el paso de simple a doble barra.
Finalmente el coste de primera inversin as como los costes de
explotacin y mantenimiento deben ser analizados cuidadosamente. Un
criterio normal de anlisis puede justificar o no el incremento de coste
originado por el paso de una configuracin simple a otra ms compleja.
Otro de los factores ms importantes para elegir la configuracin de las
subestaciones es la continuidad en el servicio en el caso de falta o por
labores de mantenimiento. Generalmente el dispositivo que requiere
mayor mantenimiento es el interruptor. Antiguamente se utilizaban los
seccionadores "by-pass" cuando los interruptores eran de cmara de
aceite y requeran un mantenimiento prcticamente anual. El gran
30
problema es que ese seccionador "by-pass" tena que ser situado en la
propia configuracin de manera area o complicada que provocaba nuevas
zonas de riesgo y tensin as que cuando se evolucion a interruptores de
vaco o de SF6 y el mantenimiento se redujo considerablemente se dej
de implantar este anexo.
2.1.4.4 CRITERIOS DE SELECCIN ECONMICOS
Principalmente el factor que se tiene en contra y que ms pesa a la hora
de disear cualquier instalacin industrial y en concreto una subestacin
es el econmico. Ante esto, se pueden considerar las diferentes
configuraciones, topologas y tecnologas y se obtendrn diferentes
precios segn la fiabilidad, la seguridad y la capacidad de transporte.
Las principales ventajas de utilizar un sistema GIS aislado en gas son su
espacio reducido, su elevada compactacin y su bajo impacto ambiental
y visual ya que su establecimiento es compatible con el medio urbano
sin romper el estilo arquitectnico o natural. Sin embargo un AIS tiene
La aparamenta separada individualmente que permite sustituciones
sencillas y adems es ms barata en coste.
La disposicin hbrida es una excelente solucin cuando se requiere
ampliar una posicin de una subestacin que ya tiene unos embarrados
aislados en aire. Su alto grado de compactacin en el SF6 provoca que
no sea necesario disponer de mucho espacio.
Inversin
En este estudio no se van a tener en cuenta las inversiones de terreno
que entraran dentro de un estudio de viabilidad econmica y no dentro
31
del objeto de este anlisis. Sin embargo, es crtico este anlisis a la hora
de plantear un proyecto ya que el tamao del parque vara de manera
sustancial segn la tecnologa empleada. Se parte de que la inversin en
aparamenta va a ser sustancialmente mayor en una subestacin de tipo
GIS que en una de tipo AIS. El aislamiento en SF6, la reduccin del
tamao, la modularidad y la tecnologa provocan este valor aadido. Por
estos motivos, las soluciones hbridas tambin tienen un mayor coste En
el caso de la GIS, al ir todo encapsulado en gas, ya se ha visto que el
tamao se reduce de manera considerable. Cuanto menor resulta el
tamao de la aparamenta y del parque menores son los gastos en el
terreno pero por ser tecnologas ms avanzadas mayores sern los
precios de sta.
En el caso de las tecnologas hbridas tambin se alcanza un espacio
reducido pero no tanto como en el caso de la GIS. Al ser una
subestacin modular tiene unas cmaras aisladas en SF6 lo cual resulta
en una reduccin en la altura y anchura total del parque. Adems de la
reduccin fsica del parque, estas dos tecnologas provocan tambin
una disminucin de las distancias de seguridad requeridas entre las
barras, as como la longitud de los cables o barras tubulares necesarios
para las conexiones. Esto implica una disminucin de los esfuerzos
debidos a los cortocircuitos. En el caso de la GIS es evidente ya que
todo el embarrado se encuentra encapsulado.
El menor tamao y encapsulado provoca un ahorro debido a una
reduccin considerable de las estructuras soporte as como de las
32
cimentaciones necesarias.
Adems, en el aspecto econmico, hay una mejora por la menor
presencia de aisladores, tanto de soporte como en los equipos y en
cadenas lo que reduce la posibilidad de defectos por contaminacin. En
el caso de la tecnologa GIS, al no haber elementos no encapsulados, los
aisladores son el propio gas. Los amarres y pasatapas internos que no
sufren problemas de contaminacin.
La reduccin del rea provoca una menor extensin del sistema de
puesta a tierra y es por ello que, a pesar de tener un equipo ms caro y
no tener en cuenta la inversin en terreno, hay un ahorro en material
externo.
Sin embargo, en muchos casos el coste del terreno es despreciable frente
al coste total de la instalacin y por ello se prefiere recurrir al uso de
aparamenta tradicional AIS frente a GIS, suponiendo esta ltima unos
costes elevados innecesarios.
Suministro5
La tecnologa AIS requiere una amplia variedad de
suministradores ya que los dispositivos se adquieren como
elementos separados y por tanto pueden venir de fabricantes
diferentes. Esto supone unos mayores costes de gestin y
administracin de pedidos adems de una complejidad superior
frente a las otras tecnologas.
5 Roth Arnold. "Tcnica de Montajes de Subestaciones" pag. 126
33
Si bien su coste es sustancialmente ms elevado, el suministro de
las tecnologas modulares es sencillo ya que precisamente por este
motivo no se requiere prestar especial atencin a una gran cantidad
de pedidos sino que ya se hace la entrega de conjunto en una misma
planta. Otra consecuencia de este aspecto es que existe una mayor
diversidad de fabricantes y suministradores que trabajan con
tecnologa AIS y por tanto se pueden obtener ventajas resultado
del uso de la competencia que bajo otras tecnologas no se tienen.
Transporte
El tema del transporte es bastante similar al del suministro. La
tecnologa AIS proviene de diversos suministradores en diferentes
localizaciones y pases. Por tanto se requiere un estudio de
optimizacin en los transportes que no es trivial, adems de
suponer unos gastos mayores en flete y logstica en general.
Las soluciones modulares implican directamente unas unidades de
embarque limitadas y un transporte en comparacin bastante
sencillo ya que todo proviene del mismo suministrador.
Diseo e ingeniera
Los costes de diseo e ingeniera directos son bastante desiguales.
En el caso modular al ya venir todo ensamblado no se requiere
ms que una ingeniera sencilla.
La solucin aislada en aire requiere una ingeniera y un diseo
ms detallado al tener que plantearse cada elemento por separado
bastante superiores. No slo por la coordinacin de aislamiento o
tensiones y corrientes de falta admitidas sino por la propia
34
disposicin fsica de cada elemento que proporciona gran
flexibilidad a concretar en cada proyecto. Por otro lado, las
soluciones modulares aunque se ha dicho que no suponen un coste
de diseo e ingeniera directo elevado, si repercute el coste
indirecto de esa ingeniera y diseo que ha sido realizada a la hora
de plantear y calcular los propios mdulos y sus caractersticas
intrnsecas.
Cableado
Los dispositivos de ambas tecnologas han de ser cableados, no slo
por la alimentacin que requieran sino por las seales de los
sensores y rels de los que estn dotados.
En el caso de la tecnologa modular, por el tema de las distancias,
como consecuencia del rea ocupada, se requiere una menor
longitud de cableado. Por el contrario, existe un mayor nmero de
seales y de elementos a cablear as que no es tan evidente que
suponga un coste menor que la tecnologa AIS.
SS.AA.
Se requieren diferentes sistemas de servicios auxiliares debido a
una diferente disposicin y caracterizacin de la instalacin. En el
caso AIS, al haber un parque mayor se necesita una mayor
inversin en la iluminacin exterior y en la potencia de los
servicios de alimentacin debido a las cadas de tensin de los
cableados. Por otro lado, las tecnologas modulares requieren de un
edificio iluminado interiormente y climatizado. Adems de una
implantacin de sistema de deteccin antiintrusismo y contra
35
incendios. Por tanto no es un factor que vare mucho el precio en
funcin de la tecnologa.
Obras Civiles
El edificio en el caso de las subestaciones GIS requiere una mayor
inversin ya que tiene que estar dotado de un forjado ms fuerte
con un stano para cables y capaz de soportar los esfuerzos debido
al peso de la aparamenta. Para el manejo de sta se hace necesario
un puente gra y por supuesto, la realizacin de una obra limpia y
sin polvo. La obra civil de una instalacin bajo tecnologa AIS es
ms sencilla a la hora de cimentar pero a la vez se requiere un
mayor nmero de stas, de movimientos de tierra con posibles
muros pantalla debido a la pendiente consecuencia de una
extensin de terreno mayor.
Es por ello que no se pueden establecer, como casi todo lo que
concierne a las obras civiles, un patrn, una comparativa o unas
conclusiones a priori sin analizar un caso concreto.
Montaje
De nuevo, en virtud a la modularidad del sistema aislado en gas, el
montaje es bastante simple a la hora de plantearlo frente al AIS que
son mltiples dispositivos que requieren ser instalados y conectados
entre s. Sin embargo, ese montaje en esencia sencillo de las
soluciones modulares requiere una gran precisin en los detalles y
unos procedimientos a seguir por personal sumamente cualificado
y que por tanto supone un coste mayor en personal que la sencilla
mano de obra que implica el AIS.
36
Adems existe una mayor experiencia y diversidad en los
montadores de sistemas aislados en aire que en los modulares y por
tanto se pueden obtener ventajas por competencia.
Puesta en servicio6
Las pruebas realizadas en la aparamenta ya ensamblada en el caso
de la tecnologa modular se realiza en fbrica y en la totalidad del
conjunto mientras que en la tecnologa AIS se tiene que realizar en
sitio sobre la instalacin ya montada.
Por el contrario, al igual que en el montaje, las pruebas realizadas
en el caso de la aparamenta aislada en aire requieren personal
menos cualificado y preparado y menos especializado. Adems de
contar con un mayor nmero de empresas capaces de llevarlo a
cabo y con mayor experiencia.
Mantenimiento
Por lgica, la tecnologa AIS al estar a intemperie tiene un mayor
desgaste debido a factores atmosfricos. Es por tanto ms
vulnerable a contaminacin y a agentes externos.
Sin embargo, existe la posibilidad, al tener todos los dispositivos
por separado, de sustituir un elemento daado o de tener alguna
pieza de repuesto con un coste relativamente bajo.
En la tecnologa modular se garantiza un buen funcionamiento sin
apenas mantenimiento pero ante cualquier imprevisto se ha de
plantear la sustitucin del mdulo completo o un mantenimiento a
6 Catalogo de ABB "Live Tank Breakers", pag. 24
37
cargo de personal altamente cualificado.
2.2 TECNOLOGA DE SUBESTACIONES7
Como ya se ha comentado hay una diferencia tecnolgica muy importante en las
subestaciones existentes, principalmente el tipo de aislamiento utilizado por la
aparamenta. Esta diferencia de material ha llegado a implicar una gran
distincin tecnolgica segn las condiciones, ventajas y desventajas que se
deseen implementar.
Existen dos tecnologas completamente diferentes, una aislada en aire de manera
tradicional y otra aislada en SF6. A partir de ellas surgi el concepto de
tecnologa hbrida que tiene caractersticas comunes a ambas. Adems existen
otras disposiciones como las subestaciones prefabricadas.
2.2.1 SUBESTACIONES AIS
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 separado 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.
2.2.2 SUBESTACIONES GIS
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.
7 R.C. Check "Consideraciones y Seleccin de sistemas de subestaciones",pag. 132
38
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.
Adems, facilita una de las grandes ventajas constructivas de la
tecnologa GIS y es la modularidad de sus elementos. Al igual que si de
un mecano se tratara se acoplan mdulos de interrupcin,
seccionamiento, medida de tensin e intensidad, descargadores o
diferentes terminales de acceso segn el tipo de entrada pudiendo
construir cada calle de manera particular y adaptada a las caractersticas
requeridas.
2.2.3 SUBESTACIONES PREFABRICADAS
Las subestaciones prefabricadas surgen como una solucin sencilla y de
poco tiempo de implementacin para configuraciones estndares que no
requieran caractersticas muy particulares.
39
Las subestaciones prefabricadas ms importantes son las compactas
y modulares. Estas utilizan mdulos prefabricados de conexin
integrada en cada parte de la subestacin, para conseguir un diseo
simple y fiable en los sistemas de transporte y distribucin. Existen
diferentes configuraciones segn el nivel de tensin y la utilidad
requerida. Adems es posible aadir otros dispositivos tanto de medida
como de seccionamiento o proteccin de sobretensiones.
La base es un interruptor de SF6 y las funciones de seccionamiento
permiten tensiones de 52 a 245 kV mediante ejecucin extrable y
tensiones de 300 a 800 kV mediante un seccionador pantgrafo. Las
primeras realizan un seccionamiento desplazando el bloque del
interruptor del embarrado, las segundas tienen incorporado un
seccionador clsico.
Otra posibilidad son las subestaciones compactas modulares integradas,
en las cuales un mismo dispositivo especficamente diseado realiza
simultneamente las funciones de interruptor, transformador de
intensidad y seccionamiento.
2.2.4 SUBESTACIONES HBRIDAS
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,
40
seccionadores, elementos de medida de tensin y corriente y pasatapas.
Para el diseo del interruptor, de los seccionadores y de los
seccionadores de puesta a tierra se utiliza la tecnologa de las
subestaciones blindadas. Los transformadores de medida y proteccin
convencionales son sustituidos por transformadores toroidales para la
medida de corriente y transformadores capacitivos para la medida de
tensin.
2.2.5 SOLUCIONES EN ENTORNOS URBANOS
Inicialmente la alimentacin de la red de distribucin en media tensin de
las ciudades se resolvi mediante subestaciones de alta / media tensin
situadas en la periferia o zonas suburbanas. Partiendo de estas
subestaciones se tendran alimentadores secundarios hacia centros de
reparto, que a su vez distribuan la energa a circuitos o bucles
secundarios de alimentacin a los Centros de Transformacin media/ baja
tensin, constituyendo una red radial. El nivel de tensin de la red de
distribucin (15 20 kV), limita la potencia transmitida por los
alimentadores principales a niveles del orden de 12 - 15 MW.
Normalmente las subestaciones alta/media tensin disponan de una
capacidad total de transformacin de 80 a 120 MVA con un mnimo de 2
transformadores y un mximo que generalmente no era superior a 4
unidades. El crecimiento de la carga y de la superficie del casco urbano
de las grandes ciudades, ha planteado problemas importantes, tanto en
las redes existentes como en el establecimiento de nuevas
infraestructuras elctricas capaces de hacer frente a las nuevas exigencias
tanto de la carga, como de la seguridad en el servicio y del impacto sobre
el entorno urbano. Bsicamente los problemas aludidos son los
siguientes.
41
- El crecimiento de la demanda hace tcnica y econmicamente inviable
resolver los sistemas de distribucin mediante lneas radiales de media
tensin, alimentada por subestaciones perifricas.
- El desarrollo urbano de las ciudades ha tenido como consecuencia que
muchas subestaciones alta/ media tensin de alimentacin a las redes de
distribucin vayan quedando integradas tambin dentro del casco urbano.
- Las lneas de alimentacin en alta tensin 66, 132 y 220 KV en los
extremos prximos a las subestaciones, han quedado integradas tambin
dentro del casco urbano.
-El impacto visual de estas instalaciones y los posibles efectos de los
campos electromagnticos asociados, estn siendo seriamente
cuestionados por la opinin pblica.
Para la resolucin de los problemas planteados ha sido necesario el
esfuerzo combinado de Compaas elctricas, Fabricantes de Equipos y
Empresas de Ingeniera y Construccin que han desarrollado la
tecnologa necesaria para disponer de los equipos y el conocimiento, que
permita acometer tanto la transformacin de las infraestructuras
existentes, como la creacin de nuevas infraestructuras. Bsicamente los
problemas que ha sido necesario resolver son los siguientes.
NUEVAS INSTALACIONES:
- Diseo y Construccin de Subestaciones alta/ media tensin
con caractersticas y equipamiento aptos para ser plenamente
integrables en entornos urbanos.
42
- Construccin de lneas elctricas de alta tensin
(fundamentalmente cables) para su instalacin en entornos
urbanos.
- Eleccin de topologa de red aptas para cubrir las exigencias y
particularidades del entorno, as como para su convivencia y
crecimiento coordinado con los sistemas existentes.
INSTALACIONES EXISTENTES:
- Transformacin y mejora de las subestaciones alta/ media
tensin existente para su adaptacin a su nuevo entorno.
- Transformacin parcial o total de las lneas existentes con el fin
de adecuarlas al nuevo entorno.
2.3 CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONES8
Las configuraciones elctricas posibles en una subestacin de Alta Tensin son
muy numerosas. Principalmente se suelen ver las siguientes topologas:
2.3.1 TOPOLOGAS DE SE
SIMPLE BARRA
Todos los circuitos de la subestacin se encuentran conectados a una
misma barra.
Este tipo de embarrado tiene:
- Gran sencillez de explotacin
- Claridad en la realizacin fsica de la instalacin
- Coste reducido, comparando con las otras tipologas.
El principal inconveniente es que para cualquier revisin en los aparatos
conectados a barras, se debe poner fuera de servicio toda la instalacin.
8 C.W. Cogburn, "Curso de Introduccin al diseo de Subestaciones Elctricas", pag. 210
43
Si la revisin se realiza en el interruptor o en el conjunto interruptor-
transformador, solo debe ponerse fuera de servicio el aparato
afectado, con lo cual quedara fuera servicio y sin alimentacin el
circuito conectado a travs de dicho aparato.
La disposicin de simple barra no suele emplearse en las
subestaciones principales.
El depender de una sola barra principal puede ocasionar paradas
graves en el caso de un fallo en el interruptor o en la barra. Es
preciso dejar sin tensin la subestacin para la conservacin o
ampliacin de la barra. Aunque el sistema de rels de proteccin es
relativamente sencillo, la disposicin de simple barra se considera
que carece de flexibilidad y que est expuesta a parada total.
BARRA PARTIDA
Esta topologa de simple barra consiste en partir o interrumpir la
continuidad de la misma mediante un aparato de corte ( Interruptor o
seccionador). Mediante esta solucin, se pueden separar las fuentes
alimentadoras. Suele ser una solucin empleada en instalaciones
de Media Tensin.
El mantenimiento de un elemento conectado a barras dejara sin
servicio a la semibarra correspondiente, es decir, al 50% de la
instalacin. Se puede hacer tambin una transferencia automtica,
cerrando el interruptor de acoplamiento, en caso de falta en una de
las lneas de alimentacin a una de las semibarras.
SIMPLE BARRA CON BY-PASS
44
Para evitar uno de los inconvenientes de la simple barra, se instala
en paralelo con cada mdulo, un seccionador llamado de by-pass.
Esto permite que, en el caso de tener que realizar trabajos en un
interruptor, se puede dar servicio a la posicin afectada a travs del
seccionador de by-pass. Mientras el servicio est por by-pass la
instalacin queda sin protecciones, y en el supuesto de una
perturbacin, dispararn los interruptores de cabecera de las lneas
de alimentacin.
SIMPLE BARRA CON BARRA DE TRANSFERENCIA
La disposicin de simple barra y barra de transferencia consiste en
aadir una barra de transferencia al esquema de barra nica. Se
aade una baha de acoplamiento para el enlace de barras, uniendo
de esta manera las barras principal y de transferencia.
Cuando un interruptor requiera ser mantenido, se sustituyen sus
funciones por el interruptor de enlace de barras para no dejar sin
tensin a ese circuito. A menos que se efecte tambin transferencia
en los rels de proteccin, los rels de la barra de transferencia deben
de ser capaces de proteger las lneas de transporte o los generadores.
Esta se considera una solucin poco satisfactoria debida a la baja
selectividad. Otra solucin satisfactoria consiste en conectar la
lnea y los rels de las barras a los transformadores de intensidad
situados en las barras. Con esta filosofa, el sistema de rels de la
lnea y de la barra no necesitan ser transferidos cuando se retira de
servicio un interruptor del circuito para su mantenimiento,
emplendose el interruptor de enlace de barras para mantener el
circuito en tensin.
45
Si en alguna ocasin se pone fuera de servicio la barra principal por
mantenimiento, no queda ningn interruptor de circuito para proteger
los circuitos de alimentacin. El fallo de cualquier interruptor o el
fallo de la barra principal dejara fuera de servicio a la subestacin.
Las maniobras con el sistema de barras principal y de transferencia
pueden ocasionar errores del operador, daos y posible parada.
Aunque esta disposicin es de bajo coste, soluciona bastantes de los
problemas del simple barra. Aun as, no llega a los altos grados de
seguridad de servicio y flexibilidad requeridos actualmente por el
Sistema Elctrico.
DOBLE BARRA
Este esquema emplea dos barras principales y cada circuito posee
dos seccionadores de barras. Un interruptor de acoplamiento de
barras conecta las dos barras y cuando est cerrado permite transferir
un circuito de una barra a la otra manteniendo la tensin mediante el
accionamiento de los seccionadores de barras. El funcionamiento
normal de esta topologa es con el interruptor de acoplamiento
abierto.
Todos los circuitos pueden trabajar con la barra principal o la mitad
de los circuitos puede funcionar desde cualquier barra. En esta
situacin, resulta equivalente a dos nudos diferentes. En el primer
caso, la subestacin quedara fuera de servicio en el caso de fallo de
la barra o de interruptor. En el segundo, slo la mitad de los circuitos.
En algunos casos los circuitos funcionan con las dos barras y el
interruptor de acoplamiento de barras est normalmente cerrado.
46
Con este esquema se necesita un sistema de rels protectores muy
sensibles para evitar la parada completa de la subestacin en el caso
de fallo de cualquiera de las barras.
Las maniobras de seccionamiento se complican mucho, siendo
posible que ocurran fallos del operario, daos y posible parada,
aunque se intenta evitar con el uso de enclavamientos. La seguridad
de servicio del esquema doble barra un interruptor es baja y por ello
esta disposicin no se emplea normalmente en subestaciones
importantes.
Doble barra con by-pass
Consta de un doble juego de barras con un by-pass en las posiciones
de lnea o de transformador, que puede alimentarse en cualquiera de
las dos. Presenta las ventajas apuntadas en los esquemas anteriores:
reparto de cargas, flexibilidad en las maniobras; lo que permite
asegurar el servicio. Por el contrario, su montaje es ms costoso y
complicado y de igual modo la realizacin de maniobras.
Doble barra con barra de transferencia
Este tipo de embarrado dispone de un doble juego de barras donde
se conectan las lneas y transformadores, a travs de los dos
seccionadores, y de otros de by-pass lo hacen a la barra de
transferencia. El mdulo de acoplamiento sirve para unir
elctricamente la barra de transferencia con cualquiera de las otras
dos.
Este tipo de barras tiene las ventajas apuntadas en los tipos
anteriores, pero presenta el inconveniente de que las maniobras y la
lgica de proteccin son complicadas.
47
Doble barra y doble interruptor
La disposicin de doble barra con doble interruptor tiene dos
interruptores por cada circuito. Normalmente cada circuito est
conectado a las dos barras. En algunos casos, la mitad de los circuitos
pueden trabajar con cada barra. En este caso, el fallo de una barra o
interruptor ocasionara la prdida de la mitad de los circuitos. El
emplazamiento de las barras principales debe ser tal que se evite el
paso de los fallos a ambas barras. El empleo de dos interruptores por
circuito hace que esta disposicin sea costosa. Sin embargo, cuando
todos los circuitos estn conectados para poder funcionar con ambas
barras, el grado de seguridad de servicio es elevado.
Este sistema es usado generalmente en Media Tensin por el precio
de los interruptores. En la prctica, no es que todas las lneas
dispongan de un doble interruptor, sino que existen uno o varios de
reserva, lo que permite sustituir por uno de stos el que se quiera
revisar o reparar
Interruptor y medio
La disposicin de interruptor y medio llamada a veces de triple
conexin, tiene tres interruptores en serie entre las barras
principales. Dos circuitos estn conectados entre los tres
interruptores, y a cada uno le corresponde un interruptor ms parte
del otro que comparten. De aqu el nombre de interruptor y medio.
Esta disposicin se repite a lo largo de las barras principales, de
manera que para cada circuito se emplea interruptor y medio. Por lo
48
tanto se tienen los dos embarrados principales y entre ellos un
nmero de dimetros, cada uno de los cuales conlleva dos calles.
En condiciones de trabajo normales, todos los interruptores
estn cerrados y las dos barras estn con tensin. Se desconecta un
circuito abriendo los dos interruptores que le corresponden. Si falla el
interruptor de enlace quedar otro circuito fuera de servicio, pero no
se producir la prdida de la subestacin. Si el disparo de una lnea
incluye el fallo de un interruptor de barra, perdera toda una barra
pero mantendra el resto de bahas en tensin.
Cualquiera de las dos barras puede quedar fuera de servicio en
cualquier momento sin interrumpir el servicio. Con los generadores
colocados enfrente de los centros de consumo, se puede trabajar con
ambas barras fuera de servicio. El mantenimiento de los
interruptores se puede hacer sin prdida de servicio, sin cambios en
los rels y mediante una maniobra sencilla en los seccionadores de
los interruptores.
La disposicin de interruptor y medio es ms cara que las otras,
excepto para el caso del esquema doble interruptor doble barra. Sin
embargo, es superior en flexibilidad, regularidad y seguridad. Los
sistemas de rels de proteccin son ms complejos si se
comparan con las otras disposiciones.
Anillo
En el esquema en anillo los interruptores estn dispuestos con los
circuitos conectados entre ellos. Cada calle sale de entre dos
interruptores. Hay por tanto el mismo nmero de circuitos que de
49
interruptores. Durante el funcionamiento normal, todos los
interruptores estn cerrados. Cuando se presenta un fallo en un
circuito, se disparan dos interruptores contiguos a la calle donde ha
ocurrido la falta y si uno de los interruptores no funciona, para aislar
el fallo un circuito ms se disparar por la accin de los rels de
proteccin de fallo de interruptor. Es decir, se disparar el siguiente
por orden.
Durante el mantenimiento de un interruptor, el anillo queda roto
pero todas las lneas siguen en servicio. Los circuitos conectados al
anillo estn dispuestos de forma que los circuitos de generacin se
alternen con las cargas. Cuando se produce una parada prolongada,
puede abrirse el seccionador de lnea y cerrarse el anillo. No son
precisos cambios en los rels de proteccin para distintas condiciones
de trabajo ni durante el mantenimiento.
El esquema de barra circular es de bajo coste, posee buena
regularidad de servicio, es seguro y flexible y normalmente se
considera adecuado para subestaciones importantes hasta un
mximo de cinco circuitos. El sistema de rels de proteccin es ms
complejo que en el caso de los esquemas anteriores. Es prctica
comn construir la subestaciones importantes inicialmente en anillo;
para convertirse posteriormente en el esquema de interruptor y medio.
La configuracin en anillo tiene el inconveniente de ser de difcil
ampliacin, adems de quedar abierto ante el disparo de cualquiera
de sus circuitos. Para evitar estos inconvenientes se pueden
aadir interruptores intermedios que permiten la formacin de
50
subanillos adems de permitir su ampliacin en cualquier direccin.
Sin embargo, el aumento de interruptores encarece la subestacin.
2.3.2 GENERALIDADES9
Las configuraciones ms usuales e importantes de las anteriores son:
- Simple barra
- Simple barra con barra de transferencia
- Doble barra
- Doble barra con barra de transferencia
- Doble barra y doble interruptor
- Interruptor y medio
- Anillo
Segn su funcin se pueden agrupar en:
Tipol: Subestaciones tpicas de interconexin y que son en definitiva un
punto de la red donde confluyen varias lneas sin que exista
transformacin a un nivel o niveles de tensin inferior.
Doble barra, doble barra con barra de transferencia, doble barra y doble
interruptor e interruptor y medio
Tipo 2: Subestaciones de interconexin, con funciones idnticas a
las definidas en el caso anterior, pero que adems disponen de
transformacin a un nivel o niveles de tensin inferior.
Doble barra, doble barra con barra de transferencia, doble barra y doble
interruptor e interruptor y medio
9 Roth Arnold. "Tcnica de Montajes de Subestaciones", pag. 132
51
Tipo 3: Subestaciones de transformacin pura, constituidas generalmente
por una o dos lneas de A.T. y una transformacin a un nivel de tensin
inferior. Simple barra, simple barra con barra de transferencia, doble barra
y anillo
Tipo 4: Subestaciones de central de generacin cuya funcin es
la interconexin con la red para la inyeccin de la energa generada.
Doble barra, doble barra y doble interruptor, interruptor y medio y anillo.
2.3.3 CONTINUIDAD DEL SERVICIO.
Esta es una cuestin muy difcil de valorar, en la prctica es simplemente
contrastar el precio de la inversin con el precio por las posibles prdidas de
continuidad. Este precio vinculado a la fabilidad del sistema depende del tipo de
dispositivo que falle. No es lo mismo la repercusin por la prdida de una lnea
en un sistema mallado que la prdida de la lnea de unin de la red con un
importante grupo generador.
Para mayor complicacin no se puede analizar la fabilidad de una subestacin
teniendo en cuenta solamente sus propias caractersticas sino que hay que tener
en cuenta el conjunto de la red ya que los efectos de las contingencias
repercuten en la red de manera inmediata. Sin embargo, en el mbito del
clculo y estimacin desde el punto de vista de la continuidad se suele
considerar la subestacin como un sistema aislado. Por lo tanto si se considera la
prdida de una lnea, no se considera cul es la que ha sufrido la falta, sino slo
que es una.
Con esta y otras simplificaciones se estiman unos ndices de fallos que
permiten comparar fcilmente diferentes configuraciones topolgicas de las
subestaciones. Las subestaciones con un nmero de horas/ ao de prdida de
52
perdida mayor son simple barra con y sin barra de transferencia. Estas deben ser
desechadas para subestaciones de importancia. No se deben permitir unos
tiempos medios anuales de tiempo de subestacin fuera de servicio tan
elevados.
Segn las caractersticas concretas de cada subestacin, puede ser admisible o no
la posibilidad de que en determinados intervalos la subestacin quede fuera de
servicio en su totalidad. Si se desea reducir al mnimo esta probabilidad, las
configuraciones ms favorables son Interruptor y medio y Anillo.
Cuando no es tan determinante la falta de servicio pero se busca una elevada
continuidad global, las subestaciones ms favorables son la doble barra con
barra de transferencia y la doble barra y doble interruptor.
Hay que tener en cuenta para contrastar en la realidad la viabilidad de estas
disposiciones sus implicaciones econmicas.
2.3.4 FACILIDAD DE OPERACIN
Desde el punto de vista de la operacin los atributos ms importantes de un
esquema unifilar son su capacidad de adaptacin a las necesidades de la
explotacin, sencillez y seguridad de las maniobras necesarias para los
cambios de configuracin.
Se pueden establecer tres tipos de configuraciones segn la operacin:
Tipo 1: Configuracin con una sola barra principal. En este grupo se incluyen las
topologas de simple barra, y simple barra con barra de transferencia.
Tipo 2: Configuracin con dos o ms juegos de barras principales. Aqu se
incluyen las subestaciones de doble barra, doble barra con barra de
transferencia, doble barra y doble interruptor e interruptor y medio.
53
Tipo 3: Configuraciones poligonales. El tercer grupo slo incluye el anillo y las
poligonales en general.
El primer tipo no son subestaciones aptas para interconexin pura o
interconexin transformacin puesto que no permiten separar el sistema en dos
ms subsistemas.
Un problema similar presentan las subestaciones de tipo tres ya que sus
posibilidades dependen de la disposicin interna de las bahas. Los esquemas de
mayor sencillez y fiabilidad en las maniobras tienen ventaja a la hora de
establecer criterios de eleccin. Los esquemas cuyo cambio de configuracin se
consiga slo con maniobras de interruptores tendrn ventajas decisivas sobre
aquellos en los que los cambios se realicen mediante maniobras de
seccionadores. La fiabilidad en las maniobras con los primeros es mucho
mayor, sobre todo en subestaciones telemandadas. En ese sentido tienen una
gran ventaja el interruptor y medio y la doble barra y doble interruptor sobre el
resto de los esquemas.
2.3.5 FACILIDAD EN EL MANTENIMIENTO
Desde la ptica del mantenimiento, el anlisis de las configuraciones
propuestas debe realizarse segn los siguientes criterios.
- Los esquemas elegidos deben permitir realizar el mantenimiento de los
diferentes elementos sin interrupciones en el servicio y con total seguridad
para el personal que lo realiza.
- La cantidad de elementos a revisar condiciona los costes del
mantenimiento y la explotacin.
54
Segn el primer criterio los esquemas que presentan un solo juego de barras
principales no permiten realizar el mantenimiento de las barras y de los
elementos asociados sin la interrupcin total en el servicio de la subestacin.
Asimismo, los esquemas que no disponen de by-pass, transferencia o ms de un
interruptor por salida no permiten el mantenimiento del interruptor sin descargo
de dicha baha.
En principio para subestaciones de interconexin o interconexin-
transformacin estos dos condicionantes no deben de ser admitidos eliminando
aquellas alternativas que lo puedan producir. Lo cumplen la doble barra con
barra de transferencia, la doble barra y doble inteiTuptor, el interruptor y medio
y los polgonos (anillo). Para subestaciones de central o alimentacin a redes de
inferior tensin segn sus particularidades se pueden elegir unos sistemas
diferentes de los anteriores, es decir, que tengan alguna de las limitaciones
expuestas.
2.3.6 FACILIDAD EN LA AMPLIACIN
La posibilidad de ampliar la subestacin sin interrumpir el servicio y
distorsionando al mnimo la explotacin normal de la instalacin es tambin un
factor, si no determinante, s importante a la hora de escoger una determinada
configuracin.
En ese sentido, los esquemas con un solo juego de barras son los ms
vulnerables, no es posible si ampliacin sin interrumpir el servicio en la
subestacin, si bien se pueden adoptar medidas que minimicen la duracin de las
interrupciones.
55
Los esquemas de polgono son tambin conflictivos desde este punto de vista
ya que cualquier ampliacin involucra elementos en servicio, as que implica
descargos de uno o varios circuitos de la instalacin.
En las configuraciones de varias barras es difcil valorar sus caractersticas.
Las que no tienen elementos compartidos permiten los trabajos de ampliacin
y puesta en servicio de una manera ms sencilla.
2.4 COMPONENTES10
2.4.1 APARAMENTA DE TIPO AIS
Las subestaciones de tipo AIS, como ya se ha visto, tienen tanto los
embarrados aislados en aire como la propia aparamenta que forma el
parque de la subestacin. Se define aparamenta como todos los
dispositivos que actan o tienen contacto con los conductores principales
con el fin del manejo y operacin de la subestacin. En este apartado se
analizan las principales caractersticas de estos dispositivo
Interruptores automticos o interruptores:
Son aparatos capaces de maniobrar y soportar corrientes de carga
nominal, sobreintensidades y cortocircuitos durante un tiempo
determinado. El accionamiento de estos interruptores puede ser manual o
mediante rels de maniobra y proteccin.
Funcin de los interruptores
Los interruptores son aparatos de desconexin que pueden asegurar la
"puesta en servicio" o "puesta fuera de servicio" de un circuito elctrico
y que, simultneamente, estn capacitados para garantizar la proteccin
10 Singer L Francisco "Subestaciones", Pag. 87
56
de la instalacin en que han sido montados contra los efectos de las
corrientes de cortocircuitos (defectos en tierra, cortocircuitos entre fases).
Dichos aparatos deben ser, pues, capaces de cortar la intensidad mxima
de corriente de cortocircuito susceptible de originarse en dicho lugar.
Por lo tanto, su eleccin depende principalmente de la potencia de
cortocircuito en el punto de la instalacin que se desea proteger y no de
la corriente que el aparato debe soportar en rgimen normal.
Para definir ms concretamente la eleccin de un interruptor, una vez
determinado su poder de corte, se debe tener en cuenta otro parmetro,
como es la duracin de su funcionamiento. En efecto, al producirse un
cortocircuito, las instalaciones, adems de verse sometidas a los esfuerzos
electrodinmicos, lo son a los esfuerzos trmicos, tanto ms importantes
cuanto mayor sea la duracin de la extincin del arco.
Aunque se tenga inters en que los tiempos de apertura del interruptor
se reduzcan al "mximo" en ciertos casos, se podr introducir
voluntariamente una cierta temporizacin (si los tiempos de los diversos
interruptores no son diferentes) a fin de establecer una selectividad
en la apertura de los interruptores
Frecuentemente, pues, se asocian los interruptores a un conjunto de
rels de proteccin mediante los que se miden permanentemente ciertos
parmetros elctricos especialmente elegidos para detectar el comienzo
de cualquier anomala y poner en marcha la desconexin del interruptor
en cuanto se sobrepasa el umbral de regulacin existente.
57
Los interruptores pueden clasificarse en los siguientes grupos, segn su
modo de desconexin y con arreglo al orden creciente de poderes de corte
Interruptores de desconexin al aire y a presin atmosfrica
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 ser as, la tensin y la corriente casi se encuentran en fase,
y, como fcilmente se anulan al mismo tiempo, el arco se extingue a su
primer paso por cero. Puesto que, para la extincin del arco, estos
aparatos no necesitan fluido auxiliar alguno (aceite o aire comprimido),
tambin se les denomina "de desconexin en seco".
El principio de desconexin se basa en el alargamiento y desionizacin
natural de los gases por medio del enfriamiento. Se expulsa, mediante un
soplado auxiliar, el arco a una cmara especial de desconexin, la cual,
obligndole a adoptar la forma de un solenoide, lo enfra intensamente al
contacto de placas refractarias. As pues, el arco constituye su propia
bobina de soplado, alargndose las espiras del arco por la accin de
fuerzas electrodinmicas. Los gases ionizados, forzados a penetrar en los
intervalos laminares existentes entre las placas refractarias, se enfran
radicalmente.
El alargamiento del arco y su intenso enfriamiento producen un aumento
sustancial de la resistencia de aqul, lo que provoca una tambin
sustancial disminucin de la corriente de defecto, una puesta en fase con
la tensin y la interrupcin del arco al pasar la corriente por cero.
58
En este tipo de interruptor, el campo magntico que el arco necesita para
alargarse se produce por medio de varias bobinas introducidas en serie y
de manera automtica en el circuito a medida que se desplaza dicho
arco. Por esta razn, el soplado es tanto ms potente cuanto ms elevada
sea la corriente que se pretende interrumpir.
Este sistema ofrece la ventaja de que el soplado magntico se puede
realizar con un nmero creciente de espiras, existiendo incluso la
posibilidad de extincin de corrientes de escasa intensidad. Un soplado
auxiliar autoneumtico (consistente en una tobera y un cilindro fijo D,
cuyo pistn se articula por el brazo del contacto mvil) facilita, en
cualquier caso, la introduccin del arco en la caja.
Al elevarse, el arco tiene que pasar forzosamente por las chimeneas de
desconexin, en las que se estira hasta llegar a interrumpirse. Al igual
que en el caso expuesto en el Ejemplo A, la magnitud del alargamiento y
enfriamiento del arco, al contacto con la caja de soplado, aumenta
progresivamente su resistencia, lo que provoca una disminucin de la
intensidad de la corriente de defecto y su puesta de nuevo en fase con la
tensin, consiguindose as una reducida tensin de restablecimiento. La
extincin se produce con el paso de la corriente por cero, sin que se cree
un riesgo de sobretensin por "arranque de corriente".
Segn sea el poder de corte del aparato, se pueden equipar las rampas
conductoras con varias bobinas de soplado montadas en serie.
Interruptores de gran volumen de aceite
59
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.
Todos ellos constan de un gran recipiente de aceite, de bastante
capacidad, en cuyo interior se han dispuesto dos pares de contactos por
fase. En uno de los tipos de interruptor, dichos contactos han sido
introducidos en una "cubeta" o "cmara de desconexin" que, al
circundar el arco, limita la produccin de gases. Se dice que dichos
interruptores son de "desconexin dirigida" En el otro tipo de interruptor,
la produccin de gases creada por el arco elctrico se desarrolla con
bastante libertad, aunque el aceite del recipiente lmite su volumen.
Dicho recipiente, al no conectarse con el exterior ms que por un
orificio de escasa dimensin, se halla sometido a presin, Estos
interruptores reciben el nombre de "interruptores de desconexin libre"
Interruptores de desconexin libre
Dicho dispositivo mvil se encuentra dotado de escasa inercia, lo que
permite la obtencin de una elevada velocidad de separacin de los
contactos. La energa cintica adquirida al final del recorrido de
apertura se absorbe mediante amortiguadores situados en la parte inferior
de las guas. Las paredes internas del recipiente se revisten con planchas
aislantes que, a veces, separan las fases una de otra.
Bajo determinadas condiciones de explotacin y especialmente cuando
se trata de proteger redes de distribucin en las que los cortocircuitos
monofsicos son los que se producen con mayor frecuencia, se emplean
60
interruptores que constan de un recipiente por cada fase, establecindose
as pues una relacin entre la presin de los gases creada por el arco
elctrico y el corte de corriente por el polo correspondiente.
Interruptores de desconexin dirigida
Los contactos, en este tipo de interruptor, se separan en el interior de un
cmara "Transvector", siendo sometidos los gases as producidos a una
presin y un recorrido muy particulares.
Empleando este tipo de interruptor, el volumen de aceite contaminado
originado en cada desconexin es inferior al volumen de aceite a la accin
del arco en el caso de la desconexin libre.
Interruptores de pequeo volumen de aceite
En el caso de los interruptores tratados anteriormente, la mayor parte del
aceite representa el papel de dielctrico entre la envoltura y las partes
sometidas a tensin, realizndose la extincin del arco slo con una
pequea parte de aqul. Si se introduce esa parte activa del aceite en un
recinto aislante suficientemente consistente, se pueden reducir
sustancialmente el volumen de aceite, el peso y dimensiones del aparato
y los riesgos de incendio que implica. De esta forma es como se ha
concebido el "interruptor de pequeo volumen de aceite".
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 En un interruptor, es imposible que el arco se extinga antes de
que la distancia entre contactos haya alcanzado un valor mnimo que
dependa de la tensin del restablecimiento. Durante dicha fase
61
preliminar, es intil intentar accin alguna en ese sentido.
La energa que se desprende del arco debe ser la mnima posible a fin de
que se reduzcan las presiones que se podran generar como
consecuencia de una produccin exagerada de gases. Este resultado se
obtiene, por un lado, disminuyendo al mnimo la longitud del arco y
mantenindolo rectilneo entre los contactos, y, por otro,
provocando una rapidsima velocidad de desplazamiento del
contacto mvil que reducira as el tiempo de arco.
A medida que se aproxima a la distancia mnima de desconexin, hay
que desarrollar bruscamente una energa suplementaria que permita
desionizar el medio y que asegure la extincin en el siguiente primer
paso por cero. Dicha energa se consigue encerrando el arco en una
"cubeta de desconexin".
Esta ltima ha sido concebida de forma en que sea posible someter a
presin los vapores de aceite que ya no puedan desarrollarse libremente,
llevndose a cabo, mediante su expansin, un autosoplado del arco. Por
su modo de aplicacin, dicha energa de desionizacin es directamente
proporcional a la intensidad que se desee interrumpir.
Interruptores de desconexin por aire comprimido
- Para concluir, 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. Ello implica las siguientes ventajas e inconvenientes:
62
- Dado que el aire es incombustible, no se producen, como en el caso del
aceite, materias de descomposicin carbonizadas, con lo que se elimina esta
obligacin de mantenimiento.
- Al renovarse el aire cada vez que se hace uso del arco, la extincin se lleva
a cabo siempre en un ambiente de mxima calidad dielctrica.
- Debido a que, por regla general, las fuerzas de inercia son mucho menos
importantes que en los dems tipos de interruptor, se pueden obtener
elevadas velocidades de funcionamiento.
- Con el aire comprimido, el barrido del arco se efecta a gran velocidad, lo
que facilita la evacuacin de las molculas ionizadas y permite que se
produzca la desconexin con una escasa separacin de los contactos.
- La escasa separacin de los contactos puede, a veces, provocar la
necesidad de acoplar al interruptor un seccionador a fin de, en ausencia del
aire comprimido, mantener la tensin.
- Se hace preciso prever dispositivos de seguridad en caso de que se
produjesen bajas accidentales de presin.
- En ciertos casos (muy elevada potencia de cortocircuito, necesidad de
amortiguar las oscilaciones, etc.), estos interruptores van equipados
con cmaras de desconexin auxiliares provistas de una resistencia y de
contactos que cortan la corriente que atraviesa dicha resistencia
inmediatamente despus de producirse la desconexin del circuito principal.
La introduccin de dichas resistencias sirve tambin para evitar las
sobretensiones que se producen cuando, al conectar en vaco lneas largas,
se cierra el interruptor.
- Por lo general, todos esos interruptores se realizan poniendo en serie
cmaras elementales, idnticas para un mismo aparato. El nmero de
elementos estndar que pueden ensamblarse de esta manera depende de la
tensin de la red.
63
Seccionadores:
- La misin de este aparato es la de aislar tramos de circuito, de una forma
visible, cuando las circunstancias de explotacin de la instalacin as lo
requieran. Los circuitos que deba interrumpir el seccionador deben
hallarse libres de corriente, o lo que es lo mismo, el seccionador debe
maniobrar en vaco. No obstante, deben ser capaces de soportar corrientes
nominales, sobreintensidades y corrientes de cortocircuito durante un
tiempo especificado. Estos ap
