DISEO DE SUBESTACIN 230/69 KV

INDICEINDICE11.ANTECEDENTES22.CARACTERISTICAS DEL PROYECTO33.ALCANCE DEL PROYECTO43.1 UBICACIN GEOGRAFICA43.1.1 UBICACIN DE LA SUBESTACION SALINAS 253.1.2 UBICACIN DE LA SUBESTACION COLONCHE 254.PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA SUBESTACIN ELCTRICA65.DISEO DE LA SUBESTACION125.1NIVEL DE VOLTAJE125.2NUMERO DE LNEAS DE ENTRADA Y NUMERO DE LNEAS DE SALIDAS125.3CONFIGURACION DEL BARRAJE DE LA SUBESTACION135.4DIAGRAMAS UNIFILARES DE LAS SUBESTACIONES165.5DIMENSIONAMIENTO DE LA SUBESTACION185.5.1DISTANCIAS ELECTRICAS DE DISEO185.6SELECCION DE LOS EQUIPOS DE LA SUBESTACION255.6.1Transformador255.6.2Seccionador de potencia265.6.3Interruptor29Calculo de fallas del sistema295.6.4Pararrayo326.SOBRETENSIONES Y COORDINACIN DE AISLAMIENTO.366.1Clasificacin de las sobretensiones376.2Seleccin de los pararrayos de xidos metlicos386.3Coordinacin de aislamiento387.DISTANCIA DEL PARARRAYO AL TRANSFORMADOR.428.DISEO DE MALLA DE PUESTA A TIERRA448.1Funciones de una malla de puesta a tierra448.2Requisitos de una malla a tierra458.3Tensiones de paso y de contacto permisibles458.3.1 Tensin de paso478.3.2 Tensin de contacto488.4DISEO DE UNA MALLA A TIERRA498.5Pasos para disear una malla de puesta a tierra498.5.1 Malla de 60 100 m498.6Determinacin del nmero de varillas529.CONCLUSIONES5210.RECOMENDACIONES5311.BIBLIOGRAFIA5412.ANEXOS55

1. ANTECEDENTES

Una subestacin elctrica es la muestra fsica de un nodo de un sistema elctrico de potencia, en el cual se puede transformar la energa elctrica a niveles adecuados de tensin para su transporte, distribucin y consumo bajo determinados requerimientos tcnicos de calidad, confiabilidad, flexibilidad y eficiencia.[footnoteRef:1] [1: Fernando Gmez Tapias, Hermann Ral Vargas Torres (2010). Planeamiento del diseo de subestaciones elctricas. Colombia : Revista psilon N 16]

Las subestaciones elctricas tienen un papel fundamental dentro del sistema de potencia debido a que son instaladas con un conjunto de dispositivos y circuitos que tienen la finalidad de modificar los parmetros de voltaje y corriente y de dar un medio de interconexin y despacho entre lneas del sistema. Al ser las subestaciones tan importantes se debe analizar la confiabilidad que se tiene que brindar el servicio as como la importancia de la subestacin en el sistema, de aqu nacen las distintas configuraciones de barras de la instalacin.El arreglo de las barras va a definir la distribucin de los componentes de la subestacin que van a realizar las funciones deseada teniendo en cuenta el espacio fsico donde se har la construccin.

2. CARACTERISTICAS DEL PROYECTO

Para nuestro anlisis de estudio, asumiremos que ya existe una barra de 230 KV en la Subestacin Santa Elena ubicada en la provincia de Santa Elena.Basndonos en la demanda proyectada para el ao 2044 y debido a la necesidad de suplir la carga, se construirn dos Subestaciones y estas estarn situadas en puntos estratgicos de la provincia.La subestacin Salinas 2 tendr un rea de aproximadamente 12000 m2 y est ubicada cerca de la subestacin de distribucin Salinas ya existente con niveles de voltaje de 69/13.8 KV.La subestacin Colonche 2 tendr una rea de aproximadamente de 12000 m2 y est ubicada en un lugar prximo a la subestacin de distribucin Colonche ya existente con niveles de voltaje de 69/13.8 KV.Adems la Subestacin Salinas 2 constara con transformadores de potencia a 230/69KV y con una capacidad de 60 MVA cada uno. Adems la Subestacin Colonche 2 por su parte constara con transformadores de potencia a 230/69KV y con una capacidad de 75 MVA cada uno. Dado el propsito de evitar riesgos innecesarios al momento de, los equipos elctricos deben ser manipulados sin carga, tanto si es para su mantenimiento o su reparacin. Para poder cumplir con este requisito disponemos de: 19 seccionadores para el nivel de 230KV, 6 en el nivel de 69KV en la Subestacin anteriormente mencionada. En caso de requerir realizar maniobras con carga se tiene: 7 interruptores de potencia de tanque vivo en el nivel de 230KV, y 3 en el nivel de 69KV.Para proteger a la subestacin contra sobre voltajes que se llegasen a presentar por sobretensiones de maniobra, descargas atmosfricas y /o fallas en la subestacin, se protege al sistema por medio de Pararrayos de xido metlico de Zinc (ZnO).

3. ALCANCE DEL PROYECTO

Las subestaciones Salinas 2 y Colonche 2 se construirn para suplir la carga que crece paulatinamente en los alrededores de Salinas y Colonche ubicados en la provincia de Santa Elena.La Subestacin de transmisin Salinas 2 ubicada en la provincia de Santa Elena con un nivel de voltaje de 230KV, recibir energa desde la Subestacin Pascuales mediante la lnea de transmisin de doble circuito Pascuales - Salinas, que interconecta a las provincias de Santa Elena - Guayas.La Subestacin de transmisin Colonche 2 ubicada en la provincia de Santa Elena con un nivel de voltaje de 230KV, recibir energa desde la Subestacin Santa Elena mediante la lnea de transmisin de doble circuito Santa Elena Colonche.

3.1 UBICACIN GEOGRAFICA

3.1.1 UBICACIN DE LA SUBESTACION SALINAS 2

La Subestacin Salinas 2 est localizada en la parroquia salinas ubicada frente a la ciudadela Mar bravo al oeste del centro de la ciudad. Para llegar a la subestacin se tomara la avenida Pedro J. Rodrguez.La Subestacin Salinas de 230/69KV ser implementada en un terreno cuya rea es de aproximadamente 800x900 metros. Esta subestacin actuara como reductora.Coordenadas de la Subestacin Salinas.Latitud: -2.2097264314486424 Longitud: -80.9758427144165

Figura 1. Ubicacin de la Subestacin Salinas 2 230/69 KV

La subestacin Salinas va tener como salidas un solo nivel de tensin a 69 Kv, este voltaje es de subtransmisin, a las cercanas de la subestacin se encuentran tres subestacin de 69 Kv.

3.1.2 UBICACIN DE LA SUBESTACION COLONCHE 2

La Subestacin Colonche est localizada en la parroquia San Libertador.La Subestacin Colonche de 230/69KV ser implementada en un terreno cuya rea es de aproximadamente 270x900 metros. Esta subestacin actuara como reductora.Coordenadas de la Subestacin Colonche.Latitud: -2.019652 Longitud: -80.674553

Figura 2. Ubicacin de la Subestacin Colonche 2 230/69 KV

La lnea de entrada de la subestacin tiene un conductor tipo ACAR calibre 1200 Kcmil, con 30/ 7 hilos de Aluminio y Aleacin de Aluminio respectivamente, con un cable de guardia de acero galvanizado. La subestacin Colonche 2 va tener como salidas un solo nivel de tensin a 69 Kv, este voltaje es de subtransmisin, a las cercanas de la subestacin se encuentran tres subestacin de 69 Kv.

4. PRINCIPALES ELEMENTOS DE LA SUBESTACIN ELCTRICA

En una subestacin elctrica se encuentra en muchos dispositivos, los cuales cumplen funciones distintas. A continuacin se mencionan los equipos ms importantes de la subestacin. El transformador de potenciaEs el elemento ms importante de la subestacin y al cual debemos proteger, ya que es el encargado de elevar o disminuir los niveles de tensin.

Figura 2Transformador de potencia

Por lo general los transformadores usados en las subestaciones son los sumergidos en aceite mineral; los transformadores secos no son utilizados como transformadores de potencia ya que generalmente se fabrican para tensiones que no excedan los 15kVLos transformadores de potencia son fabricados con capacidades por encima de los 500KVA. Las relaciones de transformacin tpicas de los transformadores de potencia son de 69kV/13.8kV, 138kV/69kV, 230KV/138KV, 230/69KV etc.

Interruptores.El interruptor de potencia es un dispositivo electromecnico cuya funcin principal es la de conectar y desconectar circuitos elctricos bajo condiciones normales o de falla. Son de suma importancia en la subestacin ya que deben operar para la desconexin de carga, para la interrupcin de corrientes de falla, para cierre con corrientes de falla, etc.Adicionalmente se debe considerar que los interruptores deben tener la capacidad de efectuar re-cierres, cuando sea una funcin requerida por el sistema..En la siguiente figura se muestran los interruptores.

Figura 3. Interruptor de tanque muerto

Su maniobra puede ser local o remota. Por si solo no puede operar, sobre el actan por medio de un conjunto de entradas y salidas, las unidades de control y proteccin.Ya que operan bajo carga necesitan una cmara de extincin de arco elctrico; los medios de extincin de arco ms utilizados son el aceite y el SF6 (hexafluoruro de azufre) soplado a alta presin.Si los interruptores estn ubicados en un mdulo de lnea, es comn que sean de accionamiento monopolar, esto para permitir apertura y re cierre en una sola fase.

SeccionadoresSon dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalacin elctrica en general y en nuestro caso especfico de una subestacin. Son usadas para efectuar maniobras de operacin o bien para darles mantenimiento. Los seccionadores pueden abrir circuitos bajo tensin nominal pero nunca cuando est fluyendo corriente a travs de ellas, antes de abrir un seccionador siempre deber abrirse primero el interruptor correspondiente. Su aplicacin tpica es ubicarlas a ambos lados de un interruptor para aislarloTipos de seccionador. Seccionador de lnea: se usa para aislar la lnea de transmisin de los interruptores para que de esta manera no haya presencia de tensin en la lnea. Se le denota con el nombre x89L-3, donde x es el nmero de mdulo de lnea del cual forma parte. Si el modulo es de transformador, en la notacin antes mencionada se la cambia la letra L por una T. Seccionador de barra: Se ubica entre la barra y el interruptor de barra. Asla elctricamente al interruptor de la barra, se le denota con el nombre x89L-2, para mdulo de lnea. Si el modulo es de transformador, en la notacin ase le cambia la letra L por una T Seccionador de puesta a tierra: Se encuentra nicamente en mdulos de lnea y generalmente forma parte del seccionador de la lnea. Su funcin es no permitir que la lnea tenga presencia de tensin por induccin una vez que esta est aislada.

Figura 4. Seccionador giratorio de apertura central Transformador de potencial (TP)La finalidad de los transformadores de potencial es aislar el circuito de baja tensin del circuito de alta tensin reproduciendo lo ms fielmente posible y de manera proporcional en el lado del secundario, el voltaje del primario, alimentando as equipos de control y medicin, este nivel de tensin es generalmente 120V.Hay dos tipos de TP, los inductivos y capacitivos. Los de tipo inductivo responden muy rpidamente a cambios de tensin, esta caracterstica lo hace ideal para ser utilizado en el esquema de proteccin. El de tipo capacitivo es apto para tele proteccin, debido a que permite filtrar y sintonizar determinadas frecuencias, este tipo de TP no es el adecuado para el esquema de proteccin debido a que no detecta rpidamente los cambios de tensin.Los parmetros ms importantes de los TPs son: Tensin primaria: Se usa el voltaje estndar inmediato superior al de la lnea en que se conectara. Tensin secundaria: Generalmente es de 120V Carga: Es la cantidad de dispositivos conectados la TP para ser alimentados en baja tensin. Precisin

Figura 1 . Transformador de potencial tipo Capacitivo Transformador de corriente (TC)

Los transformadores de corriente se utilizan para reducir la corriente de la lnea y a un nivel seguro y normalizado, de manera que con ella se pueda alimentar los equipos de medida y los dispositivos de proteccin y control, generalmente el valor para alimentar estos equipos es de 5 A.Se los clasifica en varios tipos por su aplicacin: TC para medicin: Son los que se disponen para alimentar instrumentos de medicin instantnea, registradores, contadores de energa. TC para proteccin: Deben tener precisin de hasta 20 veces la corriente nominal, esto debido a que debe operar bajo falla, estos alimentan a los rels de proteccin. TC para proteccin y medicin: El diseo es una combinacin de los TC para proteccin y medicin, los ncleos son de alta precisin en cuanto a los niveles de saturacin.

.Figura Transformador de corriente

5. DISEO DE LA SUBESTACION

5.1 NIVEL DE VOLTAJE

La subestacin Salinas 2 servir para alimentar las subestaciones CAROLINA, CHIPIPE y SALINAS que tienen voltajes de 69KV/13.8KV por lo tanto el nivel de voltaje ser 230KV/69KV.La subestacin Colonche 2 servir para alimentar las subestaciones PUNTA BLANCA, COLONCHE y MANGLARALTO que tienen voltajes de 69KV/13.8KV por lo tanto el nivel de voltaje ser 230KV/69KV.

5.2 NUMERO DE LNEAS DE ENTRADA Y NUMERO DE LNEAS DE SALIDAS

A la subestacin Salinas 2 le va a llegar la lnea de transmisin de tensin nominal 230 KV proveniente de la Subestacin Pascuales, esta lnea es de doble circuito, por lo que el nmero de entradas a la subestacin va a ser dos y a su vez saldr una lnea de transmisin de doble circuito hacia la subestacin Santa Elena, por lo que el nmero de salidas ser dos.A continuacin se muestra una tabla con los datos de las subestaciones cercanas a la Subestacin Salinas 2.Subestaciones cercanas

NombreVoltaje de entradaVoltaje de salida

Salinas69 Kv13,8 Kv

Chipipe69 Kv13,8 Kv

Carolina69 Kv13,8 Kv

Tabla 2Niveles de Voltaje de las Subestaciones cercanas a la Subestacin Salinas 2

Por lo tanto para nuestra subestacin se va a tener dos entradas y dos salidas a 230KV y tres salidas en el lado de 69KV. Por su parte la subestacin Colonche 2 le va a llegar la lnea de transmisin de tensin nominal 230 KV proveniente de la Subestacin Santa Elena, esta lnea es de doble circuito, por lo que el nmero de entradas a la subestacin va a ser dos y a su vez saldr una lnea de transmisin de doble circuito hacia la subestacin Daule Norte, por lo que el nmero de salidas ser dos.A continuacin se muestra una tabla con los datos de las subestaciones cercanas a la Subestacin Colonche 2.Subestaciones cercanas

NombreVoltaje de entradaVoltaje de salida

Punta Blanca69 Kv13,8 Kv

Colonche69 Kv13,8 Kv

Manglaralto69 Kv13,8 Kv

Tabla 3Niveles de Voltaje de las Subestaciones cercanas a la Subestacin Colonche 2

Por lo tanto para nuestra subestacin se va a tener dos entradas y dos salidas a 230KV y tres salidas en el lado de 69KV.

5.3 CONFIGURACION DEL BARRAJE DE LA SUBESTACION

Se denomina configuracin al arreglo de los equipos electromecnicos constitutivos de un patio de conexiones o pertenecientes a un mismo nivel de tensin de una subestacin, de tal forma que su operacin permita dar a la subestacin diferentes grados de confiabilidad para el manejo, transformacin y distribucin de energa.[footnoteRef:2] [2: Meja Villegas, Subestaciones de alta y extra alta tensin 2 edicin]

BARRAJE 230 KVUsaremos una configuracin de barras con barra principal y barra de transferencia. Este esquema consiste de 2 barras totalmente independientes. La barra principal esta energizada siempre, todos los circuitos se alimentan de ella, la barra de transferencia es el punto importante de esta configuracin porque por medio de ella se puede sustituir cualquier interruptor del sistema para su mantenimiento, usando un interruptor de transferencia.Para sustituir cualquier interruptor se hace una maniobra, la cual consiste en cerrar los seccionadores del circuito de transferencia, el interruptor de transferencia debe estar abierto.Luego se cierra el interruptor de transferencia para energizar la barra auxiliar, con esta maniobra se procede a abrir el interruptor que saldr de operacin y despus de esto se abren las seccionadoras adjuntas a dicho interruptor. Con esto el circuito donde se hace la maniobra no pierde el servicio y el interruptor que sali de operacin queda correctamente aislado.Entre las principales ventajas de esta configuracin est la de que se pueden sacar interruptores a mantenimiento sin perder la proteccin de la lnea ni el servicio. Su consto es razonable, se puede expandir fcilmente.

Figura 5. Configuracin Barra principal y de transferencia

Figura 6. Vista de planta de una baha para configuracin de Barra simple y de transferencia

BARRAJE 69 KVPara este nivel de tensin se seleccion la configuracin de barra sencilla debido a que es la ms econmica, requiere menor espacio para su implementacin y se justifica debido a la importancia de la carga que es menor que las anteriores.

Figura5. Esquema de barra sencilla para 69 KV

Figura 6. Vista de planta de una baha para configuracin de Barra sencilla

5.4 DIAGRAMAS UNIFILARES DE LAS SUBESTACIONES

SUBESTACION SALINAS 2La distribucin de potencia de la Subestacin Salinas 2 partiendo desde el ao 2014, se ubicara en 14.402 MW de potencia real, y una demanda de 91.285 MW para el ao 2044. Con esto se llega a una demanda aproximada de 101.43 MVA ms la reserva del caso, entrando a funcionar con una cargabilidad del 27%, por tal motivo la necesidad de dos transformadores de potencia de 60/72 MVA.

Figura 7. Diagrama unifilar de la Subestacin Salinas 2SUBESTACION COLONCHE 2La distribucin de potencia de la Subestacin Colonche partiendo desde el ao 2014, se ubicara en 13.401 MW de potencia real, y una demanda de 131.682 MW para el ao 2044. Con esto se llega a una demanda aproximada de 146.31 MVA ms la reserva del caso, entrando a funcionar con una cargabilidad del 19%, por tal motivo la necesidad de dos transformadores de potencia de 75/90 MVA.

Figura 8. Diagrama unifilar de la Subestacin Colonche 25.5 DIMENSIONAMIENTO DE LA SUBESTACION

Es necesario elegir un correcto nivel de aislamiento que garantice una operacin confiable del sistema, este nivel de aislamiento depende del nivel de tensin que se le vaya a ser aplicado, en nuestro caso tenemos dos niveles de tensin, que son: 230/69 KV por lo que se tendr dos diferentes niveles de aislamiento. Dichos aislamientos imponen la especificacin de materiales aislantes y las distancias entre los diferentes elementos, de tal forma que los gradientes de tensin a los cuales estn sometidos no rompan la rigidez dielctrica del material aislante5.5.1 DISTANCIAS ELECTRICAS DE DISEO

Figura 8. Distancias elctricas en una subestacinSe entiende como distancia elctrica de diseo a las distancias entre centros de fases de las subestaciones, a las distancias mnimas de no flameo de fase a tierra y las distancias de seguridad para circulacin de personal, vehculos y equipos dentro de la subestacin.[footnoteRef:3] [3: Gilberto Enrquez Harper, Elementos de diseo de Subestaciones, Editorial Limusa, 2002]

Para las distancias mnimas de fase a tierra y las de fase a fase hasta 1000 msnm, se considera para rpida referencia, 1.25% cada 100 m en excesoLas distancias ms importantes y que vamos a necesitar para colocar los diferentes equipos y componentes de nuestra subestacin son las siguientes: Distancia entre fase y tierra Distancia entre fases Distancia de seguridad Altura de las barras colectoras sobre el suelo Altura de los equipos sobre el nivel del suelo Altura de remate de las lneas de transmisin que llegan a la subestacin

Distancia entre fase y tierraGuindonos con la norma IEC 60071-2, estas indican que teniendo un BIL (Nivel Bsico de Aislamiento) de 1050KV, se debe tener un valor bsico de:Valor Bsico=2.1 metros

A este valor se lo debe de incrementar un 10% ms su valor por asuntos de seguridad, entonces obtenemos:Valor Bsico=2.1 m * 10%

Con este valor ya se puede obtener la distancia recomendada para una fase con respecto a tierra en la baha de nuestra subestacin:

Valor Bsico= hh=2.31 metros.

El anterior valor calculado se encuentra referenciado para una altura menor o igual a 1000 m.s.n.m (metros sobre el nivel del mar) y el proyecto se encuentra a 10 m.s.n.m. (metros sobre el nivel del mar), por lo cual no es necesario corregir la altura. Distancia entre fasesEsta distancia es necesaria debido a que los conductores de fases pueden llegar a toparse entre s, debido a algn fenmeno atmosfrico como vientos o algn sismo. Esto causara una falla en el sistema, por lo que se debe sacar una distancia mnima de seguridad, la cual viene dada por la siguiente expresin:

En donde:: Voltaje mximo de operacin (KV) Para Baha 230 KV

Para Baha 69 KV

El anterior valor calculado se encuentra referenciado para una altura menor o igual a 1000 m.s.n.m (metros sobre el nivel del mar) y el proyecto se encuentra a 10 m.s.n.m. (metros sobre el nivel del mar), por lo cual no es necesario corregir la altura. Distancias de seguridadLas distancias mnimas de seguridad son el espacio que se debe conservar en la subestacin para que el personal pueda circular y efectuar maniobras sin que exista riesgo para sus vidas. Las distancias de seguridad estn compuestas por los siguientes trminos:

Figura 9. Distancias de seguridad y circulacin de personal Distancia de seguridad para maniobra de personalPara la seguridad del personal debemos determinar las distancias horizontales y verticales, para que las maniobras que realizan no sean peligrosas para la vida del personal que va a realizar algn mantenimiento o est cruzando por el lugar.Se ha considerado que el tamao promedio de una persona con sus brazos alzados es de 2.25metros, este dato nos ayudara para determinar la distancia vertical de seguridad. 0.9 m1.75 m2.25 m1.75 m

Figura x. Dimensiones medias de alcance de un operadorLas distancias de seguridad dependen de la distancia mnima fase tierra y el segundo trmino depende de la talla media de los operadores. Estas distancias se pueden expresar por las siguientes relaciones:

En donde:: Distancia mnima de fase a tierra correspondiente al BIL de la zona.: Distancia horizontal (en metros) que se debe respetar en todas las zonas de circulacin.: Distancia vertical (en metros) que debe respetarse en todas las zonas de circulacin. Esta distancia nunca debe ser menor a 3 metros.Reemplazando los valores tenemos lo siguiente:

Zona de circulacin de vehculosDebido a que en la subestacin se puede llegar a necesitar que un vehculo entre a dejar algn elemento de la subestacin, es necesario tener en cuenta que por la zona en la que se movilice el vehculo, exista las correctas distancias de seguridad.Ya que los vehculos no tienen las mismas dimensiones no existe una ecuacin que determine esta distancia, por esta razn, se consideran distancias aproximadas de seguridad, entonces se plantea que horizontalmente tendr un alcance de 0,7 metros hasta las partes vivas y una distancia horizontal de 0,5 metros con el fin de absorber el movimiento de los cables. En la figura se puede ver un esquema de las distancias.

Figura Distancias de vehculos a partes vivasCon las consideraciones vistas anteriormente, se procede a calcular tanto la distancia horizontal como la distancia vertical de la siguiente manera:

En donde:: Distancia horizontal (en metros) que se debe respetar en todas las zonas de circulacin.: Distancia vertical (en metros) que debe respetarse en todas las zonas de circulacin. Entonces, para las bahas de la subestacin las respectivas distancias son las siguientes:

Altura de los equipos sobre el nivel del sueloLa altura de los equipos como transformadores, interruptores, transformadores de instrumentacin, conexiones entre otros aparatos y elementos bajo tensin no debe ser inferior en ningn caso a 3 metrosNosotros obtuvimos que la altura promedio de una persona con los brazos levantados es de 2.25 metros, se obtiene la altura de los equipos as:

Altura de las barras colectoras sobre el nivel del sueloEs necesario obtener la distancia de las barras con respecto al suelo para que si el personal est pasando por ese punto, este no sienta algn efecto del campo elctrico que es producido por los equipos, para evitar esto se utiliza el cdigo Americano NESC y es igual a la suma de la altura de los equipos sobre el nivel del suelo con la distancia fase-fase. Para Baha 230 KV

Para Baha 69 KV

Altura de remate de las lneas de transmisinLa altura de las lneas de transmisin que se unen en la subestacin, deber tener una altura que no sea inferior a 6 metros. Y se obtiene para cada nivel de voltaje de como la suma de la altura de las barras colectoras sobre el nivel del suelo con la distancia fase-fase. Para Baha 230 KV

Para Baha 69 KV

5.6 SELECCION DE LOS EQUIPOS DE LA SUBESTACION5.6.1 Transformador

La subestacin Salinas 2 y Colonche 2 cuentan con barras de 230KV y 69 KV, por lo cual sern necesarios dos transformadores para bajar el voltaje de 230KV a 69 KV.Se espera que la carga de la subestacin Salinas 2 sea aproximadamente de 101.23 MVA dentro de 30 aos, por lo tanto los transformadores debern ser de 60 MVA cada uno para lograr suplir dicha carga.A su vez se espera que la carga de la subestacin Colonche 2 sea aproximadamente de 146.31 MVA dentro de 30 aos, por lo tanto los transformadores debern ser de 75 MVA cada uno para lograr suplir dicha carga. Transformador de 230/69 KVDebido a que la subestacin Salinas 2 y Colonche 2 se encuentran en la provincia de Santa Elena, en donde hay vientos salinos, el transformador debe tener aislamiento tal que no se vea afectado por este tipo de contaminacin. Para este caso se usaran dos transformadores de 230/69 KV, 60 MVA cada uno y 230/69, 75 MVA respectivamente.La conexin ms conveniente para este transformador reductor de tensin, es la conexin estrella delta (Y-), debido a las caractersticas inherentes de los enrollamientos en estrella para altas tensiones y de los enrollamientos en triangulo para las bajas tensiones.El voltaje nominal, aislamiento, conexin y otras caractersticas importantes se presentan en la Tabla 4TRANSFORMADOR DE POTENCIALado de altaLado de baja

Voltaje nominal (KV rms)23069

Conexin de devanadosEstrellaTringulo

Voltaje mximo (KV rms)24573

Nivel bsico de aislamiento BIL (KV)1050140

Prueba de impulso por maniobra NBS (KV)870135

Frente de onda (KV)1301290

Tabla 4. Caractersticas del Transformador 230/69 KV

5.6.2 Seccionador de potencia

Este equipo es utilizado dentro de la subestacin para aislar o efectuar corte visible entre los diferentes elementos que componen la instalacin. Los seccionadores, permiten efectuar variadas formas de conexin entre las lneas y los barrajes, dando al esquema de la subestacin una caracterstica muy importante como es la flexibilidad.La caracterstica ms importante que distingue los seccionadores de los interruptores, es que los seccionadores deben maniobrarse sin carga y que su apertura es de una forma plenamente visible. Adems no se requiere que su velocidad de operacin sea muy alta.Aunque los seccionadores debe ser operados sin carga, en algunas ocasiones pueden cerrarse o abrirse con pequeas corrientes, como por ejemplo la corriente de magnetizacin de un transformador.La forma constructiva de los seccionadores es muy variada. Depende sobre todo de la tensin nominal de la instalacin y en menor grado de la corriente nominal y del espacio disponible, pudindose clasificarlos segn su modo de accionamiento: Seccionadores de cuchillas giratorias. Seccionadores de cuchillas deslizantes. Seccionadores de columnas giratorias. Seccionadores de pantgrafo. Seccionadores semiplantgrados o tipo rodilla.Sea cual fuera el tipo (de apertura horizontal o vertical y con movimiento giratorio central o lateral, pantogrfico o semipantogrfico) debern permitir la observacin clara y precisa de la distancia de aislamiento en aire.Para nuestra subestacin se va a elegir el interruptor AGCH5 "Center Break Switch" El AGCH5 es construido principalmente de aluminio y tiene un rango amplio de operacin, desde voltajes que van de los 7.5KV hasta los 345KV y con corrientes de operacin desde los 1200 hasta los 5000 Amperios. Este tipo de interruptores se los conoce como "Center Break Switch" el nombre es dado porque su forma al momento de operar. Este interruptor es comnmente usado en lneas trifsicas y en subestaciones. Puede ser operado de forma manual o con ayuda de un motor. Se recomienda colocar un motor para que el accionamiento sea automtico.

A continuacin se adjunta la tabla dado por el fabricante USCO.

Tabla 5. Caractersticas del seccionador AGCH5 en general

Como nuestra subestacin tiene un nivel de tensin de 230KV entonces se procede a escoger finalmente el interruptor AGCH5-23020. El cual tiene las siguientes caractersticas:Voltaje(KV)Corriente(A)

ModeloNominalMximoBILContinuaPicoNominal3 segundosPeso(libras)

AGCH5-230202302459002000164100621820

AGCH5-069406972350400019512075380

Tabla 6. Caractersticas de voltaje y corriente del interruptor seleccionado

El dimensionamiento del seccionador es importante para nuestro estudio, para poder determinar el espacio adecuado para este tipo de equipo, por lo que la siguiente tabla nos da una idea del tamao de este dispositivo:Voltaje(KV)Corriente(A)Dimensiones

ModeloNominalBILContinuaNominalABCDSTD MTGPeso(libras)

AGCH5-2302023090020001009698 1/2113 1/257 1/28 3/4 X 961820

AGCH5-06940693594000120484945 1/232 1/28 1/4 X 48495

Tabla 7. Dimensionamiento del equipo

Finalmente el seccionador es presentado grficamente a continuacin indicando sus medidas de diseo.

Figura 8. Medidas del Seccionador

5.6.3 Interruptor

Las funciones del interruptor son la de energizar o desenergizar una parte de un sistema de potencia elctrico bajo condiciones de normales trabajo y desenergizar una parte de un sistema de potencia bajo circunstancias de falla (en este ltimo caso se denomina tambin como disyuntor).Estos dispositivos mecnicos de conmutacin, permiten alimentar, conducir, e interrumpir corrientes bajo condiciones anormales de operacin por un tiempo limitado o bajo condiciones normales durante un tiempo ilimitado. Los principales puntos a considerar cuando se selecciona un interruptor son: Frecuencia del sistema. Mxima tensin de operacin en el sitio. Altura de la instalacin sobre el nivel del mar. Mxima corriente de operacin que se presenta en la instalacin. Duracin de la corriente de cortocircuito. Ciclo de maniobra. Condiciones particulares de operacin y climticas.Calculo de fallas del sistemaPara dimensionar de manera adecuada el disyuntor se debe tener en cuenta la corriente de falla que este debe interrumpir. Para obtener los valores de corriente de falla nos hemos ayudado del simulador PowerWorld 18 GSO para analizar las fallas en las barras Salinas 2 y Colonche 2 a 230 KV, haciendo el anlisis en el ao 15, ya que en este ao es donde se presenta la mxima carga. Se analizaron todos los tipos de fallas, es decir, de una fase a tierra, de fase a fase, de dos fases a tierra y falla trifsica. Para la realizacin se tom como informacin un documento del CENACE en la cual nos otorga los niveles de corto circuito en las barras ms importantes del sistema nacional interconectado.Los resultados de este anlisis se presentan en la tabla 8.

Corrientes de fallas

BarraTrifsica (A)1 - Tierra (A)2-Tierra (A)- (A)

Colonche12527,412770,413096,410818,2

Santa Elena 14179,214532,615009,612235,8

Salinas17838,318548,719527,115367,4

Tabla 8. Calculo de fallas para el ao 30

En la tabla son los valores de cortocircuitos en el ao 2044 de los cuales nos van a interesar los valores para nuestras sub estaciones a disear como lo es en Colonche y Salinas se puede observar que 13096,4 y 19527,1 (A) de tal forma que mis interruptores sean capaz de interrumpir dichas corrientes.

Para la subestacin se usaran interruptores de tanque vivo 3AP1.

Figura 9. Interruptor 3AP1

Sus caractersticas ms importantes son: Accionamiento de resorte. Cmara de autocompresin. Tensiones nominales de hasta 245 kV. Corrientes de cortocircuito de hasta 50 kA.Nivel de voltaje de 230 KVSe usaran 14 interruptores de tanque vivo 3AP1 debido a las 7 bahas de nuestra subestacin, para una tensin nominal de 245 KV con una capacidad de interrupcin de hasta 50 KA, lo cual es suficiente para interrumpir el nivel de falla antes mencionado.Los datos tcnicos son presentados en la Tabla 12.Tipo3AP1

Tensin nominal (KV)245

Tensin a prueba de frecuencia industrial (KV)460

Tensin impulso tipo rayo (KV)1050

Tensin impulso de maniobra (KV)-

Corriente nominal hasta (A)4000

Corriente de interrupcin hasta (kA)50

Tabla 12. Caractersticas del interruptor de 230 KV

Nivel de voltaje de 69 KVPara este nivel de voltaje se usaran cuatro interruptores de tanque vivo 3AP1, para una tensin nominal de 72.5 KV con una capacidad de interrupcin de hasta 40 KA.Los datos tcnicos son presentados en la Tabla 14.Tipo3AP1

Tensin nominal (KV)72.5

Tensin a prueba de frecuencia industrial (KV)140

Tensin impulso tipo rayo (KV)325

Tensin impulso de maniobra (KV)-

Corriente nominal hasta (A)4000

Corriente de interrupcin hasta (kA)40

Tabla 14. Caractersticas del interruptor de 69 KV

5.6.4 Pararrayo

Figura 10 Pararrayo de xido de Zinc (ZnO)

Debido a que nuestra subestacin maneja niveles de tensiones altos, es necesario colocar equipos de proteccin contra descargas atmosfricas o sobre-voltajes causados por maniobras. Los equipos que necesitan un mayor cuidado son los transformadores. Se va a proteger a los transformadores por medio de pararrayos, ubicados lo ms cercanamente posible.

5.6.4.1 PARAMETROS DEL PARARRAYO A 230 KV

Voltaje nominal del pararrayoEste valor se presenta como la mnima tensin nominal de un pararrayos.

Voltaje de operacin contina del pararrayoSe define como el valor mximo permisible de voltaje sinusoidal r.m.s de frecuencia industrial que se puede aplicar continuamente entre los terminales del pararrayos, sin presentar problemas trmicos. El criterio para la seleccin de Vc es que su valor pico debe ser mayor que el valor pico del voltaje ms elevado de operacin en el sitio de ubicacin del pararrayos. Como regla general, se debe cumplir que el voltaje de operacin continua del pararrayos debe ser igual o mayor que el valor pico del voltaje fase-tierra ms elevado de operacin dividido para . Para el caso de sistemas con el neutro rgidamente conectado a tierra.

Tensin asignada a un pararrayoCorresponde al mximo valor de tensin eficaz de frecuencia industrial que al ser aplicado durante 10 s entre los terminales del pararrayos no altera el correcto funcionamiento del mismo. Por lo tanto, se relaciona con la capacidad del pararrayos para soportar sobretensiones temporales. Algunos fabricantes especifican este valor como TOV o capacidad de sobretensiones temporales y por lo general se lo define para 1 y 10 s. La tensin asignada sirve como parmetro de referencia para la especificacin de la caracterstica de comportamiento del pararrayos bajo tensin de frecuencia industrial en funcin del tiempo.

KVDonde:TOV: Tensin asignada al pararrayoKT:: Factor de sobretensin dado por el fabricanteCorriente nominal de descargaSe define como el valor pico de una corriente tipo rayo normalizada de 8/20 microsegundos, y sirve para hacer una clasificacin de los pararrayos, es el principal parmetro para establecer el nivel de proteccin y la capacidad de absorcin de energa de un pararrayos.La corriente se elige en funcin de la corriente de descarga tipo rayo que atraviesa el pararrayos, para la cual se busca la proteccin del equipo. Se debe de considerar que la corriente que llega hasta el pararrayos para ser descargada a tierra siempre ser inferior que la corriente del rayo.

Dnde:o= Impedancia caracterstica de la lnea.BIL= Nivel bsico de aislamientoCon esta corriente elegimos una corriente de descarga del pararrayo de 10 KA5.6.4.2 PARAMETROS DEL PARARRAYO A 69 KV

Voltaje nominal del pararrayoEste valor se presenta como la mnima tensin nominal de un pararrayos.

Voltaje de operacin contina del pararrayo

Tensin asignada a un pararrayo

KVDonde:TOV: Tensin asignada al pararrayoKT:: Factor de sobretensin dado por el fabricanteCorriente nominal de descarga

Dnde:o= Impedancia caracterstica de la lnea.BIL= Nivel bsico de aislamientoCon esta corriente elegimos una corriente de descarga del pararrayo de 5 KA5.6.4.3 SELECCIN DEL PARARRAYO

Voltaje nominal del pararrayo

KVKVn

230193.2

6958

Tabla 2. Voltajes nominales del pararrayoEstos datos de valores nominales del pararrayo, se emplean para seleccionar las caractersticas del equipo de proteccin, en este caso a diferente nivel de voltaje se tiene que usar diferentes pararrayos.NIVEL DE TENSION230 KV69 KV

Voltaje Nominal193.2 58

TOV270.48 81.14

Corriente de carga10 KA5 KA

COV139.43 41.83

Tabla Parmetros del pararrayoNIVEL DE TENSION230 KV69 KV

Tensin nominal, KV rms193.258

Tensin de arqueo por frente de onda, onda 1200Kv/us1041151

Tensin mxima de arqueo, onda completa, 1.2x50 us de arqueo por frente de onda, onda 1200840119

Tensin de arqueo por impulso de maniobra, KV cresta 740116

Mxima tensin residual, Kv por Ir, para Id (KA)

10 KA800

5 KA

Tabla 4. Caractersticas de los pararrayosEsta tabla nos da los valores que necesitamos para hacer la coordinacin del aislamiento, debido a que no se encontr un pararrayo con las caractersticas necesarias para proteger nuestros transformadores a los niveles de voltaje de 230 y 69 KV. Se utiliz el criterio de que la curva de proteccin del pararrayo debe de estar cercano a la curva del transformador, pero con un margen de 20% entre una curva y otra. 6. SOBRETENSIONES Y COORDINACIN DE AISLAMIENTO.

Debido a la importancia de mantener la continuidad del suministro de energa elctrica, es necesario realizar estudios de dispositivos de proteccin contra sobretensiones, ya sean por condiciones de disturbio en la red, ya que se pueden presentar sobretensiones que afecten a los equipos de potencia. Tomando en cuenta que en la coordinacin de aislamiento los pararrayos de xidos metlicos se consideran como protecciones primarias para sobre tensiones de frente rpido (rayo) y de frente lento (maniobra), es primordial contar con la seleccin adecuada de estos dispositivos en base a los estudios de la red donde se van a instalar y de sus caractersticas de proteccin, lo que hace a la seleccin muy importante desde el punto de vista tcnico-econmico, ya que la filosofa de coordinacin de aislamiento sostiene, que el tener una buena confiabilidad en el sistema de transmisin no implica un sobredimensionamiento del equipo, sino contar con un nivel de aislamiento apropiado para soportar las sobretensiones.6.1 Clasificacin de las sobretensiones

Existen varias causas que pueden provocar o generar las sobretensiones en un sistema, por esta razn su estudio se realiza de acuerdo a su origen, y a la forma de onda y tiempo de duracin.En funcin de su origen una sobretensin puede producirse por factores externos a la red como es el caso de las descargas atmosfricas, o por factores internos por ejemplo maniobras:

Sobretensiones a frecuencia industrial. Sobretensiones de maniobra. Sobretensiones atmosfricas.

Las tensiones y sobretensiones en funcin de la forma de onda y tiempo de duracin se clasifican como:

Tensiones continas. Sobretensiones temporales. Sobretensiones de frente lento. Sobretensiones de frente rpido. Sobretensiones de frente extra rpido.

Figura Formas de onda caractersticas de sobretensiones

6.2 Seleccin de los pararrayos de xidos metlicos

La seleccin y aplicacin de los pararrayos de xidos metlicos deben tomar en cuenta 3 puntos, que son:a) La seleccin adecuada de los valores de la tensin nominal del pararrayos. La base para determinar estos valores deben ser las condiciones actuales de operacin, la tensin del sistema, las sobretensiones temporales, por rayo y por maniobra.b) Cuando se realiza la seleccin del tipo de pararrayos, se deben considerar los puntos siguientes: Requerimientos de los niveles de proteccin (margen de proteccin). Valor de la sobretensin por rayo, tomando en cuenta el blindaje dela lnea (Hilos de guarda y zonas protegidas).c) Instalacin del pararrayos en la red considerando: Tipo de objeto a proteger (caractersticas tensin-tiempo). Localizacin del pararrayos (distancia con respecto al objeto a proteger) Longitud del conductor que conecta el equipo a proteger del pararrayos.6.3 Coordinacin de aislamiento

La curva de aislamiento del trasformador est ms arriba de la curva de proteccin del pararrayo para que dicho aislamiento no se vea afectado ante cualquier falla.

Figura 20 .Coordinacin de AislamientoLos pararrayos son usados para proteger el aislamiento de los equipos cuando estos estn sujetos a sobre voltajes. La caracterstica protectora del pararrayos deber estar como mnimo de 15 a 20 % abajo del voltaje de soporte del aislamiento.Debido a que nuestra subestacin maneja niveles de tensiones altos, es necesario colocar equipos de proteccin contra descargas atmosfricas o sobre-voltajes causados por maniobras. Los equipos que necesitan un mayor cuidado son los transformadores. Coordinacin de aislamiento para el nivel de 230KV

Para sobretensiones por maniobra y atmosfricas la amplitud de la sobretensin podra superar a la tensin soportada por los equipos, sin embargo la funcin del pararrayos es limitar tales sobretensiones a valores inferiores. La caracterstica protectora del pararrayos deber estar como mnimo dentro del rango de 15 a 20% abajo del voltaje del aislamiento.El aislamiento, conexin y otras caractersticas importantes del transformador y pararrayos para este nivel de voltaje se presentan en la Tabla 20.

Coordinacin

TransformadorPararrayo

Frente de Onda (KV)1301Tensin de arqueo de frente de onda(KV)1041

Nivel bsico de1050Tensin de arqueo por840

aislamiento BIL (KV)impulso de maniobra (KV)

Prueba de impulso870Tensin mxima de arqueo,740

por maniobra NBS (KV)onda completa (KV)

Tabla 20.Caractersticas del Transformador y Pararrayos en el nivel de 230 KV

En la Figura 21 se observa la coordinacin de aislamiento del transformador y el pararrayo para un nivel de 230 KV.

Figura 21. Coordinacin de Aislamiento para el nivel de 230KV

Los porcentajes de coordinacin entre el pararrayo y el aislamiento del transformador se los detalla en la Tabla 21, los cuales se encuentran dentro del rango mnimo.PuntoCoordinacinPorcentaje (%)

120

220

315

Tabla 21. Porcentajes de coordinacin de aislamiento

Coordinacin de aislamiento para el nivel de 69 KV

De igual manera para un nivel de voltaje de 69 KV, las sobretensiones por maniobra y atmosfricas la amplitud de la sobretensin podra superar a la tensin soportada por los equipos, sin embargo la funcin del pararrayos es limitar tales sobretensiones a valores inferiores. El aislamiento, conexin y otras caractersticas importantes del transformador y pararrayos para este nivel de voltaje se presentan en la Tabla 24.Coordinacin

TransformadorPararrayos

Frente de Onda (KV)189Tensin de arqueo de frente de onda(KV)151

Nivel bsico de 150Tensin de arqueo por 119

aislamiento BIL (KV)impulso de maniobra (KV)

Prueba de impulso145Tensin mxima de arqueo,116

por maniobra NBS (KV)onda completa (KV)

Tabla 24. Caractersticas del Transformador y Pararrayos en el nivel de 69 KV

En la Figura 23 se observa la coordinacin de aislamiento del transformador y el pararrayo para un nivel de 69 KV.

Figura 25. Coordinacin de Aislamiento para el nivel de 69KV7. DISTANCIA DEL PARARRAYO AL TRANSFORMADOR.

El pararrayo debe ubicarse lo ms cerca posible del equipo al cual se va a proteger, en este caso el transformador, por lo que idealmente esta distancia es cero, pero debido a que otros equipos ubicados alrededor pueden dificultar que el pararrayo este tan cerca del transformador, debemos determinar una distancia mxima a la cual podamos ubicar el pararrayo sin que se pierda la calidad de proteccin. Para determinar esta distancia mxima tenemos la expresin:

Donde:Vx = nivel bsico de switcheo (NBS)Vp = tensin de arqueo del pararrayoS = pendiente de la onda de rayo

Distancia del pararrayo para nivel de voltaje de 230 KVPara este nivel de voltaje el transformador presenta un BIL de 1050 KV, y asumimos que el pararrayo tiene una tensin de arqueo de 800 KV.El nivel bsico de switcheo viene dado por:

La pendiente de onda viene dada por:

Dnde: Ke = constante igual a 0.8Vn = Voltaje nominal mximo expresado en KV KV/ sSegn las normas, la pendiente de la onda no debe exceder los 1200 KV/ s y ya que este valor es excede la norma, se lo fija en 1200 KV/sLa velocidad de la onda es de 300 m/s, con lo cual la distancia mxima del pararrayo al transformador es:

Distancia del pararrayo para nivel de voltaje de 69 KVPara este nivel de voltaje el transformador presenta un BIL de 150 KV, y el pararrayo tiene una tensin de arqueo de 95 KV.El nivel bsico de switcheo viene dado por:

La pendiente de onda viene dada por:

Dnde: Ke = constante igual a 0.8KVn = Voltaje nominal mximo expresado en KV KV/ sLa velocidad de la onda es de 300 m/s, con lo cual la distancia mxima del pararrayo al transformador es:

Los resultados de los clculos para la distancia mxima del pararrayo al transformador para los distintos niveles de voltaje se muestran en la Tabla ###Nivel de voltajeDistancia del pararrayo

230 KV8.93 m

69 KV9.16 m

Tabla 26. Distancias mximas del pararrayo al transformador segn el nivel de voltaje

8. DISEO DE MALLA DE PUESTA A TIERRA

El propsito principal en el diseo de una malla de tierra es la seguridad del personal que se encuentre dentro de la subestacin cuando se produzca la ocurrencia de una falla a tierra en el sistema.[footnoteRef:5] [5: Guillermo Aponte Mayor, Introduccin a las subestaciones elctricas, Cap. IX pg. 3]

En consecuencia las mallas son diseadas para limitar los voltajes a valores que no ofrezcan peligro para el cuerpo humano y adems disminuir los riesgos de deterioro en los equipos.Un bajo valor de resistencia de puesta a tierra es siempre deseable para disminuir el mximo potencial de tierra, por tanto al disear un sistema de puesta a tierra, es fundamental determinar tensiones mximas aplicadas al ser humano en caso de falla

8.1 Funciones de una malla de puesta a tierra

Entre las ms importantes se tienen: Evitan sobrevoltajes producidos por descargas atmosfricas, operacin o maniobras de disyuntores. Proporcionar una va rpida de descarga de baja impedancia con el fin de mejorar y asegurar el funcionamiento de protecciones. Proporcionar seguridad al personal de la subestacin.8.2 Requisitos de una malla a tierra

Los requisitos que debe cumplir una malla de puesta a tierra son los siguientes:1. Debe tener una resistencia tal, que el sistema se considere slidamente puesto a tierra.1. La variacin de la resistencia, debido a cambios ambientales, debe ser despreciable de manera que la corriente de falla a tierra, en cualquier momento, sea capaz de producir el disparo de las protecciones.1. Impedancia de onda de valor bajo para fcil paso de las descargas atmosfricas.1. Debe conducir las corrientes de falla sin provocar gradientes de potencial peligrosos entre sus puntos vecinos.1. Al pasar la corriente de falla durante el tiempo mximo establecido de falla, (es decir disparo de respaldo), no debe haber calentamientos excesivos.1. Debe ser resistente a la corrosin.8.3 Tensiones de paso y de contacto permisibles

Los voltajes de toque y de paso son las diferencias de potencial mximos que pueden presentarse entre una mano y un pie o entre los dos pies, bajo cualquier condicin dentro de la subestacin. Adems se debe definir la corriente mxima que tolera el cuerpo humano sin que se produzcan daos irreparables est definida por la siguiente expresin:

Para su clculo se siguen las siguientes recomendaciones: Las resistencias de contacto de la mano y del pie son despreciables, mientras que la del suelo inmediatamente debajo del rea de contacto del pie es considerada significante.

Se toma cada pie como un electrodo en forma de plato con una resistencia de 3 [].

Para el cuerpo humano se estima un valor de resistencia total de 2300 entre manos y 1100 de mano a pie, en ambos casos se usa 1000 como un valor razonable y que brinda seguridad. De acuerdo con esto la resistencia total en la condicin de paso es:

Para la condicin de toque es:

Si la subestacin se cubre con roca triturada u otro material de alta resistividad, deber utilizarse el valor del material en las ecuaciones anteriores.De aqu, como voltaje es igual a corriente por resistencia, tenemos:

8.3.1 Tensin de pasoEs la diferencia de potencial entre dos puntos de un terreno que pueden ser tocados simultneamente por una persona; su valor permisible est dado por:

Donde:Vp = Tensin de Paso Permisible en voltios. = Resistividad de la superficie del terreno en (.m)t = Duracin mxima de falla en segundos.

Figura = Tensin de paso cerca de una estructura conectada a tierra

8.3.2 Tensin de contacto Es la diferencia de potencial entre un punto en la superficie del terreno y cualquier otro punto que se pueda ser tocado simultneamente por una persona; su valor permisible est dado por:

En donde:Et = Tensin de contacto permisible en voltios.

Figura 26. Tensin de contacto a una estructura a tierra

8.4 DISEO DE UNA MALLA A TIERRA

El diseo de una malla a tierra est afectado por las siguientes variables: Tensin Permisible de Paso. Tensin Permisible de contacto. Configuracin de la malla. Resistividad del terreno Tiempo mximo de despeje de la falla. Conductor de la malla. Profundidad de instalacin de la malla.

8.5 Pasos para disear una malla de puesta a tierra

Las subestaciones constan de una malla de puesta a tierra, una de 60 100 m y otra de 5 los pasos para ambas mallas se muestran a continuacin:8.5.1 Malla de 60 100 m

1. Corriente de falla mxima

1. Duracin mxima de falla en segundos.t = 6 ciclos

1. Valores mximos permitidos de voltajes de contacto y de paso.Vp 120 V Vc 120 V

1. Resistividad del terreno promedio en la prov. de Santa Elena

1. Permetro de la malla de puesta tierraP = (60 + 100) x 2 = 320 m

1. rea de la malla de puesta tierraA = 60 100 = 6000

1. Seccin del conductor de cobre[footnoteRef:7] [7: Gilberto Enrquez Harper, Elementos de diseo de subestaciones, Cap. 7, pg. 504]

1. Voltaje de contacto en caso de no tener una malla de puesta a tierra

Podemos observar que este voltaje excede los 120V, por lo tanto debe ser corregido.

1. Longitud del conductor y longitud de la divisin de la malla de puesta a tierra

Como es una malla en forma de cuadricula, cada cuadrado tendr de lado:

1. Resistencia del terreno

Siendo P el permetro de la instalacin.

1. Voltaje en el terreno

1. Voltaje en funcin de la diagonal de la malla

1. Voltaje mximo permitido

1. Cable de conexin

A continuacin se muestran las dimensiones l, D, l1 y l2 de la malla de puesta a tierra:

Figura ###Dimensiones l, D, l1 y l2 de la malla de puesta a tierra

Mediante el estudio realizado a la malla de la subestacin, se observ como en esta, los potenciales de contacto calculados en el paso ocho se encontraban muy por encima del valor mximo tolerable por una persona, situacin que podra ser de gran peligro para el personal al momento de tener contacto con algunas de las estructuras, por lo cual este valor fue corregidoTambin se determin el valor de la resistencia de tierra, los valores de los potenciales de contacto en toda la extensin de la malla fueron reducidos y llevados a valores que se encuentran por debajo del mximo permisible e igualmente los potenciales de paso se encuentran en un rango menor al mximo permitido, haciendo la malla un sistema de red a tierra eficiente.

8.6 Determinacin del nmero de varillas

Para dar una mayor confiabilidad a la proteccin que nos brinda la malla de puesta a tierra es necesaria la instalacin de varillas en las esquinas de las mallas y de los equipos que queremos proteger.Ya que se han diseado dos mallas de puesta a tierra para la subestacin, las cuales brindan proteccin a tres transformadores trifsicos de potencia, sern necesarias 20 varillas.

9. CONCLUSIONES

Principalmente el factor que se tiene en contra y que ms pesa a la hora de disear una subestacin es el econmico. Ante esto, se deben considerar las diferentes configuraciones, topologas y tecnologas y se obtendrn as diferentes precios segn: la fiabilidad, la seguridad y la capacidad de transporte.

Para el barraje de la subestacin se us un esquema de barra principal y barra de transferencia, lo cual nos permite la transferencia de carga de un tramo, durante el mantenimiento del disyuntor correspondiente, adems nos facilita el mantenimiento de seccionadores de lnea y transferencia, afectando nicamente el tramo asociado. Tambin requiere de poco espacio fsico para su construccin.

Los interruptores de potencia 3AP1 usados en la subestacin son interruptores tripolares de auto compresin, en ejecucin para intemperie, en el que se emplea el gas SF6 como medio aislante y extintor. Los interruptores estn equipados con un accionamiento de resorte, como a las 3 fases, de manera que son apropiados para recierres tripolares.

Mediante el estudio realizado a la malla de la subestacin, se observ como en esta, los potenciales de contacto calculados en el paso ocho se encontraban muy por encima del valor mximo tolerable por una persona, situacin que podra ser de gran peligro para el personal al momento de tener contacto con algunas de las estructuras, por lo cual este valor fue corregido

Tambin se determin el valor de la resistencia de tierra, los valores de los potenciales de contacto en toda la extensin de la malla fueron reducidos y llevados a valores que se encuentran por debajo del mximo permisible e igualmente los potenciales de paso se encuentran en un rango menor al mximo permitido, haciendo la malla un sistema de red a tierra eficiente.

10. RECOMENDACIONES

Se debe conocer en primera instancia el nivel de tensin de la red en el lugar donde se instalar la subestacin, pues cuanto mayor sea esta menor ser la corriente en los conductores. Pero como los elementos para operar a mayores tensiones suelen tener costos ms altos, es un aspecto tcnico y econmico que se debe tomar en cuenta al disear el proyecto.

Una vez definido este punto, se deben realizar los clculos de nivel de cortocircuito, aislamiento de fallas a tierra, proteccin selectiva y prevencin de fallas con operacin monofsica.

Tambin es necesario considerar el nivel de seguridad de la instalacin, tanto para el personal que labora en ella, con capacitaciones y certificaciones para su actividad, como para los usuarios, mediante la seleccin adecuada de interruptores y dispositivos de desconexin que protejan la red, canalizaciones y alturas de conductores, accesos restringidos, puestas a tierra, etc.

Durante la etapa de diseo se deben prever las ampliaciones o requerimientos futuros, por lo que se debe definir un concepto de subestacin muy flexible, que no solo cumpla con los requerimientos al momento de su puesta en marcha, sino que le permita ajustarse a los cambios que enfrentar durante su vida operativa.

Para todos los equipos implementados en la subestacin se debe contar con la metodologa de puesta en servicio basada en los criterios aplicados por el fabricante.

En necesario considerar las condiciones atmosfricas, altitud sobre el nivel del mar y niveles de contaminacin al momento de dimensionar los equipos, ya que estas condiciones pueden afectar ciertas caractersticas, como el aislamiento de dichos equipos.

Por ltimo, y no menos importante, como en cualquier otro elemento, el mantenimiento preventivo, predictivo y correctivo es fundamental para que la subestacin tenga una larga vida til y una operacin en ptimas condiciones.

11. BIBLIOGRAFIA

http://www.siemens.com.co/SiemensDotNetClient_Andina/Medias/PDFS/640_20081015183407.pdf http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/42a5b693a4e07.pdf http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/1029/3/Capitulo_2.pdf http://hugolozanon.files.wordpress.com/2011/12/tesis-estudio-de-las-caracterc3adsticas-funcionales-y1.pdf

12. ANEXOS

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