SUBESTACION.pdf

8/13/2019 SUBESTACION.pdf

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UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)

INGENIERA INDUSTRIAL

PROYECTO FIN DE CARRERA

SUBESTACIN DE 230 KV PARA LA

RED DE TRANSPORTE EN

COSTA RICA.

ESTER PEREGRINA MAYORAL

MADRID, junio de 2009


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Autorizada la entrega del proyecto al alumno:

Ester Peregrina Mayoral

EL DIRECTOR DEL PROYECTO

Gerardo Fernndez Magester

Fdo: Fecha:

V B del Coordinador de Proyectos

Toms Gmez San Romn

Fdo: Fecha:


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Resumen iii

Resumen

Dado que en la actualidad, la electricidad es uno de los principales vectoresenergticos, su transporte, reparto y distribucin es de elevada importancia. Las

subestaciones elctricas son, por tanto, una pieza clave del sistema elctrico.

Estas instalaciones son dispositivos de interconexin y control de los puntos de

confluencia de la red mallada por la que se realiza la transmisin de energa. Por otro

lado, las subestaciones realizan la transformacin de tensin de los niveles ms bajos

de generacin y distribucin al nivel elevado de transporte.

Actualmente, existe una gran cantidad de subestaciones diferentes con

particularidades tanto en la tecnologa empleada como en la disposicin y naturaleza

propias de la instalacin.

Esta gran diversidad determina la posibilidad de adaptarse a las necesidades de

cada proyecto de subestacin elctrica, en funcin de lo que precise el cliente,

permitiendo una oferta adecuada.

En particular, las subestaciones de tipo AIS o aisladas en aire, dado que son las

ms comunes y requieren una gran cantidad de componentes, precisan un estudio ms

detallado de los aspectos de ingeniera y montaje, siendo tambin un aspecto clave su

necesidad de grandes superficies de terreno.

En este proyecto se detallan los aspectos constructivos, tcnicos y de diseo de

una subestacin elctrica en Costa Rica, con configuracin de interruptor y medio,

aislada en aire, con dos posiciones de generacin y dos posiciones de lnea paraconexin con el sistema de transporte. El esquema de interruptor y medio se ha elegido

por ser un esquema seguro y flexible. Normalmente, este esquema se considera

adecuado para subestaciones importantes y dado que interviene una lnea troncal de

transmisin desde el polo de generacin atlntico hacia el centro del pas, donde se

concentra cerca de la mitad de la demanda de energa que consume Costa Rica, se

considera una decisin acertada.

El objetivo es analizar las bases de clculo y diseo para determinar una opcin

constructiva lo ms adecuada posible, desde distintos puntos de vista, como son el


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Resumen iv

econmico y la fiabilidad. Se ha escogido este tipo de subestacin como objeto del

estudio debido a que se trata de un proyecto que se llevar a cabo a lo largo del

prximo ao, lo que resulta una excelente oportunidad para aunar estudio terico y

prctico.

Dicha subestacin permitir la evacuacin de la energa generada en la central

hidrulica de Torito a la red de transporte nacional, por lo que tendr una doble

misin:

Conectar la central con la red, realizando el aumento de la tensin

de 13.8 kV que corresponde con el nivel de generacin, a 230 kV,

que corresponde al nivel de transporte.

Proteger tanto la red de transporte como la central de generacin

ante posibles faltas y cortocircuitos, tanto en un lado de la

subestacin como en el otro.

Para disear la subestacin se han seguido un elevado nmero de normas y

recomendaciones internacionales, con el fin de que el diseo sea lo ms seguro posible.

En el caso de obtener distintos resultados por una norma o reglamento y otra, se ha

optado por aqul valor que aporte un mayor coeficiente de seguridad.

En concreto, se han calculado:

las corrientes nominales y de cortocircuito, mediante los datos

de la red de transporte facilitados por el Instituto Costarricense

de la Electricidad.

las distancias elctricas y de seguridad segn el Reglamento de

Alta Tensin.

el tipo de embarrado necesario, segn la decisin de utilizar

tubo en vez de cable.

la proteccin contra descargas atmosfricas, en funcin del nivel

de aislamiento.


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Resumen v

la red de tierras, resultando idneo instalar una malla, de 10x10

metros cada cuadrado, enterrada a 0,5 metros de profundidad

sin picas de puesta a tierra.

Por ello, se ha obtenido un diseo que cumple las normativas, seguro y fiable.

La subestacin proyectada tendr configuracin de interruptor y medio, con dos lneas

de entrada y dos de salida. Ser de tipo AIS, con aparamenta aislada en aire de tipo

convencional. El nivel de aislamiento ser de 900 kV, la intensidad nominal de 970 A y

de cortocircuito de 31,5 kA y 60 Hz de frecuencia. Para el embarrado se utilizar tubo

de aluminio 120/106, y aisladores C5; mientras que los pararrayos sern Pexlim-Q de

la casa ABB o similar.


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Summary vi

Summary

Nowadays, electricity is one of the most important energy vectors, that is whyits transportation and distribution acquires a high relevance. Electric substations are a

key aspect in the electrical system.

These systems interconnect and control every junction in the electrical

transmission grid. Moreover, substations turn low generation voltage into distribution

high voltage.

These days, substations differ enormously from each other, because of their

particularities, in the technologies and arrangements employed and the installation s

own nature.

This big diversity determines the possibility of adaptation to the needs of each

electrical substation project, in order to satisfy the client needs, allowing an appropriate

offer.

Particularly, AIS substation, or air insulated substation, due to its general use

and requiring a big amount of components, need a more detailed engineering and

assembly study. Moreover, the surface needed for them, represent another key aspect

to take into account.

In this project the Costa Rica substation construction, technical and design

aspects are detailed. It will be a breaker and a half arrangement, air insulated, with two

admission and two departure lines. This arrangement has been selected because of its

safety and reliability. Normally, this arrangement is used in important substation, andthis one is connected to a main distribution line, which connects Atlantic generation to

the centre of the country, where half of the Costa Ricas electricity is demanded.

The objective is to analyse the calculus and design basics, in order to determine

the constructive option most suitable, from different points of view, such as the

economic and reliability. This substation has been elected because it is a project which

will be built next year, so it represents an excellent opportunity to mix theoretical and

practical study.


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Summary vii

This substation will allow the evacuation of energy produced in the Torito

hydraulic station to the transportation national grid, so it will have a double mission:

To connect the station to the grid, increasing voltage from the

generation 13,8 kV to 230 Kv, which corresponds to

transportation level.

To protect the transportation grid and generation station in case

of possible faults and short circuit.

To design the substation, a number of recommendations and basics have been

taken into account, so the final design is as secure as possible. If different results are

obtained with a standard or other, the one with a higher security level is the one takeninto consideration.

The following items have been calculated:

Nominal and short circuit currents, through the Instituto

Costarricense de la Electricidad transportation grid data.

Electrical and security distances, by the high voltage regulation.

The type of bars needed, taking into account the decision

between bar o electrical rope.

Atmospheric discharges protection, according to the insulation

level.

earth grid, finally, it will be a rectangular grid, 10 x 10 metres

each square, buried at 0,5 metres under the surface level, with no

earth pikes.

a design which is consistent with international standards, secure and reliable.

The substation designed will have a breaker and a half arrangement, with two

admission and two departure lines. It will be AIS, with air insulated equipment. The

insulation level will be 900 kV, the nominal current will be 970 A and the short circuit

current will be 31,5 kA, 60 Hz frequency. The bars will be aluminium 120/106, and C5

insulators; while the surge arresters will be Pexlim-Q, by ABB or similar.


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ndice viii

ndice

1 INTRODUCCIN .............................................................................................................................. 2

1.1 Introduccin y objetivo del proyecto...............................................................2

1.2 El sistema elctrico costarricense. ....................................................................5

1.3 Configuraciones de subestaciones elctricas. ................................................. 9

1.3.1 Topologas ms comunes. 10

1.3.1.1 Simple barra.................... ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 10

1.3.1.2 Barra partida. ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ................. 11

1.3.1.3 Simple barra con by-pass. ......................................................................................................12

1.3.1.4 Simple barra con barra de transferencia...............................................................................13

1.3.1.5 Doble barra..................... ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 14

1.3.1.6 Doble barra con by-pass. .................... ..................... ...................... ..................... .................... 15

1.3.1.7 Doble barra con barra de transferencia. .................... ..................... ..................... ................. 16

1.3.1.8 Doble barra con dos barras de transferencia. ...................... ..................... ..................... ...... 17

1.3.1.9 Doble barra y doble interruptor. ...........................................................................................18

1.3.1.10 Interruptor y medio. .................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 19

1.3.1.11 Triple barra..................... ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 20

1.3.1.12 Anillo. ................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 21

1.3.2 Factores a considerar. 22

1.3.2.1 Regularidad de servicio...................... ..................... ...................... ..................... .................... 24

1.3.2.2 Sencillez.................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 25

1.3.2.3 Aspectos econmicos. ...................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 28

1.4 Tecnologa de Subestaciones.......................................................................... 29

1.4.1 Subestaciones AIS 29

1.4.2 Subestaciones GIS 30

1.4.3 Subestaciones prefabricadas 31

1.4.4 Subestaciones Hbridas 32

1.4.5 Soluciones en entornos urbanos 33

1.4.6 Subestaciones mviles. 35

1.5 Tendencias de las subestaciones segn la aparamenta............................... 37

1.5.1 Aparamenta de tipo AIS (convencional). 37

1.5.1.1 Interruptores automticos o interruptores...................... ..................... ...................... ......... 37

1.5.1.2 Seccionadores .................... ...................... ..................... ..................... ..................... ................. 44

1.5.1.3 Transformadores de medida.................... ..................... ...................... ..................... ............. 50

1.5.1.4 Autovlvulas o Pararrayos. ................... ..................... ..................... ..................... ................. 61

1.5.1.5 Bobina de bloqueo.................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 68

1.5.2 Aparamenta de tipo GIS. 70


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ndice ix

1.5.2.1 Hexafluoruro de hidrgeno ................... ..................... ..................... ..................... ................. 70

1.5.2.2 Interruptor.................. ...................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 71

1.5.2.3 Seccionador. .................... ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 72

1.5.2.4 Transformadores de medida de intensidad..................... ..................... ...................... ......... 72

1.5.2.5 Transformadores de medida de tensin..............................................................................73

1.5.2.6 Descargadores. .................. ...................... ..................... ..................... ..................... ................. 73

2 MEMORIA........................................................................................................................................... 2

2.1 Objeto y antecedentes. .......................................................................................2

2.2 Titular, emplazamiento y plazo de ejecucin................................................. 2

2.3 Reglamentos y disposiciones oficiales.............................................................2

2.4 Descripcin de la subestacin........................................................................... 3

2.4.1

Caractersticas 3

2.4.2 Situacin 4

2.4.3 Condiciones ambientales 4

2.4.4 Caractersticas bsicas de diseo. 4

2.4.4.1 Tensiones....................................................................................................................................4

2.4.4.2 Intensidades...............................................................................................................................4

2.4.4.3 Frecuencia ..................................................................................................................................5

2.4.4.4 Lnea de fuga .............................................................................................................................5

2.4.4.5 Tensiones auxiliares..................................................................................................................5

2.4.5 Equipos y materiales 5

2.4.5.1 Montaje, pruebas en fbrica, pruebas en campo y puesta en servicio...............................9

2.4.5.2 Sistema integrado de proteccin, control y comunicacin ................................................11

2.4.5.3 Cables y Canalizaciones ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 13

2.4.5.4 Instalaciones auxiliares.................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 14

2.4.6 Ensayos 15

2.4.6.1 Ensayos con equipo CBT-4 o similar. .................... ...................... ..................... .................... 15

2.4.6.2 Ensayos en obra..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ............. 16

2.5 Especificaciones tcnicas. ................................................................................17

2.5.1 Transformador de Potencia 17

2.5.1.1 Tipos de transformadores y forma de operacin ................................................................18

2.5.1.2 Cambio de relacin de transformacin ................................................................................20

2.5.1.3 Transporte, instalacin y pruebas ................... ...................... ..................... ..................... ...... 21

2.5.1.4 Protecciones propias de los transformadores...................... ..................... ..................... ...... 24

2.5.2 Protecciones de la posicin de lnea 30

2.5.2.1 Proteccin de distancia.................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 30

2.5.2.2 Zonas de proteccin..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 31

2.5.2.3 Principio de funcionamiento. ................... ..................... ...................... ..................... ............. 312.5.2.4 Proteccin de sobretensin y subtensin. .................... ...................... ..................... ............. 32

2.5.3 Parque de 230 kV 34


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ndice x

2.5.3.1 Embarrados..................... ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 34

2.5.3.2 Proteccin del embarrado. .....................................................................................................42

2.5.4 Estructuras metlicas. 52

2.5.4.1 Estructura en celosa .................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 52

2.5.4.2 Estructura empresillada ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 532.5.4.3 Estructura de alma llena..................... ..................... ...................... ..................... .................... 54

2.5.4.4 Estructura tubular .................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 55

2.5.4.5 Estructura metlica de aparamenta .................... ..................... ..................... ...................... .. 56

2.5.4.6 Prticos de lnea .................... ..................... ..................... ...................... ..................... ............. 57

2.5.4.7 Prticos de barra.................... ..................... ..................... ...................... ..................... ............. 57

2.5.5 Servicios Auxiliares 59

2.5.5.1 Servicios auxiliares de corriente alterna...............................................................................59

2.5.5.2 Fuentes de apoyo. .................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 59

2.5.5.3 Distribucin de corriente alterna. ................... ...................... ..................... ..................... ...... 602.5.5.4 Servicios auxiliares de corriente continua............................................................................60

2.5.5.5 Distribucin de corriente continua. .................... ..................... ..................... ...................... .. 60

2.5.6 Telecontrol y telecomunicacin 62

2.5.6.1 Sistema de Onda Portadora ................... ..................... ..................... ..................... ................. 62

2.5.6.2 Sistema de Fibra ptica................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 62

2.5.6.3 Enlaces va radio................... ..................... ..................... ...................... ..................... ............. 62

2.5.7 Proteccin contra incendios 63

2.5.8 Fuerza y alumbrado 65

2.5.8.1 Fuerza y alumbrado exterior .................................................................................................65

2.5.8.2 Fuerza y alumbrado interior..................... ..................... ...................... ..................... ............. 66

2.5.9 Climatizacin y ventilacin. 67

2.5.10 Antiintrusismo. 67

2.5.11 Insonorizacin. 67

2.5.12 Instalaciones de Puesta a Tierra. 70

2.5.13 Obra civil. 75

2.5.13.1 Vallado exterior. .................... ..................... ..................... ...................... ..................... ............. 75

2.5.13.2 Puertas principales de acceso a los recintos..................... ..................... ...................... ......... 762.5.13.3 Viales.................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 76

2.5.13.4 Drenajes.................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 76

3 CLCULOS. ........................................................................................................................................ 2

3.1 Corrientes nominales. ........................................................................................2

3.2 Corrientes de cortocircuito................................................................................4

3.3 Distancias elctricas y distancias de seguridad. ............................................7

3.3.1 Distancias mnimas reglamentarias segn el Reglamento de Alta Tensin. 7

3.3.1.1 Distancias mnimas entre fases y entre fase y tierra. ............................................................7


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ndice xi

3.3.1.2 Distancias mnimas en pasillos y zonas de proteccin. ........................................................9

3.3.2 Distancias adoptadas en la instalacin. 13

3.4 Clculo de embarrados. ...................................................................................14

3.4.1 Barras 14

3.4.1.1 Cable ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 14

3.4.1.2 Tubos .................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 15

3.4.2 Materiales 17

3.4.2.1 Cobre..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 17

3.4.2.2 Aluminio ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 18

3.4.3 Conectores. 19

3.4.3.1 Juntas de expansin. .................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 19

3.4.3.2 Conectores Principales .................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 19

3.4.3.3 Conectores de derivacin.......................................................................................................22

3.4.3.4 Conectores secundarios................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 23

3.4.4 Embarrados a utilizar. 23

3.4.4.1 Disposicin fsica................... ..................... ..................... ...................... ..................... ............. 23

3.4.4.2 Clculos .................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 24

3.4.4.3 Clculo dinmico..................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 36

3.4.4.4 Clculo de los aisladores. .......................................................................................................38

3.5 Seleccin de autovlvulas............................................................................... 40

3.5.1 Niveles de aislamiento. 40

3.5.2 Seleccin del pararrayos. 41

3.5.2.1 Caractersticas elctricas..................... ..................... ...................... ..................... .................... 41

3.5.2.2 Caractersticas mecnicas.......................................................................................................43

3.5.3 Margen de proteccin contra rayos. 47

3.5.4 Clculo del margen de proteccin por rayo 48

3.6 Clculo de tierras.............................................................................................. 49

3.6.1 Consideraciones en el diseo de sistemas de puesta a tierra. 49

3.6.2 Dimensionado trmico del cable. 50

3.6.2.1 Segn el ICE.................... ..................... ..................... ...................... ..................... .................... 503.6.2.2 Dimensionado trmico del cable segn MIE-RAT 13....................... ..................... ............. 51

3.6.3 Tensiones de paso y contacto mximas admisibles. 52

3.6.3.1 Tensiones de paso y contacto segn el ICE..................... ..................... ...................... ......... 52

3.6.3.2 Tensiones de paso y contacto segn MIE-RAT 13. .............................................................54

3.6.4 Clculo de la red y de las tensiones de paso y contacto en la red de tierras. 55

3.6.4.1 Comprobacin. .................. ...................... ..................... ..................... ..................... ................. 56

3.6.5 Conclusiones. 61

3.6.6 Puestas a tierra de servicio. 62

3.6.7 Mantenimiento de los sistemas de puesta a tierra en subestaciones. 64

4 PLIEGO DE CONDICIONES........................................................................................................... 2


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ndice xii

4.1 Condiciones tcnicas de los materiales. ..........................................................2

4.1.1 General 2

4.1.2 Aguas 3

4.1.3 Arenas 3

4.1.4 Grava para hormigones 3

4.1.5 Cementos utilizables 3

4.1.6 Hormigones 3

4.1.7 Aceros para armar 4

4.1.8 Aceros Laminados 5

4.2 Condiciones tcnicas de ejecucin de trabajos. ..............................................6

4.2.1 General 6

4.2.2 Ingeniera 6

4.2.3 Replanteo 6

4.2.4 Movimiento de tierras 8

4.2.5 Cimentaciones 8

4.2.6 Armaduras de hormign 8

4.2.7 Encofrados 9

4.2.8 Estructura 9

4.2.9 Ensayos y puesta en servicio 10

4.2.10 Cableado en MT 10

4.2.11 Interconexin de los cuadros de control 10

4.2.12 Conexionado de los cuadros de control 11

4.3 Control de calidad. ........................................................................................... 12

4.3.1 Control de materiales 12

4.3.2 Inspecciones y ensayos de frabricacin y montaje 14

4.3.3 Pruebas de suministro 14

4.4 Simultaneidad y coordinacin entre suministradores................................ 15

5 PLANOS ............................................................................................................................................... 25.1 Plano de situacin.............................................................................................. 2

6 PRESUPUESTO .................................................................................................................................. 2

6.1 Seleccin de aparamenta de intemperie de la subestacin.......................... 2

6.2 Presupuesto. ........................................................................................................4

6.2.1 Obra civil. 4

6.2.1.1 Demoliciones y movimiento de tierras. ml ............................................................................4

6.2.1.2 Demoliciones y movimiento de tierras. ml ............................................................................4

6.2.1.3 Cimentaciones. m3.....................................................................................................................4

6.2.1.4 Cimentaciones. m3.....................................................................................................................5


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ndice xiii

6.2.1.5 Cimentaciones. m3.....................................................................................................................5

6.2.1.6 Cimentaciones. m3.....................................................................................................................5

6.2.1.7 Cimentaciones. kg .....................................................................................................................5

6.2.1.8 Cimentaciones. m3.....................................................................................................................6

6.2.1.9 Cimentaciones. m3.....................................................................................................................6

6.2.1.10 Cimentaciones. kg .....................................................................................................................6

6.2.1.11 Cimentaciones. m3.....................................................................................................................7

6.2.1.12 Estructuras metlicas. ml .........................................................................................................7

6.2.1.13 Estructuras metlicas de hormign. m3..................................................................................7

6.2.1.14 Estructuras metlicas de hormign. kg ..................................................................................8


6.2.1.16 Estructuras metlicas de hormign. kg ..................................................................................8


6.2.1.18 Pavimentos. m3..........................................................................................................................9

6.2.1.19 Pavimentos. m2..........................................................................................................................9

6.2.1.20 Pavimentos. ml ..........................................................................................................................9

6.2.1.21 Instalaciones de evacuacin. u ..............................................................................................10

6.2.1.22 Instalacin elctrica. ml ................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 10

6.2.1.23 Instalacin elctrica. ml ................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 10

6.2.2 Conductores. 11

6.2.2.1 Al-Ac (54+7)*381,55mm2*1.2768kg/m. ml ...........................................................................11

6.2.2.2 Conductor de cobre Tubular 60/50 mm. ml.................... ..................... ...................... ......... 11

6.2.2.3 Subterrneo Cu*2*500 mm2*9,8kg/m. ml ............................................................................11 6.2.2.4 Subterrneo Cu 240 mm2*2,5 kg/m. ml ...............................................................................11

6.2.2.5 Pirepoll 10 mm2. ml.................. ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 12

6.2.2.6 Pirepoll 6 mm2. ml.................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 12

6.2.2.7 Pirepoll 4 mm2. ml.................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 12

6.2.2.8 Cable de guarda de Acero 50 mm2. ml .................................................................................13

6.2.2.9 Conductor de Cobre 95 mm2. ml...........................................................................................13

6.2.3 Interruptores. 14

6.2.3.1 HP 514/4F. VATECH u ................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 14

6.2.4 Transformadores de potencia. 15

6.2.4.1 ABB Trafosur 23010%/13,8 kV. Ynd1. 33 MVA u ................... ..................... .................... 15

6.2.5 Transformadores de tensin. 16

6.2.5.1 Transformador de tensin inductivo. u.................... ..................... ..................... ................. 16

6.2.5.2 Transformador de tensin capacitivo. u ..............................................................................16

6.2.6 Transformadores de intensidad. 17

6.2.6.1 Transformador de intensidad. u ...........................................................................................17

6.2.6.2 Transformador de intensidad. u ..........................................................................................17

6.2.7 Seccionadores. 186.2.7.1 Seccionador rotativo tripolar. u.............................................................................................18

6.2.7.2 Seccionador rotativo tripolar con puesta a tierra. u................... ..................... .................... 18


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ndice xiv

6.2.8 Autovlvulas. 19

6.2.8.1 Autovlvula PEXLIM-Q 192 kV. u........................................................................................19

6.2.9 Equipos auxiliares. 20

6.2.9.1 Batera y rectificador TUDOR. u ...........................................................................................20

6.2.10 Rels de proteccin. 216.2.10.1 Rel RD3T Ref. 022/01 MAYVASA u.................... ...................... ..................... .................... 21

6.2.10.2 Rel RV-UT. ARTECHE u ......................................................................................................21

6.2.10.3 Rel DISTANCIA. ABB u .......................................................................................................21

6.2.10.4 Rel RV-ITN. ARTECHE u ....................................................................................................22

6.2.10.5 Rel RSD3 Ref. 011/3 MAYVASA u ................... ..................... ..................... ...................... .. 22

6.2.10.6 Rel M.L.A Ref. 007/4 MAYVASA u.................... ...................... ..................... .................... 22

6.2.10.7 Rel RRA-3F Ref. 008/2 MAYVASA u .................................................................................23

6.2.11 Alumbrado. 24

6.2.11.1 Lum. ET-400 Carandini. u ......................................................................................................24

6.2.11.2 Lum. JCH-250 Carandini. u ................... ..................... ..................... ..................... ................. 24

6.2.11.3 Lum. Emerg. Mod. 53063. 20 W. SIMON u..........................................................................24

6.2.11.4 Lum. FBS 498/1.236 2*36 W PHILIPS u .................... ..................... ..................... ................. 24

6.2.11.5 Lum. FBS 105/136 PHILIPS u...................... ..................... ..................... ...................... ......... 25

6.3 Resumen Del Presupuesto. ............................................................................. 26

7 ESTUDIO DE SEGURIDAD Y SALUD ......................................................................................... 2

7.1 Memoria...............................................................................................................2

7.1.1 Objeto de la memoria. 2

7.1.1.1 Interferencias con servicios. .....................................................................................................3

7.1.2 Actividades. 3

7.1.3 Equipos de trabajo. 3

7.1.3.1 Maquinaria.................................................................................................................................4

7.1.3.2 Elementos...................................................................................................................................4

7.1.4 Riesgos laborales y medidas preventivas. 5

7.1.4.1 Actividades. ...............................................................................................................................5

7.1.4.2 Utilizacin de maquinaria......................................................................................................18 7.1.4.3 Servicios sanitarios y comunes. .............................................................................................19

7.1.4.4 Servicios comunes. ................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 20

7.1.4.5 Formacin................... ...................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 21

7.1.5 Pliego de condiciones. 21


15/307

xv

ndice de Figuras

Figura 1. Central hidroelctrica en Costa Rica. .................................................... ................................. 4

Figura 2. Sistema elctrico de Costa Rica (Fuente: ICE).......................................................................8Figura 3. Simple barra.............................................................................................................................11

Figura 4. Esquema de barra partida......................................................................................................12

Figura 5. Esquema de simple barra con by-pass.................................................................................12

Figura 6. Esquema de simple barra con barra de transferencia........................................................14

Figura 7. Esquema de doble barra................................................................ ........................................ 15

Figura 8. Esquema de doble barra con by-pass...................................................................................16

Figura 9. Esquema de doble barra con barra de transferencia..........................................................17

Figura 10. Esquema de doble barra con dos barras de transferencia...............................................18Figura 11. Esquema de doble barra y doble interruptor....................................................................19

Figura 12. Esquema de interruptor y medio........................................................................................20

Figura 13. Esquema de triple barra.......................................................................................................21

Figura 14. Esquema en anillo.................................................................................................................22

Figura 15. Subestacin AIS.....................................................................................................................29

Figura 16. Subestacin GIS.....................................................................................................................31

Figura 17. Subestacin prefabricada.....................................................................................................32

Figura 18. Subestacin hbrida. ........................................................... .................................................. 33Figura 19. Subestacin de Barbaa (Ourense).....................................................................................35

Figura 20. Subestacin mvil.................................................................................................................36

Figura 21. Interruptor automtico.........................................................................................................37

Figura 22. Interruptor de desconexin al aire y a presin atmosfrica............................................39

Figura 23. Interruptor AIS de autosoplado..........................................................................................43

Figura 24. Seccionador de cuchillas giratorias. .................................................... ............................... 45

Figura 25. Seccionadores de cuchillas deslizantes. ........................................................ ..................... 46

Figura 26. Seccionador de columna giratoria central. ................................................... ..................... 47Figura 27. Seccionador de dos columnas giratorias............................................................................48

Figura 28. Seccionador de pantgrafo. ......................................................... ........................................ 49

Figura 29. Transformador de intensidad. .................................................... ........................................ 54

Figura 30. Transformador de tensin inductivo. ........................................................... ..................... 56

Figura 31. Transformador de tensin capacitivo. .......................................................... ..................... 58

Figura 32. Transformador ptico. ....................................................... .................................................. 61

Figura 33. Cuernos de arqueo................................................................................................................63

Figura 34. Pararrayos autovalvular. ................................................... .................................................. 64

Figura 35. Pararrayos de xido de zinc. ....................................................... ........................................ 66


16/307

ndice de Figuras xvi

Figura 36. Bobina de bloqueo. ................................................... ........................................................... . 69

Figura 37. Interruptor tipo GIS..............................................................................................................71

Figura 38. Uso de transformadores.......................................................................................................17

Figura 39. Transformador de potencia. ........................................................ ........................................ 20

Figura 40. Transporte de un transformador de potencia por carretera. .......................................... 22

Figura 41. Realizacin de pruebas en un transformador...................................................................23

Figura 42. Proteccin de gases de un transformador. ................................................... ..................... 27

Figura 43. Proteccin de distancia.........................................................................................................44

Figura 44. Rel de distancia. ...................................................... ........................................................... . 44

Figura 45. Diferencial de barras. Falta interna. .................................................... ............................... 45

Figura 46. Diferencial de barras. Falta externa....................................................................................45

Figura 47. Proteccin diferencial de barras..........................................................................................47

Figura 48. Proteccin fallo de interruptor............................................................................................48

Figura 49. Proteccin de tensin. ........................................................ .................................................. 49

Figura 50. Rel de frecuencia.................................................................................................................50

Figura 51. Rel de sincronismo..............................................................................................................51

Figura 52. Estructura en celosa.............................................................................................................53

Figura 53. Estructura empresillada.......................................................................................................54

Figura 54. Estructura de alma llena. ................................................... .................................................. 55

Figura 55. Estructura tubular.................................................................................................................56

Figura 56. Prtico de lnea......................................................................................................................57

Figura 57. Prtico de barra.....................................................................................................................58

Figura 58. Incendio en una subestacin. ...................................................... ........................................ 64

Figura 59. Detalle de una puesta a tierra..............................................................................................73

Figura 60. Maqueta de una subestacin con valla. ........................................................ ..................... 76

Figura 61. Esquema unifilar.....................................................................................................................2

Figura 62. Cortocircuito trifsico...........................................................................................................24

Figura 63. Cortocircuito entre fases. ................................................... .................................................. 25

Figura 64. Modelos..................................................................................................................................30

Figura 65. Caractersticas del modelo PEXLIM-Q. ........................................................ ..................... 45

Figura 66. Datos de proteccin del modelo PEXLIM-Q.....................................................................46

Figura 67.Datos del revestimiento. ..................................................... .................................................. 47

Figura 68. Distribucin del presupuesto................................................................................................2

Figura 69. Movimiento de tierras............................................................................................................7

Figura 70. Entibaciones.............................................................................................................................9

Figura 71. No pasar las cargas por encima de las personas...............................................................13

Figura 72. Trabajos en altura..................................................................................................................14

Figura 73. Montaje de equipos...............................................................................................................17


17/307

xvii

Figura 74. Puesta en servicio..................................................................................................................18

Figura 75. Vestuarios. ....................................................... ........................................................... ........... 21

Figura 76. Cinta de sealizacin............................................................................................................26

Figura 77. Advertencia de riesgo elctrico...........................................................................................28

Figura 78. Advertencia de explosin. ........................................................... ........................................ 28

Figura 79. Advertencia de peligro.........................................................................................................28

Figura 80. Prohibido fumar y llamas desnudas. .................................................. ............................... 29

Figura 81. Prohibido el paso a peatones...............................................................................................29

Figura 82. Proteccin obligatoria cabeza..............................................................................................29

Figura 83. Proteccin obligatoria manos..............................................................................................30

Figura 84. Proteccin obligatoria pies. ......................................................... ........................................ 30

Figura 85. Proteccin obligatoria vista. ........................................................ ........................................ 30


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ndice de Tablas xviii

ndice de Tablas

Tabla 1. Dimensiones mximas para el transporte en Costa Rica. ................................................... 21

Tabla 2. Propiedades fsicas del cobre, aluminio y acero...................................................................38Tabla 3. Lmites sonoros.........................................................................................................................68

Tabla 4. Tensiones soportadas nominales a los impulsos tipo rayo y a frecuencia industrial,

en funcin de la tensin ms elevada para el material.............................................................8

Tabla 5. Distancias mnimas en funcin de la tensin soportada a los impulsos tipo rayo............9

Tabla 6. Distancias mnimas en pasillos...............................................................................................10

Tabla 7. Valor de "d" en funcin de la tensin soportada nominal a los impulsos tipo rayo. ...... 11

Tabla 8. Resumen de resultados............................................................................................................12

Tabla 9. Distancias adoptadas en la subestacin.................................................................................13Tabla 10. Propiedades fsicas de los metales normalmente utilizados como conductores. .......... 17

Tabla 11. Tipos de conectores. ................................................... ........................................................... . 22

Tabla 12. Nivel de aislamiento. ........................................................... .................................................. 40

Tabla 13. Tensin Ur mnima.................................................................................................................42

Tabla 14. Lnea de fuga...........................................................................................................................44

Tabla 15. Seccin del conductor. ......................................................... .................................................. 52

Tabla 16. Tensiones mximas de paso y contacto...............................................................................54

Tabla 17. Resumen de las tensiones de paso y contacto.....................................................................61Tabla 18. Resumen del presupuesto. ................................................... Error! Marcador no definido.


19/307

1Introduccin


20/307

1 Introduccin 2

1 Introduccin1.1 Introduccin y objetivo del proyecto.

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. Bsicamente las funciones que cumple una

subestacin son las siguientes:

- SEGURIDAD: Separar del sistema aquellas partes en las que se haya

producido una falta elctrica.

- EXPLOTACIN: Configurar el sistema elctrico con el fin de dirigir los

flujos de energa en forma optima, tanto desde el punto de vista de la

seguridad en el servicio, como en la minimizacin de las perdidas,

permitiendo tambin las funciones de mantenimiento sobre los equipos.

- INTERCONEXIN: Interconectar dos sistemas elctricos de diferente

tensin, conectar generadores al sistema de transporte o bieninterconectar varias lneas de un mismo nivel de tensin.

Si se analizara el cometido de una subestacin en la red, se podran observar las

siguientes funciones:

- GENERACIN: Incorporan a la red las centrales generadoras a travs

de los correspondientes transformadores elevadores.

-

TRANSPORTE: Actan como nudo de interconexin de un nmero

variable de lneas de transporte.

- DISTRIBUCIN: Cumplen la misin de interconectar el sistema de

transporte con sistemas de niveles de tensin inferiores (transporte local,

subtransporte y distribucin).

El consumo de energa elctrica ha crecido de manera muy significativa en los

ltimos aos, debido al crecimiento tanto de la poblacin como de las tecnologas. Si


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1 Introduccin 3

tomamos como referencia los doce ltimos meses, de febrero del 2007 a febrero del

2008, la demanda ha ascendido a 262.015 GWh, lo que supone un crecimiento del 3,3 %

respecto al mismo periodo anterior. Corregida la influencia de la laboralidad y la

temperatura, el incremento de la demanda ha sido del 3,7 %; segn Red Elctrica de

Espaa.

Por tanto, resulta necesario tanto una mayor generacin como una mejor

distribucin. Aqu es donde aparecen las subestaciones y lneas elctricas, que no slo

tienen que resolver el problema del alto precio del terreno y el impacto en el medio

dnde se construyen, sino tambin tener una alta fiabilidad, flexibilidad y seguridad.

Este proyecto se basa en el diseo y construccin de una subestacin de

generacin elctrica de 230 kV, conectada a una central hidrulica de 50 MW de

capacidad para la evacuacin de energa con el objetivo de dotar de suministro a la

zona a travs de una lnea de 230 kV.

La instalacin constar de dos posiciones de entrada de 13.8 kV, procedentes de

la planta hidrulica, dos transformadores de 33 MVA y una relacin de transformacin

de 230/13.8 kV y dos posiciones de salida a la lnea de 230 kV.

En dicha subestacin, se adoptar una configuracin de interruptor y medio

con dos posiciones de generacin y dos posiciones de lnea para conexin con el

sistema de transporte. Nos centraremos en el diseo electromecnico, profundizando

en el clculo de los esfuerzos que sufren los embarrados, la seleccin de aislamientos y

el estudio de los sistemas de puesta a tierra.

El esquema de interruptor y medio es de un coste relativamente bajo para la

fiabilidad y operabilidad que proporciona (teniendo en cuenta las opcionescomparables, como la doble barra, la doble barra doble interruptor o el anillo), la

operacin es flexible durante el mantenimiento de un interruptor ya que no es

necesario interrumpir la carga. En definitiva, es un esquema seguro y flexible que

normalmente se considera adecuado para subestaciones importantes.


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1 Introduccin 4

Figura 1. Central hidroelctrica en Costa Rica.


23/307

1 Introduccin 5

1.2 El sistema elctrico costarricense.En 1851 las principales calles de la ciudad de San Jos se alumbraban con

lmparas de queroseno o canfn (nombre que le dan los costarricenses). Conformeavanzaba el crecimiento urbano y se acentuaban los daos que el tiempo haba

ocasionado en los postes, se haca ms evidente que este sistema era obsoleto y

aumentaba la urgencia de establecer un nuevo servicio, acorde con las demandas del

comercio y la industria.

La electricidad a Costa Rica lleg en el ao 1884, tan slo dos aos despus de

ser iluminada la ciudad de Nueva York. La primera planta hidroelctrica del pas,

llamada Aranjuez y ubicada en el centro de San Jos, entr en operacin en 1884 por la

Compaa Elctrica de Costa Rica, tena una fuerza de 75 caballos y generaba 50

kilovatios para 25 lmparas de carbn.

El desarrollo de esta actividad permiti la formacin de empresas nacionales y

el arribo de extranjeras, para dedicarse a prestar ese servicio pblico en las diferentes

ciudades del pas.

Por ello, la electrificacin en Costa Rica creci de forma desordenada y sincontrol, lo que contribuy a que la calidad del servicio fuese deficiente y poco a poco se

constituyera un monopolio. La inexistencia de controles para el suministro generaba

costes altos que impedan que la gran mayora de personas disfrutaran de l.

En 1928 la transnacional estadounidense The Electric Bond and Share

monopoliz los servicios elctricos en la parte central del pas, el mejor mercado

nacional. El inters primordial de esa empresa fue maximizar ganancias con el mnimo

coste. Esta situacin gener una crisis energtica generalizada y el malestar de amplios

sectores de la sociedad costarricense.

Ya en la dcada de los veinte los costarricenses se cuestionaban la concesin

elctrica otorgada por la Municipalidad de San Jos a la Electric Bond and Share Co. de

los Estados Unidos. Concientes de la falta de garanta en la prestacin del servicio

elctrico, en 1923 Jos Vctor y Ricardo Moreno Caas, y Jos Joaqun Quirs Salazar y

Ricardo Fournier Quirs decidieron junto con el ex presidente Alfredo Gonzlez Floresconstituir la denominada "LIGA CIVICA NACIONAL"; uno de los movimientos


24/307

1 Introduccin 6

polticos ms importantes de su poca, cuyo objetivo fundamental era defender los

intereses del pas frente a la inversin, mal servicio y prepotencia de las empresas

extranjeras, por lo que los miembros de la Liga Cvica conjuntamente con Max Koberg

Bolandi redactaron y propusieron un Proyecto de Ley que buscaba la nacionalizacin

de las fuerzas hidroelctricas del pas. Como resultado de esa gestin, se promulg la

Ley 77 del 31 de julio de 1928, que cre el Servicio Nacional de Electricidad (SNE). A

partir de esta accin, una de las primeras de este tipo en toda Amrica Latina, se logr

la nacionalizacin de las aguas. Mediante la Ley 258 de 1941 al SNE se le dio la

potestad de regular el suministro y calidad de la energa elctrica.

En 1949 se crea el Instituto Costarricense de Electricidad, en adelante ICE, como

respuesta al clamor por el manejo nacional del desarrollo y la presentacin de servicioselctricos.

Su Ley Constitutiva designa las siguientes como sus necesidades bsicas:

Construir plantas de generacin elctrica.

Unificar toda la capacidad instalada en un nico sistema.

Expandir los servicios mediante la edificacin de redes de distribucin.

El ICE inici sus labores con un diagnstico y evaluacin integral de la situacin

energtica del pas lo cual gener un Proyecto Nacional de Electrificacin, cuyo

desarroll por etapas se realiz de acuerdo a la entrada en operacin de plantas de

generacin. Esas etapas fueron cuatro:

1. Dar prioridad al suministro de energa elctrica a los centros

urbanos de la Zona Central.

2. Resolver el problema de las zonas urbanas del resto del pas que

eran servidas en forma aislada por el ICE.

3. Resolver el problema de electrificacin rural alrededor de los

centros urbanos ya interconectados.


25/307

1 Introduccin 7

4. Solucionar los problemas de pequeos grupos aislados, por

medio de instalaciones que por mucho tiempo operaron

independientemente de los sistemas interconectados.

El desarrollo de la cobertura elctrica del pas a travs de los aos y como

consecuencia de la obra realizada por el ICE, y otras empresas de distribucin elctrica,

ha tenido un desarrollo vertiginoso en las tres reas que componen un sistema

elctrico: Generacin, Transmisin y Distribucin.

Cuando se cre el Instituto en 1949 aproximadamente el 15% del territorio

nacional tena cobertura elctrica. Cincuenta y un ao despus en el ao 2000, ese

porcentaje llegaba a un 94.4%. En 2007, el porcentaje de cobertura energtica alcanza el

97.5% del pas, un porcentaje comparable al de pases desarrollados. En la actualidad,

el 98.1% del territorio dispone de servicio elctrico. Este alto porcentaje es comnmente

reconocido como el mrito ms importante de esta empresa, pues su carcter estatal le

ha obligado a llevar la distribucin de electricidad a zonas dnde no es necesariamente

rentable hacerlo, dada la baja densidad de poblacin en algunas zonas rurales.

En el ao 2002 el ICE sufre un drstico ajuste que retrasara sus inversiones, por

la peticin del Gobierno de que debe generar un supervit de 10.000 millones decolones costarricenses (aproximadamente 17.84 millones de dlares) para ayudar a

contener el dficit de las finanzas pblicas. Como resultado de esto y la escasez de

lluvias en el verano de 2007 se empiezan a sentir los efectos de la falta de energa,

producindose una fuerte cada en la produccin de energa en las plantas

hidroelctricas, lo cul supuso fuertes cortes elctricos durante algunas semanas y una

serie de apagones que dejaron a oscuras casi a la totalidad del pas. Con la llegada del

invierno la situacin se normaliz.

La implementacin del Proyecto Nacional de Electrificacin sumado a otra serie

de iniciativas paralelas han permitido que en el ao 2000 se cuente con 22 plantas de

generacin elctrica: 15 hidroelctricas, 5 trmicas y 2 geotrmicas, que en conjunto

producen 1,373.070 KW. Esto representa un 80.90 % del total producido en todo el pas.

Ms de un 80% de la electricidad que el ICE ofrece a los costarricenses proviene

de lo ros; siendo el proyecto ms importante el complejo Arenal-Dengo-Sandillal. Este

esfuerzo aunado a otros en el campo de la produccin de energa geotrmica, elica y


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1 Introduccin 8

trmica le permiten a Costa Rica ser uno de los primero pases en cobertura elctrica en

Latinoamrica, exportando electricidad a Nicaragua y Panam.

La generacin y distribucin de energa es un monopolio estatal en Costa Rica,

aunque a principios de la dcada anterior se aprob una ley que permite a empresas

privadas generar electricidad, la cul debe ser vendida al ICE para que ste a su vez la

venda al pblico. Los generadores privados generan cerca del 10% de la energa

consumida en la nacin. La intencin de la ley era quitar presin al ICE sobre la

necesidad de invertir en generacin.

Figura 2. Sistema elctrico de Costa Rica (Fuente: ICE).


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1 Introduccin 9

1.3 Configuraciones de subestaciones elctricas.Como parte integrante del sistema de transporte, una subestacin funciona

como punto de conexin o desconexin de las lneas de transporte, de las lneas dedistribucin, de las centrales de generacin y de los transformadores elevadores y

reductores. Los objetivos de las subestaciones son conseguir la mxima seguridad,

flexibilidad y continuidad del servicio con los mnimos costes de inversin que

satisfagan los requisitos del Sistema Elctrico.

En la eleccin del tipo ms adecuado de subestacin para una aplicacin

determinada, influyen muchos factores. Entre stos se encuentran el nivel de tensin, la

capacidad de carga, las consideraciones ambientales, las limitaciones de

emplazamiento y las servidumbres de paso de las lneas de transporte. Adems, los

criterios pueden variar segn los distintos sistemas.

Con el continuo aumento en los costes de los equipos, mano de obra, terreno y

preparacin del emplazamiento, hay que esforzarse al mximo para elegir criterios que

representen la mejor composicin para satisfacer los requisitos del Sistema con el coste

mnimo. Como los costes mayores de la subestaciones estn constituidos por los

transformadores de potencia, los interruptores y los seccionadores, la disposicin del

embarrado y de las conexiones determina el nmero de seccionadores e interruptores

necesarios.

Es esencial el anlisis cuidadoso de los diferentes esquemas de conexin,

especialmente en el nivel de muy alta tensin, de lo cual se pueden conseguir ahorros

importantes mediante la eleccin del equipo mnimo que satisfaga los requisitos del

Sistema.

Al seleccionar la disposicin del embarrado y de las conexiones de una

subestacin, hay que considerar diversos factores para satisfacer todos los requisitos

del Sistema. Una subestacin debe funcionar con regularidad, debe ser econmica,

segura y lo ms sencilla posible. Debe estar concebida de modo que permita un alto

nivel de continuidad en el servicio. Adems, debe prever su futura ampliacin y

permitir un funcionamiento flexible, con costes iniciales y finales reducidos. Hay que


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1 Introduccin 10

disponer los medios necesarios para hacer los mantenimientos de las lneas,

interruptores y seccionadores sin interrupciones de servicio ni peligro para el personal.

Las condiciones que se imponen en el trazado de las lneas de transporte,

condicionan muchas veces, el emplazamiento de la subestaciones y la disposicin de

los embarrados. El lugar elegido debe permitir la disposicin adecuada de las lneas.

Para tener regularidad de servicio, las subestaciones tienen que evitar la

interrupcin total originada por fallo de interruptores o defectos en las barras y deben

estar dispuestas de forma que la reanudacin del servicio despus de un fallo sea

rpida. El diseo de lneas con las centrales generadoras conectadas enfrente facilita la

regularidad de servicio.

La disposicin general debe permitir futuras adiciones y ampliaciones sin

interrumpir el servicio.

1.3.1 Topologas ms comunes.1.3.1.1 Simple barra.

Todos los circuitos de la subestacin se encuentran conectados a una mismabarra. Dado que el nmero de dispositivos es bajo, y no ocupa mucho espacio, se trata

de una solucin econmica; adems de sencilla y fcil de proteger, presentando una

gran claridad a la hora de realizar fsicamente la instalacin.

Sin embargo, presenta un inconveniente bsico, y es que para cualquier tarea de

revisin o mantenimiento de la barra, se debe poner fuera de servicio toda la

instalacin. Si la revisin se realiza en el interruptor o en el conjunto interruptor-

transformador, slo debe ponerse fuera de servicio el aparato afectado, con lo que

quedara sin servicio ni alimentacin el circuito conectado a travs de dicho aparato.

La disposicin de simple barra no suele emplearse en las subestaciones

principales; si no que su uso est ms extendido en redes radiales (rurales) de escaso

impacto. 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


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1 Introduccin 12

Figura 4. Esquema de barra partida.

1.3.1.3 Simple barra con by-pass.

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 pueda dar servicio a la posicin

afectada a travs del seccionador de by-pass. Mientras el servicio est por by-pass, la

subestacin queda sin protecciones, y en el supuesto de una perturbacin, dispararan

los interruptores de cabecera de las lneas de alimentacin.

En caso de producirse una falta en la lnea con el seccionador de by-pass

cerrado, se producira la prdida total del suministro.

En Sevilla, concretamente en el trmino municipal de El Saucejo, la evacuacin

de la energa producida por la planta elica de Endesa se realiza mediante una

subestacin de simple barra con by-pass.

Figura 5. Esquema de simple barra con by-pass.


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1 Introduccin 13

1.3.1.4 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 un interruptor de enlace de

barras para unir la barra principal y la de transferencia.

Cuando se retira un interruptor de servicio por mantenimiento, 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, ms satisfactoria, consiste en conectar la lnea y los

rels de las barras a los transformadores de intensidad situados en las barras. Con esta

disposicin, los sistemas 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.

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 dejaranfuera 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.

Por otro lado, se trata de un sistema ms caro que la simple barra, pues consta

de ms dispositivos y por tanto, necesita ms espacio. A pesar de solucionar bastantes

de los problemas de la topologa de simple barra, no llega a los altos grados de

seguridad de servicio y flexibilidad requeridos actualmente por Red Elctrica de

Espaa.

Sin embargo, fuera de nuestras fronteras, varias subestaciones de generacin

utilizan este esquema como Chivor, Betania, San Felipe, todas de 230 kV y Torca,

Salitre, Veraguas, Concordia de 115 kV y las de generacin de la cadena del ro Bogot:

Salto, Laguneta, Colegio; todas ellas en Colombia.


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1 Introduccin 14

Figura 6. Esquema de simple barra con barra de transferencia.

1.3.1.5

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 loscircuitos pueden funcionar desde cualquier barra. 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.

Con este esquema se necesita un sistema de rels protectores muy sensiblespara evitar la parada completa de la subestacin en el caso de fallo de cualquiera de las

barras.

Este tipo de subestacin presenta el mismo nmero de dispositivos que el

simple barra y barra de transferencia.

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


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de enclavamientos. La seguridad de servicio del esquema doble barra es baja y por ello,

esta disposicin no se emplea normalmente en subestaciones importantes.

La subestacin de Daganzo y la denominada St. Fuencarral, ambas en la

provincia de Madrid, presentan esta configuracin.

Figura 7. Esquema de doble barra.

1.3.1.6 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 de los esquemas anteriores: reparto de cargas y

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.

La subestacin Benahadux en Almera y de Montearenas, en Ponferrada(Len), son de doble barra con by-pass.


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Figura 8. Esquema de doble barra con by-pass.

1.3.1.7 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 a

la barra de transferencia. El mdulo de acoplamiento sirve para unir elctricamente la

barra de transferencia con cualquiera de las otras dos.

El mayor inconveniente de esta topologa es que las maniobras soncomplicadas.

Para posibilitar la incorporacin a la red de transporte de la energa generada

por la central trmica de ciclo combinado de Castelnou (Teruel) se emple esta

topologa.


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Figura 9. Esquema de doble barra con barra de transferencia.

1.3.1.8 Doble barra con dos barras de transferencia.

En esta configuracin se duplican tanto las barras como los interruptores de

cada circuito. Entre todas las configuraciones vistas, sta es la que presenta la mayor

seguridad, tanto por falta en barras como en interruptores, tambin brinda una gran

libertad de operacin, para trabajos de revisin y para mantenimiento. Con el fin de

lograr la mayor seguridad, cada circuito se conecta a ambas barras, debiendo

permanecer ambas energizadas. En algunos casos los circuitos se pueden separar en

dos grupos, conectando cada uno a una barra; en tal condicin la falta en una de las

barras interrumpe el servicio de todo lo que est conectado a ella, perdindose la

seguridad que brinda la operacin normal y no quedando justificado el coste extra que

supone con respecto a una doble barra.

Representa la ms costosa de todas las configuraciones a expensas de suseguridad desde el punto de vista del suministro, por lo cul su adopcin en un caso

particular requiere una justificacin cuidadosa.

sta es la configuracin adoptada en la subestacin de 400kV de La Mudarra,

en Valladolid.


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Figura 10. Esquema de doble barra con dos barras de transferencia.

1.3.1.9 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 funcionarcon 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. La subestacin de Son Orlandis en Palma

de Mallorca fue modificada en el ao 2005 para pasar a una configuracin de doble

barra y doble interruptor.


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Figura 11. Esquema de doble barra y doble interruptor.

1.3.1.10 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, 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. En condiciones de trabajo normales,

todos los interruptores estn cerrados y las dos barras estn en 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

adicional de un circuito si el disparo de una lnea incluye el fallo de un interruptor de

barra.

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


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flexibilidad, regularidad y seguridad. Los sistemas de rels de proteccin son ms

complejos si se comparan con las otras disposiciones. Se podra considerar una

solucin intermedia entre doble barra y doble barra con doble interruptor.

Son muy numerosas las instalaciones espaolas que han sido diseadas en la

configuracin de interruptor y medio. Podemos citar las subestaciones de Virtus, en la

provincia de Burgos, Muruarte, en Navarra o Litoral, en Carboneras (Almera),

Figura 12. Esquema de interruptor y medio.

1.3.1.11 Triple barra.

Se emplea frecuentemente para instalaciones con muy altas tensiones. El

sistema comprende dos juegos de barras principales y un juego auxiliar. Cada juego de

barras tiene su proteccin diferencial independiente para evitar la desconexin total de

la subestacin. En caso de fallo, los juegos de barras principales permiten que la mitad

de las lneas se conecten a un juego y la otra mitad al otro. Las barras auxiliares sirven

para que el interruptor de acoplamiento pueda sustituir la operacin de cualquier

interruptor del circuito.

Esta solucin permite dar mantenimiento o reparacin a cualquier interruptor

sustituyndolo por el de acoplamiento sin alterar el suministro de energa.


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Figura 13. Esquema de triple barra.

1.3.1.12 Anillo.

En el esquema en anillo, los interruptores estn dispuestos con los circuitosconectados entre ellos. Cada calle sale de entre dos interruptores. Hay por tanto el

mismo nmero de circuitos que de 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, se dispara un interruptor adicional

por la accin de los rels de proteccin de fallo de interruptor, lo que supone la prdida

de uno de los circuitos contiguos; 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 los de carga. 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.


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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

las 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 cualquier de sus circuitos. Para evitar

estos inconvenientes se pueden aadir interruptores intermedios que permiten la

formacin de subanillos, adems de permitir su ampliacin en cualquier direccin. Sin

embargo, el aumento de interruptores encarece la subestacin.

Encontramos un ejemplo en la subestacin de Udalla, en Ampuero (Cantabria)

cuyo parque de 400 kV tiene la disposicin de anillo.

Figura 14. Esquema en anillo.

1.3.2 Factores a considerar.Las configuraciones elctricas posibles en una subestacin de alta tensin son

muy numerosas. El esquema de subestacin seleccionado determina la disposicin

fsica y elctrica de la aparamenta.


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Cabe considerar diferentes soluciones para el embarrado segn se d

preferencia a los factores de regularidad de servicio, economa, seguridad y sencillez

como consecuencia de la funcin e importancia de la subestacin.

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:

Tipo 1: subestaciones de transporte, que son en definitiva un punto de la reddonde confluyen varias lneas. Las topologas ms utilizadas son doble

barra, doble barra con barra de transferencia, doble barra y doble

interruptor e interruptor y medio.

Tipo 2: subestaciones de reparto, donde son frecuentes las topologas de

doble barra, doble barra con barra de transferencia, doble barra y doble

interruptor e interruptor y medio.

Tipo 3: subestaciones de distribucin, que interconectan el sistema de

transporte con sistemas de niveles de tensin inferiores. Generalmente, son

subestaciones de simple barra, simple barra con barra partida o 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. Suelen ser


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de doble barra, doble barra con barra de transferencia, interruptor y medio

y anillo.

1.3.2.1 Regularidad de 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 fiabilidad 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 fiabilidad 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.

A partir de los datos sobre la tasa de faltas, tiempo medio de reparacin y tasa

de mantenimiento se calculan los ndices de continuidad en el servicio para cada una

de las doce configuraciones planteadas.

Las subestaciones con un nmero de horas/ ao de prdida mayor son aquellas

en las que slo se dispone de una barra (simple barra, simple barra partida, simple

barra con by-pass) o simple barra con barra de transferencia. Esto es debido a que las

barras tienen una tasa de mantenimiento de 50 horas al ao. Estas configuracionesdeben ser desechadas para subestaciones de importancia. No se deben permitir unos

tiempos medios anuales de subestacin fuera de servicio tan elevados.

A la hora de la eleccin de una configuracin elctrica para una subestacin

dada, debemos de ser selectivos. Es decir, no debemos exigir lo mismo a una

subestacin a emplazar en un nudo de interconexin de la red nacional, en general

muy mallada, que a una subestacin de generacin.


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As, en la primera, la prdida de todas las lneas se traduce en la prdida de un

nudo que puede ser asumida por la red sin excesivas repercusiones mediante un nuevo

reparto de los fluj

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