Estandarización de las cimentaciones de una subestación 1 1. Introducción En este primer apartado se pretende explicar y describir brevemente el escenario donde se va a desarrollar el proyecto, así como la motivación que ha dado lugar a su ejecución y el objetivo final con el que se ha diseñado. 1.1. Subestaciones eléctricas y cimentaciones Una subestación es la parte de una red eléctrica encargada de dirigir y transformar el flujo de la energía. De ella salen y a ella confluyen líneas de igual o diferente tensión. Está compuesta por una serie de equipos eléctricos que sirven para la explotación y protección de la subestación. Las funciones de la subestación son: - Explotación: La subestación tiene como meta el dirigir el flujo de energía de una manera óptima, tanto desde el punto de vista de pérdidas energéticas, como de la fiabilidad y seguridad en el servicio. - Interconexión: Se encarga de la interconexión de las diferentes líneas que forman una red eléctrica, de igual o diferente tensión, así como también de la conexión de un generador a la red. - Seguridad: del sistema eléctrico, en caso de falta. Una subestación, queda formada básicamente por varios circuitos eléctricos o posiciones, conectadas a través de un sistema de barras
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Estandarización de las cimentaciones de una subestación
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1. Introducción
En este primer apartado se pretende explicar y describir brevemente el
escenario donde se va a desarrollar el proyecto, así como la motivación
que ha dado lugar a su ejecución y el objetivo final con el que se ha
diseñado.
1.1. Subestaciones eléctricas y cimentaciones
Una subestación es la parte de una red eléctrica encargada de dirigir y
transformar el flujo de la energía. De ella salen y a ella confluyen líneas de
igual o diferente tensión. Está compuesta por una serie de equipos
eléctricos que sirven para la explotación y protección de la subestación.
Las funciones de la subestación son:
- Explotación: La subestación tiene como meta el dirigir el flujo de
energía de una manera óptima, tanto desde el punto de vista de
pérdidas energéticas, como de la fiabilidad y seguridad en el
servicio.
- Interconexión: Se encarga de la interconexión de las diferentes
líneas que forman una red eléctrica, de igual o diferente tensión,
así como también de la conexión de un generador a la red.
- Seguridad: del sistema eléctrico, en caso de falta.
Una subestación, queda formada básicamente por varios circuitos
eléctricos o posiciones, conectadas a través de un sistema de barras
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conductoras. Cada circuito eléctrico está compuesto a su vez por
interruptores, transformadores y seccionadores.
El interruptor es el aparato de desconexión que puede asegurar la “puesta
en servicio” o “puesta fuera de servicio” de un circuito eléctrico y que,
simultáneamente, está capacitado para garantizar la protección de la
instalación en que han sido montados contra los efectos de las corrientes
de cortocircuito. Dichos aparatos deben ser capaces de cortar la
intensidad máxima de corriente de cortocircuito. Por tanto. Su elección
depende principalmente de la potencia de cortocircuito.
Los transformadores, de intensidad y tensión, dan la información
necesaria al circuito de medida, para poder detectar la falta y actuar sobre
ella. Los equipos de protección necesitan de estos datos para poder actuar
eficazmente.
Por último, los seccionadores son equipos capaces de aislar
eléctricamente los diferentes elementos, componentes o tramos de una
instalación o circuito, con el fin de realizar labores de mantenimiento con
la seguridad adecuada. También son utilizados como selectores de barras
o como “by-pass” para aislar a algún equipo fuera de servicio. Los
seccionadores sólo pueden ser utilizados fuera de carga.
Paralelamente a estos equipos, existen también las autoválvulas, equipos
de protección que se disponen previamente a otros aparatos con el fin de
protegerlos en caso de falta en la red.
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Los embarrados son el conjunto de cables o tubos conductores de la
energía eléctrica al que se conectan todos los circuitos, sirviendo de
pasillo de unión entre todos ellos. La configuración de estas barras puede
ser de diferentes maneras, dependiendo del nivel de tensión, la finalidad
de la subestación, la fiabilidad necesaria o incluso las costumbres en
ciertos países. Las configuraciones más típicas son: simple barra, doble
barra, triple barra, interruptor y medio y anillo.
Las subestaciones se pueden clasificar según la función que desempeñan
en la red eléctrica como:
- Subestaciones de generación, cuyo cometido es conectar e
incorporar a la red la energía producida por los diferentes centros
de generación de un país (térmicos, hidráulicos, eólicos, etc.)
Estas subestaciones suelen tener que elevar el nivel de tensión de
la energía, desde los valores de generación a los valores de
transporte.
- Subestaciones de transporte de la energía, desde su punto de
generación hasta las áreas de consumo. Actúan de interconexión
entre un número variable de líneas de la red.
- Subestaciones de distribución, que conectan las líneas de
transporte con las ramas de distribución de la energía, a menor
nivel de tensión, para su transporte local y distribución.
Atendiendo a las soluciones constructivas de la subestación, se pueden
dividir en:
- Subestaciones de intemperie, donde la aparamenta eléctrica y los
embarrados están situados a la intemperie, enclavados sobre el
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terreno a través de estructuras metálicas o de hormigón y sus
cimentaciones.
- Subestaciones de interior, donde el conjunto de la subestación se
ubica en edificaciones, utilizándose sistemas de construcción
convencionales o prefabricados. Estos sistemas obedecen a
criterios ambientales o de emplazamiento.
Dependiendo del tipo de aparamenta utilizada, se puede realizar otra
clasificación:
- Subestación convencional, que monta los componentes discretos
convencionales conectados entre sí mediante conexiones realizadas
in situ. Pueden realizarse en intemperie o interior.
- Subestaciones blindadas, que utilizan los componentes integrados
y montados en fábrica, protegidos mediante pantallas metálicas y
aisladas generalmente mediante gas (SF6). Pueden realizarse en
intemperie o interior.
Las cimentaciones son la parte estructural de la subestación encargada de
transmitir las cargas de la estructura al terreno. Dependen de las cargas
soportadas y del tipo de terreno donde se asientan.
Existen dos tipos básicos de cimentaciones: superficial y profunda.
Asimismo, hay algunas variaciones de cada tipo.
Las cimentaciones superficiales constan de zapatas (llamadas zarpas en
algunos países), aisladas, corridas y ligadas.
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Las cimentaciones profundas constan de cajones perforados y muchas
variedades de pilotes de concreto hincables o colados en su sitio.
Las zapatas pueden ser, a su vez:
• Cuadradas: ancho y largo de la cimentación tienen la misma
longitud. La profundidad es variable. Es la zapata más utilizada en
construcciones de subestaciones intemperie.
• Rectangulares: utilizadas en el caso de que no sea posible
implementar una zapata cuadrada o en diseños específicos que
demuestren su eficacia en un caso particular.
• Piramidales: son zapatas cuadradas o rectangulares cuya
parte superior se estrecha, en forma de pirámide. Por su geometría
evita que se acumulen balsas de agua en su superficie.
• Zapatas aisladas: es aquella sobre la que descansa o recae un solo
pilar, encargada de transmitir a través de su superficie de cimentación
las cargas al terreno.
• Zapatas corridas: pueden ser bajo muros, pilares, etc. Son
cimentaciones de gran longitud en comparación con su sección
transversal.
• Zapatas ligadas: varias zapatas unidas entre sí.
Por tanto, puesto que la finalidad del proyecto es la estandarización de las
cimentaciones de una subestación, solamente se van a considerar
aquellas que precisen de una estructura para soportar su aparamenta y de
sus respectivas cimentaciones.
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En lo referente a los tipos cimentaciones de las estructuras sobre las que
se apoyan la aparamenta de una subestación, suelen ser zapatas
cuadradas o rectangulares aisladas, de hormigón armado, cuyas
características dependerán de la norma de construcción que se aplique.
Para el transformador de potencia de la subestación, en el caso de una
subestación transformadora, la cimentación usada es la bancada, debido a
las dimensiones y peso de dicho aparato.
Las cargas que deberán soportar estas cimentaciones, serán solamente
aquellas que aparezcan en una subestación, debidas generalmente a las
condiciones climatológicas del lugar y características eléctricas de la
subestación.
1.2. Motivación del proyecto.
En este apartado se va a explicar el proceso de elaboración de una oferta
de una subestación llave en mano, proyecto dirigido íntegramente por la
empresa y que se entrega al cliente preparada para su puesta en servicio.
El esquema de funcionamiento se puede sintetizar en los siguientes
puntos:
- El cliente envía unas especificaciones técnicas o pliegos en los que
definen el alcance del proyecto y las condiciones necesarias para
que se le adjudique el proyecto de la subestación.
- Socoin realiza una petición de oferta de los distintos equipos que
forman la subestación a los suministradores que tiene.
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- Los distintos fabricantes envían a Socoin la correspondiente oferta
con los equipos que habían sido pedidos.
- Socoin elabora una oferta técnica y económica final basándose en
los precios obtenidos por los fabricantes y en la estimación de
otros gastos: estructuras, cimentaciones, gastos financieros, etc.
En el competitivo mundo de las empresas dedicadas al diseño de
subestaciones, la estandarización de los diseños es una herramienta muy
importante para reducir el tiempo y por tanto el coste del diseño.
Esta necesidad se hace más importante cuando se trata de valorar una
subestación. El cliente espera obtener rápidamente el precio de la
subestación, proporcionando un conjunto muy pequeño de datos.
Las empresas suelen estimar las necesidades del cliente y adecuarlas a
los diseños que realizan normalmente, aplicando en ellas equipos de
empresas con los que tienen acuerdos.
Estos estudios consumen mucho tiempo y recursos, por lo que se hace
necesario un procedimiento rápido para poder valorar las subestaciones.
La estandarización de las cimentaciones necesarias en la construcción de
una subestación intemperie, intenta aliviar los problemas con los que se
encuentra una empresa a la hora de estimar el coste económico de las
mismas en la realización de una oferta.
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1.3. Metodología y objetivo del proyecto.
Como ya se ha comentado, el objetivo del proyecto es la estandarización de
las cimentaciones existentes en una subestación. Para llevar a cabo este
objetivo el proyecto se ha dividido en varias partes:
- La primera parte estará destinada al análisis de las subestaciones
eléctricas, con el fin de establecer que subestaciones interesan
para el estudio en este proyecto y cual será su configuración, en la
medida en que ésta afecte al diseño de las cimentaciones.
- En la segunda parte se darán a conocer las cargas que pueden
aparecer en las estructuras de una subestación y con que
intensidad afectan a las estructuras. Dentro de este apartado se
pretende crear unos escenarios tipo, que representen una amplia
gama de casos reales.
- El tercer apartado se dedicará al estudio de los tipos de
cimentaciones que existen y a la elección de los más convenientes
para nuestro proyecto.
- En este punto se realizarán los diseños estándar de detalle para
cada cimentación necesaria.
- Por último se realizará un breve estudio económico del proyecto.
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2. Análisis de Subestaciones eléctricas. Elección de la
subestación tipo
Las subestaciones a las que vamos a referir son aquellas que, por tener la
necesidad de utilizar diferentes cimentaciones, interesan para el
desarrollo del proyecto. Este tipo de subestación será la subestación
convencional intemperie, desechando las construcciones en interior y las
subestaciones fabricadas a base de celdas blindadas, que no precisan de
cimentación.
2.1. Características generales de una subestación
2.1.1. Tensión nominal
La tensión nominal de cada uno de los sistemas debe ser un dato aportado
por el cliente.
Las tensiones nominales en diferentes países y la tensión máxima para el
material, según CEI, se muestran en la Tabla 1.
Tensión nominal del sistema kVTensión nominal del sistema kVTensión nominal del sistema kVTensión nominal del sistema kV
para el material kVpara el material kVpara el material kVpara el material kV
45 - 52
66 69 72.5
110 115 123
132 138 145
150 161 170
220 230 245
Tabla 1.Tensión máxima para el material según la CEI
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Como los elementos se diseñan para la tensión máxima del material, es
indistinto para el diseño que la tensión nominal adopte niveles europeos o
americanos.
En este proyecto sólo se van a estudiar los casos en los que el nivel de
tensión nominal sea de 230, 132 y 66 kV ó, lo que es lo mismo, cuyos
niveles de tensión máxima para el material sean de 245, 145 y 72.5 kV.
2.1.2. Intensidad nominal
La intensidad nominal fija los esfuerzos térmicos que debe soportar una
instalación eléctrica, en las condiciones de operación más desfavorables.
Sirve para determinar la sección de los embarrados y las características
de conducción de corriente de los interruptores, seccionadores,
transformadores de medida, etc.
La intensidad nominal con la que se determinará la subestación deberíaser un dato suministrado por el cliente. En caso de no disponer de ningúndato al respecto se tomarán los datos de laTabla 2, que representan un caso desfavorable, con intensidades
Intensidad nominal porIntensidad nominal porIntensidad nominal porIntensidad nominal por
circuitocircuitocircuitocircuito4000 A 2000 A 1250 A
Tabla Tabla Tabla Tabla 2222.... Intensidad nominal por circuitoIntensidad nominal por circuitoIntensidad nominal por circuitoIntensidad nominal por circuito....
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2.1.3. Intensidad de cortocircuito
La intensidad de cortocircuito determina los esfuerzos electrodinámicos
máximos que pueden sufrir los embarrados y los tramos de conexión,
siendo también un parámetro importante para el diseño de la red de
tierra.
En caso de tener datos los cálculos de las intensidades de cortocircuito sedeberían determinar. En este caso se tomarán las intensidades de laTabla 3 como intensidades de cortocircuito, proporcionadas por el manual
de UNION FENOSA: Normalización del Diseño de Subestaciones
Convencionales, siendo un máximo razonable para los niveles de tensión
Intensidad deIntensidad deIntensidad deIntensidad de
cortocircuitocortocircuitocortocircuitocortocircuito32 kA 25.5 kA 25.5 kA
Tabla Tabla Tabla Tabla 3333.... Intensidades de cortocircuitoIntensidades de cortocircuitoIntensidades de cortocircuitoIntensidades de cortocircuito....
2.1.4. Nivel y distancias de aislamiento
El nivel de aislamiento de una subestación se fija en función de la tensión
nominal de operación, de las normas correspondientes y de los niveles de
sobretensiones existentes en el sistema. Se conoce como Nivel Básico de
Aislamiento o B.I.L.
A continuación, en la Tabla 4 se enumeran los niveles de aislamiento
estandarizados para las distintas tensiones de estudio del proyecto.
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Tensión mas elevada paraTensión mas elevada paraTensión mas elevada paraTensión mas elevada para
el materialel materialel materialel material
kVkVkVkV
B.I.L.B.I.L.B.I.L.B.I.L.
kVkVkVkV
245245245245 1050
145145145145 650
72.572.572.572.5 325
Tabla Tabla Tabla Tabla 4444. Tensión más elevada para el material. Tensión más elevada para el material. Tensión más elevada para el material. Tensión más elevada para el material....
Las distancias de aislamiento para un parque dependen de los niveles de
tensión:
- 220 kV: A partir de los 1050 kV cresta, para el valor de la tensión
soportada frente a impulsos tipo rayo en 245 kV, y aplicando
R.C.E., para altitudes máximas de 1000m, las distancias mínimas
en el aire son:
• Distancia mínima fase tierra: 2100mm
• Distancia mínima fase-fase: 2100mm
Por cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a esta
cantidad 26.5 mm.
- 132 kV: A partir de los 650 kV cresta, para el valor de la tensión
soportada frente a impulsos tipo rayo en 145 kV, y aplicando
R.C.E., para altitudes máximas de 1000m, las distancias mínimas
en el aire son:
• Distancia mínima fase tierra: 1300mm
• Distancia mínima fase-fase: 1300mm
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Por cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a esta
cantidad 16.5 mm.
- 66 kV: A partir de los 325 kV cresta, para el valor de la tensión
soportada frente a impulsos tipo rayo en 72.5 kV, y aplicando
R.C.E., para altitudes máximas de 1000m, las distancias mínimas
en el aire son:
• Distancia mínima fase tierra: 630mm
• Distancia mínima fase-fase: 630mm
Por cada 100m que superen los 1000m, hasta 3000m, se añadirá a esta
cantidad 8 mm.
Las distancias fase-fase y fase-tierra de la
Tabla 5, que se han tomado como estándar, superan las distancias
Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de
230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 9999. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas
de 325x170x30 cm. Aunque la zapata varía su geometría, el volumen es
equiparable a la del escenario anterior.
El volumen de hormigón de las zapatas es de:
V = 3.315m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 165.75kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
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J)J)J)J) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).
Figura Figura Figura Figura 10101010. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 185x185x35
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.2m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 60kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
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K)K)K)K) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-
Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 11111111. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 205x205x40
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.68m3
El peso del acero es el siguiente:
P = 84kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
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L)L)L)L) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 230 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 12121212. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 210x210x40
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.765m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 88.25kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
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M)M)M)M) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 230 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 1 (España).
Figura Figura Figura Figura 13131313. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 200x200x35
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.4m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 70kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
58
N)N)N)N) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 230 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 14141414. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 220x220x40
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.935m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 96.75kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
59
O)O)O)O) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 230 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 15151515. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 220x220x40
cm, válida para estos dos últimos escenarios.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.935m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 96.75kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
60
P)P)P)P) INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 y 3.
Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 230 kV.
En este caso se diseña sólo una cimentación puesto que este elemento
suele suministrarse siempre por el fabricante con una misma estructura.
La cimentación ha sido diseñada para superar las solicitaciones más
desfavorables.
Figura Figura Figura Figura 16161616. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 205x205x40
cm,
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.681m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 84kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de
132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 22222222. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas de
355x180x35 cm.
El volumen de hormigón de las zapatas es de:
V = 4.47m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 223.5kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
67
G)G)G)G) SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.SECCIONADOR PANTÓGRAFO. Escenarios 1, 2 y 3.
Cimentación diseñada para el Seccionador Pantógrafo de una subestación de 132
kV. En este supuesto se ha considerado diseñar una sola cimentación para los tres
escenarios, que cumpla los requisitos del escenario más crítico, el número 3.
Figura Figura Figura Figura 23232323. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 215x215x35
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.618m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 81kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
68
H)H)H)H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).
Figura Figura Figura Figura 24242424. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 125x125x30
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.47m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 23.5kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
69
I)I)I)I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-
Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 25252525. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 145x145x30
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.63m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 31.5kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
70
J)J)J)J) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 132 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 26262626. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 145x145x30
cm, en este caso también coincide con la del escenario 2.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.63m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 31.5kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
71
K)K)K)K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 132 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 1 (España).
Figura Figura Figura Figura 27272727. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 160x160x30
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.77m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 38.5kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
72
L)L)L)L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 132 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 28282828. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 160x160x30
cm. Estos dos primeros escenarios comparten cimentación.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.77m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 38.5kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
73
M)M)M)M) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 132 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 3. (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 29292929. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 170x170x35
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 50kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
74
N)N)N)N) INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3. INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3. INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3. INTERRUPTOR. Escenarios 1,2 Y 3.
Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 132 kV.
En este caso se diseña sólo una cimentación puesto que este elemento
suele suministrarse siempre por el fabricante con una misma estructura.
La cimentación ha sido diseñada para superar las solicitaciones más
desfavorables.
Figura Figura Figura Figura 30303030. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 205x205x40
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.68m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 84kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
Cimentación diseñada para el Seccionador Giratorio de una subestación de
66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 36363636. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante consta de dos zapatas rectangulares aisladas
de 250x120x40 cm.
El volumen de hormigón de las zapatas es de:
V = 2.4m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 120kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
81
G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.G) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 1.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 1 (España).
Figura Figura Figura Figura 37373737. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 175x175x30
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.92m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 46kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
82
H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.H) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 2.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 2 (España-
Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 38383838. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 175x175x30
cm. En este caso la cimentación también es válida para los dos primeros
escenarios.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.92m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 46kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
83
I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.I) TRANSFORMADOR DE INTENSIDAD. Escenario 3.
Cimentación diseñada para el Transformador de Intensidad de una
subestación de 66 kV. En el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 39393939. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 180x180x35
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.135m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 56.75kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
84
J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.J) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 1.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 66 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 1 (España).
Figura Figura Figura Figura 40404040. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 150x150x30
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.675m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 33.75kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
85
K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.K) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 2.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 66 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 2 (España-Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 41414141. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 150x150x30
cm.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.675m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 33.75kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
86
L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.L) TRANSFORMADOR DE TENSIÓN. Escenario 3.
Cimentación diseñada para el Transformador de Tensión, capacitivo e
inductivo llevarán la misma cimentación, de una subestación de 66 kV. En
el supuesto de un escenario tipo 3 (Sudamérica).
Figura Figura Figura Figura 42424242. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 150x150x30
cm. Para este aparato la cimentación no varía en los tres escenarios.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 0.675m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 33.75kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
87
M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.M) INTERRUPTOR. Escenarios 1, 2 y 3.
Cimentación diseñada para el Interruptor de una subestación de 66 kV. Esta
cimentación ha sido diseñada para todos los escenarios, como en el resto de
interruptores.
Figura Figura Figura Figura 43434343. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata. Descripción de la zapata
La cimentación resultante es una zapata cuadrada aislada de 190x190x40
cm. Para este aparato la cimentación no varía en los tres escenarios.
El volumen de hormigón de la zapata es de:
V = 1.44 m3
El peso de acero es el siguiente:
P = 72kg
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
88
Como se ha podido observar, las cimentaciones diseñadas para cada
elemento, en los diferentes escenarios, son de diferentes tamaños. En
algunos de los casos una zapata puede ser válida para varios o incluso
todos los escenarios, pero no ha sido lo habitual.
Esto demuestra que los escenarios fueron bien elegidos, con suficientes
diferencias entre unos y otros como para que sea justificable un nuevo
diseño.
Sin la elección de los escenarios, la solución habría podido ser la
utilización de la zapata más grande de los tres escenarios para todos los
proyectos. Esto habría desembocado en un diseño menos optimizado,
aunque también habría sido válido.
Para la utilización de estas zapatas fuera de las condiciones que
anteriormente se han descrito en los escenarios, se deberán realizar
previamente las comprobaciones necesarias.
4.4. Estandarización de Bancada para transformador
Cuando se trata de un elemento como el transformador de potencia de una
subestación, el concepto de cimentación cambia sensiblemente. Lo normal
no es utilizar una zapata, sino que se utilizan losas o bancadas de
hormigón.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
89
El transformador de potencia de una subestación es un elemento
extremadamente pesado y voluminoso en comparación con el resto de la
aparamenta utilizada en estos centros.
El tamaño del transformador de potencia de una subestación depende
fundamentalmente de la potencia de éste. Por tanto las subestaciones tipo
divididas por niveles de tensión no van a ser válidas para este elemento.
Las cargas que este elemento sufre tampoco son las mismas que el resto
de la aparamenta. En este caso el aparato está descansando sobre la
bancada, por tanto no precisa de una estructura que lo sujete. Los
esfuerzos laterales son pequeños en comparación con el peso de éste.
En cambio, este elemento tiene otras peculiaridades. Es un aparato
refrigerado por aceite, que se eleva a grandes temperaturas. Esto le hace
un elemento peligroso en cuanto a accidentes se refiere. El transformador
puede explotar y provocar un incendio en la subestación con su propio
aceite.
Por tanto, en este diseño no importan tanto las solicitaciones físicas de la
estructura como los elementos de seguridad en el caso de accidente.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
90
4.4.1. Diseño de bancada para transformador de potencia
Una bancada para transformador de potencia de una subestación, está
formada básicamente por una losa de hormigón que sirve de base para
apoyar el transformador. Encima de esta losa, se levanta generalmente un
muro llamado muro cortafuegos. Este muro es una protección de
aislamiento con respecto a otros aparatos, en caso de explosión y por
tanto del esparcimiento del aceite por las proximidades.
Para evitar que el aceite provoque un incendio en el centro eléctrico, la
bancada está dotada en su superficie de una estructura metálica llamada
tramex. El tramex es una rejilla de metal sobre la que se deposita grava
gruesa, haciendo las veces de “colador” de aceite en caso de accidente
(véase el esquema de la Bancada en el aparatado de Planos). En el caso de
explosión del transformador, gran cantidad de aceite ardiendo es
esparcido por las proximidades del transformador, este aceite escurre a
través de la grava y el tramex, apagándose y recogiéndose por unas
canalizaciones hasta el depósito de aceite.
El depósito de aceite de una bancada es el encargado de almacenar el
aceite de un transformador en caso de accidente. El depósito suele estar
enterrado cerca de la bancada y consta de unas losas de hormigón armado
que forman un cubo de las dimensiones necesarias para almacenar el
volumen de aceite. Las canalizaciones que transportan el aceite ardiendo
suelen ser construidas en hormigón.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
91
Para la estandarización de este tipo de cimentación, nos hemos
encontrado con varios problemas. El transformador de potencia es un
elemento que se ha de solicitar al fabricante bajo pedido, por tanto
medidas y pesos son datos extremadamente variables. El diseño de la
bancada depende mayoritariamente de las características técnicas del
transformador, no dependiendo apenas del escenario donde se instala o
del nivel de tensión de la subestación.
Por tanto, se ha pensado que la mejor solución es hacer un diseño abierto
y adaptable a cualquier tipo de transformador que se necesite. Este tipo de
diseño dificulta la estimación en una pequeña medida, pero aumenta el
campo de aplicación. En resumen, en este apartado nos limitamos a dar
unas pautas de diseño para la posterior estimación de los costes, es un
diseño que debe de ser adaptado a cada caso antes de cualquier
estimación.
4.4.2. Pautas para la estimación de una bancada
Para el diseño de la bancada de transformador se ha utilizado una
bancada tipo, que será adaptada en dimensiones a cada uno de los casos
que sean necesarios en el futuro. Para la explicación de este método, se va
a utilizar un croquis simplificado de la bancada (véase Figura 44) que
servirá para describir las variables que existen en el diseño y cómo se
utilizan. La bancada tipo viene detallada y acotada en el plano de Bancada
de Transformador en la sección Planos.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
92
Figura Figura Figura Figura 44444444. Croquis de la Bancada.. Croquis de la Bancada.. Croquis de la Bancada.. Croquis de la Bancada.
Para comenzar con la estimación, lo primero que se debe de saber son las
dimensiones y las características técnicas del transformador. Es necesario
tener un plano detallado del transformador de potencia para empezar a
diseñar la bancada.
Como se puede ver en el croquis, la base de la bancada ha sido dividida en
dos zonas: Zona A y Zona B. La Zona A corresponde al área de la base del
transformador. Es en esta zona donde la bancada estará asentada. Se
instalarán unos raíles adecuados para el transporte del transformador, en
el caso de tratarse de un transformador con ruedas. En esta zona también
se instalará el tramex o rejilla metálica encima de la cual irá una capa de
grava gruesa. Entre el tramex y la base de hormigón de la bancada
quedará un espacio suficiente para el escurrido del aceite. Ambas zonas
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
93
tienen una ligera pendiente (en torno al 2%) hacia su propia frontera con el
fin de canalizar el aceite hasta su salida por el tubo de hormigón (véase el
plano detallado de la bancada en la sección Planos).
La Zona B es una distancia de separación entre el muro y el
transformador. Esta distancia es una distancia de seguridad para evitar el
esparcimiento de aceite. Su superficie está formada por una solera de
hormigón con cierta pendiente hacia la Zona A con el fin de recoger el
aceite.
El muro cortafuegos se levanta sobre la Zona B a cierta distancia del
transformador. Este muro es un muro protector en el caso de incendio.
Suele tratarse de una pared de hormigón armado, no demasiado grueso.
La canalización del aceite se trazará por la frontera entre las dos zonas,
hacia uno de los dos laterales
Para el cálculo de las variables que determinan el tamaño final de la
bancada, se utilizarán las medidas de la planta del transformador, su
altura y el volumen de aceite que alberga en su interior.
Las dos primeras variables que vamos a calcular son las que determinan
el área base de la Zona A. Estas medidas se deben ser iguales a las
medidas de la planta del transformador:
- Largo de la bancada (‘A’) = Largo de la planta del transformador
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
94
- Ancho de la bancada (‘B’)= Ancho de la planta del transformador
Esta zona abarca estrictamente la planta del transformador. No es
necesario el diseño de márgenes a los laterales de la bancada.
Si el transformador que se va a utilizar incorpora ruedas para su
transporte, deberán diseñarse unos raíles a las distancias correctas según
el plano del transformador. Este dato no tiene mucho peso en cuanto a la
estimación que nos ocupa.
Para el cálculo de la variable ‘C’ que determina el área de la Zona B, se
considerará como válido estimar la longitud de esta zona como el 30% de
la longitud de la Zona A.
- Longitud de la Zona B (‘C’) = 0.3 Longitud de la Zona A (‘A’)
El muro de la bancada tendrá una altura mínima por encima del aparato
de entre el 10% y el 12% de la altura máxima del transformador. Con esto
queda configurada la bancada sobre la que se asentará el transformador
de potencia.
Para terminar, el depósito de aceite tendrá una profundidad de entre 80 y
100 centímetros. Este depósito será de base cuadrada, de lado (’L’),
suficiente para cubrir el volumen de aceite que incorpora el transformador
de potencia de la subestación (véase plano de Depósito de Aceite en la
sección Planos)
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
95
- Volumen de aceite = 0.8 L2
Con este método y con los planos en los que se detalla el diseño completo,
se pretende que la estimación del volumen de material necesario para la
construcción de una bancada, sea una tarea rápida y económica, que
pueda ser desarrollada por el usuario de este documento sin demasiadas
dificultades.
Para facilitar la labor, en el plano detallado de bancada y depósito de
aceite del transformador se ha desarrollado un ejemplo con un
transformador real de la marca ABB, en el que se detallan los valores que
tomarían las variables de diseño. Se aporta el plano detallado del
transformador.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
96
5. Conclusiones
Este proyecto ha nacido por la necesidad de agilizar y economizar la
estimación de las cimentaciones para la realización de ofertas de
Subestaciones Llave en Mano. Este proceso es un proceso costoso que se
realiza habitualmente en las empresas que ofertan este tipo de proyectos.
Para la realización del proyecto se planificó dividirlo en cinco partes, cada
una de ellas dedicada a estandarizar los procesos de diseño de
subestaciones de 230, 132 y 66 kV que afectan al diseño de sus
cimentaciones.
La primera parte se ha dedicado ha estudiar las características de una
subestación de estos niveles de tensión. En este apartado se ha decidido
crear tres subestaciones tipo que representen las características más
habituales de estos centros. En ellas se han definido aparamenta,
embarrados, configuración eléctrica y disposición física más comunes en
los proyectos realizados por Socoin.
En una segunda parte se ha hecho un estudio sobre las cargas que suelen
aparecer en las estructuras soporte de una subestación. De las posibles
cargas que aparecen en estas construcciones (viento, hielo, cortocircuito,
peso y sismo) se decidió centrar la atención en las cargas habituales en
los proyectos realizados con anterioridad. Un gran número de proyectos
han sido realizados en España y Latinoamérica, en particular en el estado
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
97
de México. Por tanto, se ha resuelto crear tres escenarios que se espera
definan suficientemente al mayor número de proyectos.
La tercera parte está dedicada a decidir la cimentación que se utilizará en
los diseños. Las cimentaciones serán zapatas aisladas, cuadradas o
rectangulares, como es habitual. La cimentación para el transformador
será una bancada tipo adaptable a diferentes transformadores.
Una vez configuradas las características que definen las subestaciones
que abarcará este proyecto, se realizó el cálculo de las cimentaciones
válidas para los diferentes escenarios. Estos resultados justifican la
creación de los escenarios en la mayoría de los casos. De los casos en los
que la cimentación no varía para cada escenario, se concluye que se ha
llegado a un grado mayor de estandarización, no siempre posible sin
sobredimensionar el resultado.
En el caso de la Bancada, si se apostase por un método similar al del resto
de cimentaciones, el nivel de estandarización quedaría sensiblemente
reducido. Por ello se ha decidido crear un modelo abierto de Bancada, que
pueda ser adaptado a un gran número de transformadores. Se creó un
método sencillo para el diseño rápido de una Bancada a partir de los datos
del transformador. Además, se ha realizado un ejemplo con un
transformador real de la marca ABB.
Por último se ha realizado un breve estudio económico que justifique la
rentabilidad de este proyecto.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
98
BibliografíaBibliografíaBibliografíaBibliografía
- R.A.T. Reglamento de Líneas Eléctricas de Alta Tensión.
- R.C.E. Reglamento de Centrales Eléctricas, Subestaciones y Centros de
Transformación.
- Cálculo de Estructuras de Cimentación, J Calavera. Ed. INTEMAC 1991.
- Curso de Introducción al Diseño de Subestaciones, ed CIDESPA.
- Normalización del diseño de Subestaciones Convencionales. UNIÓN
FENOSA.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
99
1. Cálculos
En este apartado se van a detallar los cálculos que han sido necesarios
para el diseño final de la cimentación. Aquí se incluirán los cálculos de las
cargas que sufren las cimentaciones y los desarrollos necesarios para la
elección de los embarrados de las subestaciones.
También se van a exponer los detalles de las comprobaciones realizadas
por el ordenador de dichos diseños, a través del programa CYPE
Ingenieros.
1.1. Cálculo de los embarrados
El cálculo de los embarrados ha sido basado en el documento de UNIÓN
FENOSA “Normalización del diseño de Subestaciones Convencionales”.
Los conductores que forman los embarrados de las tres subestaciones
que se han diseñado, estarán formados por tubos de aluminio, material
más ligero y barato que el cobre.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
100
Figura Figura Figura Figura 45454545. Gráfica para el cálculo del diámetro de los conductores.. Gráfica para el cálculo del diámetro de los conductores.. Gráfica para el cálculo del diámetro de los conductores.. Gráfica para el cálculo del diámetro de los conductores.
Dependiendo de la intensidad nominal de la subestación y calculadas
según el gráfico de la Figura 45, las dimensiones de los embarrados de las
diferentes subestaciones se detallan en la Tabla 10.
El diámetro interior ha sido estandarizado según los valores comerciales
del fabricante INCASA
Nivel de TensiónNivel de TensiónNivel de TensiónNivel de Tensión 230 kV230 kV230 kV230 kV 132 kV132 kV132 kV132 kV 66 kV66 kV66 kV66 kV
Tabla Tabla Tabla Tabla 10101010. Relación de conductores. Relación de conductores. Relación de conductores. Relación de conductores
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
101
1.2. Cálculo de las cargas.
En este apartado se van a calcular las fuerzas que afectan a la estructura
soporte de la aparamenta de una subestación. Como ya se ha explicado,
estas fuerzas dependen del tipo de subestación y del escenario.
1.2.3. Subestación de 230 kV.
La carga debida a cortocircuito en la subestación tipo de 230 kV es para
todos los aparatos la misma, calculada en la ecuación E-1. Para calcular la
fuerza en cada aparato hay que utilizar la ecuación E- 6. La distancia entre
aparatos figura en el plano del Perfil de la Subestación de 230 kV adjunto
en la sección Planos.
E-E-E-E-5555
mNe
IccQcc /410400
3232.168.932.168.922
=⋅⋅=⋅⋅=
Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)
e: Separación entre fases (cm)”
E- E- E- E- 6666 dQccFcc ⋅=
d: distancia entre aparatos
Para el cálculo de la fuerza debida a la presión del viento sobre el aparato,sólo hay que multiplicar la presión por el área máxima proyectada delaparato. En la
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
102
Tabla 11 viene detallada la fuerza del viento y el peso para cada aparato.
La fuerza del viento sobre la estructura y el peso de ésta son estimados
Tabla Tabla Tabla Tabla 11111111. Esfuerzos en Subestación de 230 kV. Esfuerzos en Subestación de 230 kV. Esfuerzos en Subestación de 230 kV. Esfuerzos en Subestación de 230 kV
Para el cálculo de la fuerza del viento sobre los embarrados, hay que
multiplicar la presión del viento sobre conductores (60kg/m2 para 120
km/h, según RAT para conductores de más de 16mm de diámetro) por el
área de exposición, como se detalla en la ecuación E-3.
E- E- E- E- 7777 eeDiFv ⋅=⋅⋅= 960 kg
Di: diámetro del cable (metros)
e: distancia entre aparatos (metros)
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
103
Para una velocidad de 160km/h la presión del viento es la que se describe
en la ecuación E-4:
E- E- E- E- 8888 2
2
2
/5.106120
16060 mKgPv =⋅=
1.2.4. Subestación de 132 kV.
La carga debida a cortocircuito en la subestación tipo de 132 kV es para
todos los aparatos la misma, calculada en la ecuación E- 9. Para calcular
la fuerza en cada aparato hay que utilizar la ecuación E- 10. La distancia
entre aparatos figura en el plano del Perfil de la Subestación de 132 kV
adjunto en la sección Planos.
E- E- E- E- 9999
mNe
IccQcc /347300
5.2532.168.932.168.922
=⋅=⋅⋅=
Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)
e: Separación entre fases (cm)”
E- E- E- E- 10101010 dQccFcc ⋅=
d: distancia entre aparatos
Para el cálculo de la fuerza debida a la presión del viento sobre el aparato,
sólo hay que multiplicar la presión por el área máxima proyectada del
aparato. En la Tabla 3 viene detallada la fuerza del viento y el peso para
cada aparato. La fuerza del viento sobre la estructura y el peso de ésta son
estimadas por el programa CYPE Ingenieros.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
104
Tabla 3. Esfuerzos en Subestación de 132 kVTabla 3. Esfuerzos en Subestación de 132 kVTabla 3. Esfuerzos en Subestación de 132 kVTabla 3. Esfuerzos en Subestación de 132 kV
Para el cálculo de la fuerza del viento sobre los embarrados, hay que
multiplicar la presión del viento sobre conductores (60kg/m2 para 120
km/h, según RAT para conductores de más de 16mm de diámetro) por el
área de exposición, como se detalla en la ecuación E-7.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
105
Para una velocidad de 160km/h la presión del viento es la que se
describe en la ecuación E-8:
E- E- E- E- 12121212 2
2
2
/5.106120
16060 mKgPv =⋅=
1.2.5. Subestación de 66 kV.
La carga debida a cortocircuito en la subestación tipo de 66 kV es para
todos los aparatos la misma, calculada en la ecuación E-9. Para calcular la
fuerza en cada aparato hay que utilizar la ecuación E-10. La distancia entre
aparatos figura en el plano del Perfil de la Subestación de 66 kV adjunto en
la sección Planos.
E-9E-9E-9E-9
mNe
IccQcc /3.693150
5.2532.168.932.168.922
=⋅⋅=⋅⋅=
Icc: Intensidad de cortocircuito (kA)
e: Separación entre fases (cm)”
E- 10E- 10E- 10E- 10 dQccFcc ⋅=
d: distancia entre aparatos
Para el cálculo de la fuerza debida a la presión del viento sobre el aparato,
sólo hay que multiplicar la presión por el área máxima proyectada del
aparato. En la Tabla 4 viene detallada la fuerza del viento y el peso para
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
106
cada aparato. La fuerza del viento sobre la estructura y el peso de ésta son
estimadas por el programa CYPE Ingenieros.
Tabla 4. Esfuerzos en Subestación de 66 kVTabla 4. Esfuerzos en Subestación de 66 kVTabla 4. Esfuerzos en Subestación de 66 kVTabla 4. Esfuerzos en Subestación de 66 kV
Para el cálculo de la fuerza del viento sobre los embarrados, hay que
multiplicar la presión del viento sobre conductores (60kg/m2 para 120
km/h, según RAT para conductores de más de 16mm de diámetro) por el
área de exposición, como se detalla en la ecuación E-11.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
107
Para una velocidad de 160km/h la presión del viento es la que se describe
en la ecuación E-12:
E-12E-12E-12E-12 2
2
2
/5.106120
16060 mKgPv =⋅=
La carga debida a las aceleraciones sísmicasaceleraciones sísmicasaceleraciones sísmicasaceleraciones sísmicas del terreno, han sidosimuladas a través del programa CYPE. La simulación ha sido la mismapara las tres subestaciones y ha seguido la norma CFE93, con losparámetros de configuración de la
Figura 46.
Figura Figura Figura Figura 46464646. Características del sismo.. Características del sismo.. Características del sismo.. Características del sismo.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
108
1.3. Verificación de los resultados
En este apartado se van a exponer las comprobaciones hechas mediante
ordenador a las cimentaciones diseñadas. El nombre de la cimentación
correspondiente se incluirá al pie de las tablas.
Se incluye también una comprobación del método utilizado por el
ordenador, mediante el diseño de la zapata sin herramientas informáticas.
De entre todos los métodos que existen para calcular las cimentaciones de
los apoyos de una subestación, vamos a utilizar el de Sulzberger, uno de
los más habituales en este tipo de diseños.
a)a)a)a) Método de Sulzberger.Método de Sulzberger.Método de Sulzberger.Método de Sulzberger.
Para calcular las dimensiones necesarias en la cimentación de un
apoyo, lo primero que debemos conocer es el momento de vuelco del
apoyo, el cual viene determinado por la fórmula E-13.
E-13E-13E-13E-13 )3
2( hHFMv +⋅=
Mv es el momento de vuelco de todas las fuerzas exteriores
expresada en metros por tonelada
F es la fuerza flectora resultante que actúa sobre el apoyo en
toneladas. Generalmente se suele tomar el esfuerzo en punta del
apoyo elegido.
H es la altura sobre el terreno, hasta el punto de aplicación de F, en
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
109
metros (3.2m en nuestro caso)
h es la altura de la cimentación en metros.
La cimentación diseñada mediante ordenador, tiene una
sobrecarga en el extremo superior del apoyo de 5 kN (0.51 Toneladas).
Las dimensiones de la cimentación propuesta por el programa CYPE
es una cimentación de 200x200x40 cm.
El momento de vuelco debemos contrarrestarlo por una parte con el
momento estabilizador del terreno MMMM1111 y por otra con el momento
estabilizador del bloque de hormigón y el peso propio del apoyo MMMM2.2.2.2.
E-14E-14E-14E-14 4
1 139.0 haKM ⋅⋅⋅=
E-15E-15E-15E-15 )(4.02 apoyocim PPaM +⋅⋅=
M2 el momento de las cargas verticales en metros por tonelada
a es el lado de la cimentación en metros.
K = 10 para terrenos normales
Papoyo= 135 kg Pcim= 3500 kg
Resolviendo, en el ejemplo que estamos diseñando:
768.1)4.03
22.3(51.0 =+⋅=Mv m.Tn
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
110
0711.04.0210139.04
1 =⋅⋅⋅=M m.Tn
9.2)135.05.3(4.02 =+⋅⋅= aM m.Tn
Ahora hay que comprobar que el momento de vuelco es más pequeño
que los momentos estabilizadores:
21 MMMv +≤
0711.09.2768.1 +≤
Coeficiente de seguridad 7.1768.1
9711.2 ==n
Según el Reglamento RLAT, el coeficiente de seguridad, en hipótesis
normales, no deberá ser inferior a 1,5.
La comprobación de esta zapata por ordenador está registrada en las
Figuras 3 y 4.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
111
Figura 3. Comprobación del método.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
112
Figura 4. Comprobación del método
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
113
b)b)b)b) Subestación de 230 kVSubestación de 230 kVSubestación de 230 kVSubestación de 230 kV
Comprobación de zapata 1.Seccionador Pantógrafo, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
114
Comprobación de zapata 2. Seccionador Pantógrafo, escenario 1.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
115
Comprobación de zapata 3. Seccionador Pantógrafo, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
116
Comprobación de zapata 4. Seccionador Pantógrafo, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
117
Comprobación de zapata 5. Seccionador Pantógrafo, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
118
Comprobación de zapata 6. Seccionador Pantógrafo, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
119
Comprobación de zapata 7. Autoválvula, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
120
Comprobación de zapata 8. Autoválvula, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
121
Comprobación de zapata 9. Autoválvula, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
122
Comprobación de zapata 10. Autoválvula, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
123
Comprobación de zapata 11. Autoválvula, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
124
Comprobación de zapata 12. Autoválvula, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
125
Comprobación de zapata 13. Seccionador Giratorio, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
126
Comprobación de zapata 14. Seccionador Giratorio, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
127
Comprobación de zapata 15. Seccionador Giratorio, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
128
Comprobación de zapata 16. Seccionador Giratorio, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
129
Comprobación de zapata 17. Seccionador Giratorio, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
130
Comprobación de zapata 18. Seccionador Giratorio, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
131
Comprobación de zapata 19. Transformador de Intensidad, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
132
Comprobación de zapata 20. Transformador de Intensidad, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
133
Comprobación de zapata 21. Transformador de Intensidad, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
134
Comprobación de zapata 22. Transformador de Intensidad, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
135
Comprobación de zapata 23. Transformador de Intensidad, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
136
Comprobación de zapata 24. Transformador de Intensidad, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
137
Comprobación de zapata 25. Transformador de Tensión, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
138
Comprobación de zapata 26. Transformador de Tensión, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
139
Comprobación de zapata 27. Transformador de Tensión, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
140
Comprobación de zapata 28. Transformador de Tensión, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
141
Comprobación de zapata 29. Transformador de Tensión, escenario 3.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
142
Comprobación de zapata 30. Transformador de Tensión, escenario 3.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
143
Comprobación de zapata 31. Interruptor, todos los escenarios.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
144
Comprobación de zapata 32. Interruptor, todos los escenarios.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
145
c)c)c)c) Subestación de 132 kV.Subestación de 132 kV.Subestación de 132 kV.Subestación de 132 kV.
Comprobación de zapata 33. Autoválvula, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
146
Comprobación de zapata 34. Autoválvula, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
147
Comprobación de zapata 35. Autoválvula, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
148
Comprobación de zapata 36. Autoválvula, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
149
Comprobación de zapata 37. Autoválvula, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
150
Comprobación de zapata 38. Autoválvula, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
151
Comprobación de zapata 39. Interruptor, todos los escenarios.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
152
Comprobación de zapata 40. Interruptor, todos los escenarios.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
153
Comprobación de zapata 41. Seccionador Giratorio, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
154
Comprobación de zapata 42. Seccionador Giratorio, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
155
Comprobación de zapata 43. Seccionador Giratorio, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
156
Comprobación de zapata 44. Seccionador Giratorio, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
157
Comprobación de zapata 45. Seccionador Giratorio, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
158
Comprobación de zapata 46. Seccionador Giratorio, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
159
Comprobación de zapata 47. Transformador de Intensidad, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
160
Comprobación de zapata 48. Transformador de Intensidad, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
161
Comprobación de zapata 49. Transformador de Intensidad, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
162
Comprobación de zapata 50. Transformador de Intensidad, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
163
Comprobación de zapata 51. Transformador de Intensidad, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
164
Comprobación de zapata 52. Transformador de Intensidad, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
165
Comprobación de zapata 53. Transformador de Tensión, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
166
Comprobación de zapata 54. Transformador de Tensión, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
167
Comprobación de zapata 55. Transformador de Tensión, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
168
Comprobación de zapata 56. Transformador de Tensión, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
169
Comprobación de zapata 57. Transformador de Tensión, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
170
Comprobación de zapata 58. Transformador de Tensión, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
171
Comprobación de zapata 59. Seccionador Pantógrafo, todos los escenarios.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
172
Comprobación de zapata 60. Seccionador Pantógrafo, todos los escenarios.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
173
d) Subestación de 66 kV.Subestación de 66 kV.Subestación de 66 kV.Subestación de 66 kV.
Comprobación de zapata 61. Autoválvula, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
174
Comprobación de zapata 62. Autoválvula, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
175
Comprobación de zapata 63. Autoválvula, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
176
Comprobación de zapata 64. Autoválvula, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
177
Comprobación de zapata 65. Autoválvula, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
178
Comprobación de zapata 66. Autoválvula, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
179
Comprobación de zapata 67. Seccionador Giratorio, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
180
Comprobación de zapata 68. Seccionador Giratorio, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
181
Comprobación de zapata 69. Seccionador Giratorio, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
182
Comprobación de zapata 70. Seccionador Giratorio, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
183
Comprobación de zapata 71. Seccionador Giratorio, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
184
Comprobación de zapata 72. Seccionador Giratorio, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
185
Comprobación de zapata 73. Transformador de Intensidad, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
186
Comprobación de zapata 74. Transformador de Intensidad, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
187
Comprobación de zapata 75. Transformador de Intensidad, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
188
Comprobación de zapata 76. Transformador de Intensidad, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
189
Comprobación de zapata 77. Transformador de Intensidad, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
190
Comprobación de zapata 78. Transformador de Intensidad, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
191
Comprobación de zapata 79. Transformador de Tensión, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
192
Comprobación de zapata 80. Transformador de Tensión, escenario 1
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
193
Comprobación de zapata 81. Transformador de Tensión, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
194
Comprobación de zapata 82. Transformador de Tensión, escenario 2
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
195
Comprobación de zapata 83. Transformador de Tensión, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
196
Comprobación de zapata 84. Transformador de Tensión, escenario 3
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
197
Comprobación de zapata 85. Interruptor, todos los escenarios.
Estandarización de las cimentaciones de una subestación
198
Comprobación de zapata 86. Interruptor, todos los escenarios.