INTRODUCCIÓN En los últimos tiempos se han presentado cambios notables en las formas de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, es decir que se presentaron formas nuevas en la energía eléctrica generada tal el caso de las plantas de generación nuclear, la generación de la biomasa. Por otra parte, con el problema que se tiene en el mundo de espacios físicos donde se puedan instalar subestaciones eléctricas, pues se diseñaron subestaciones blindadas en las cuales se redujeron mucho el espacio de ocupación de las mismas, pero por otro lado se exigen una confiabilidad de equipos de acuerdo a las distancias. En la transmisión de energía eléctrica se ha presentado cambios, llegando a trasmitirse en tensiones de 3700 KV, lo cual implica a hacer cambios en el diseño de soportes, estructuras como en la parte de medición, protección y equipos, etc. Como el consumo se ha incrementado también, la red primaria de distribución s está modificando, llegando a tener cambios de lo que era antes el transportar, distribuir, por lo tanto es necesario conocer estos cambios. Estas consideraciones conducen y direccionan a la necesidad de contar con conocimientos que permitan
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INTRODUCCIÓN
En los últimos tiempos se han presentado cambios notables en las
formas de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, es
decir que se presentaron formas nuevas en la energía eléctrica generada tal
el caso de las plantas de generación nuclear, la generación de la biomasa.
Por otra parte, con el problema que se tiene en el mundo de espacios físicos
donde se puedan instalar subestaciones eléctricas, pues se diseñaron
subestaciones blindadas en las cuales se redujeron mucho el espacio de
ocupación de las mismas, pero por otro lado se exigen una confiabilidad de
equipos de acuerdo a las distancias.
En la transmisión de energía eléctrica se ha presentado cambios,
llegando a trasmitirse en tensiones de 3700 KV, lo cual implica a hacer
cambios en el diseño de soportes, estructuras como en la parte de medición,
protección y equipos, etc. Como el consumo se ha incrementado también, la
red primaria de distribución s está modificando, llegando a tener cambios de
lo que era antes el transportar, distribuir, por lo tanto es necesario conocer
estos cambios.
Estas consideraciones conducen y direccionan a la necesidad de
contar con conocimientos que permitan entender, tener y aplicar los
elementos necesarios constituyentes, de SUBESTACIONES ELÉCTRICAS
de tal manera que podamos resolver los problemas reales que se presenta
durante su funcionamiento, lo que requiere de conocimientos más o menos
precisos, relacionados en principio con las instalaciones eléctricas.
SUBESTACIONES
Una subestación es un sistema o conjunto de elementos, equipos
eléctricos instalados e interrelacionados para establecer una estación o
estructura funcional para conexionar y convertir la energía eléctrica
generada, transportada y distribuida, disponiendo así de energía con
características preestablecidos para su aplicación o uso.
Una subestación Eléctrica debe ser confiable, económica, segura y
con un diseño tan sencillo como sea posible; éste último debe proporcionar
un alto nivel de continuidad de servicio y contar con medios para futuras
ampliaciones, flexibilidad de operación y bajos costos inicial y final.
Debe estar equipada con lo necesario para dar mantenimiento a
líneas, interruptores automáticos y disyuntores, sin interrupciones en el
servicio ni riesgos para el personal y los consumidores.
La capacidad de una subestación se fija, considerando la demanda
actual de la zona en kVA, más el incremento en el crecimiento, obtenido por
extrapolación, durante los siguientes 10 años, previendo el espacio necesario
para las futuras ampliaciones.
Esquema General De Instalación Eléctrica
1. PLANIFICACIÓN
EL objetivo principal que persigue la planificación a largo plazo de
sistemas de distribución de energía eléctrica es definir los lineamientos
generales para lograr una expansión económica y ordenada de la red.
Para alcanzar este objetivo, el primer paso es estimar la demanda, ya
que el conocer la demanda futura tiene relación directa con las inversiones y
con la calidad de servicio a prestar. En muchos casos, pronosticar la
localización del crecimiento de la demanda es más importante que
pronosticar su magnitud.
Por ejemplo, en el caso de la planificación de una subestación de
distribución, si la magnitud de la demanda se estima erróneamente pero su
ubicación es adecuada, la empresa eléctrica puede decidir cambiar, retrasar
o avanzar en la compra de equipos para la subestación; pero por el contrario,
si la localización del crecimiento se pronostica de manera incorrecta, la
empresa eléctrica puede haber comprado y desarrollado la parcela de tierra
equivocada.
El tiempo de antelación para la procura de equipos es relativamente
corto al compararse con el tiempo requerido para comprar y preparar el
terreno. Una estimación precisa puede permitir a la empresa eléctrica tomar
la acción adecuada antes de que la tierra se haga demasiado costosa u otras
restricciones cobren fuerza.
El proceso de planificación de una nueva subestación de distribución
debe comenzar con muchos años de anticipación para garantizar que los
equipos proyectados se encuentren operativos para el momento en que se
necesiten.
Particularmente, la decisión de construir nuevas subestaciones debe
tomar en cuenta diversos factores: ubicación geográfica de los centros o
polos de carga, tasa de crecimiento de la demanda, demanda de saturación
estimada, área disponible, costo de la tierra, llegada de líneas de sub-
transmisión, tipo de suelo, drenaje, acceso, subestaciones existentes, etc.
Existen una gran cantidad de procedimientos para la ubicación de
subestaciones de distribución, los cuales varían considerablemente
dependiendo de la técnica aplicada y de los datos requeridos. Algunos
utilizan una modelación detallada de la red, otros emplean técnicas de
optimización para minimizar costos, caídas de voltaje y/o pérdidas en la red.
Además, existen métodos geométricos que calculan el centro de carga
del área en estudio y otros que son una mezcla de todos los anteriores.
1.1 Estudios de Carga
Los estudios de carga contribuyen a ahorrar energía y mejoran la
seguridad de la distribución de alimentación eléctrica. El estudio de la carga y
potencia instalada es una fuente de información de gran utilidad para
empresas consumidoras de energía eléctrica en lo que a seguridad,
rendimiento y beneficios se refiere. Gracias al estudio de la carga instalada
se puede determinar si el sistema de Nota de aplicación distribución eléctrica
de una planta puede admitir nuevas cargas, verificar la capacidad del
sistema eléctrico y del cableado, distribuir correctamente la carga entre las
tres fases, realizar un seguimiento del factor de potencia y calcular el
consumo de energía antes y después de las mejoras para justificar de esta
forma las medidas adoptadas para el ahorro de energía.
Si el propietario de un edificio desea conectar nuevos equipos y
sistemas a la instalación eléctrica existente, lo primero que debe determinar
es si el sistema de distribución eléctrica puede soportar las nuevas cargas.
Para contestar a esta pregunta se realizar otras primero: ¿cuál es la mayor
carga que puede admitir el sistema? A menudo, las autoridades locales
deben contar con esta información antes de emitir cualquier permiso para
este tipo de modificaciones en las instalaciones eléctricas. Asímismo,
necesitará conocer la carga actual para evaluar el nuevo sistema una vez
instalado.
Para determinar la capacidad de la instalación, debe tener en cuenta
la sección de los conductores, la potencia nominal de los elementos que
forman parte de dicha instalación y el espacio para nuevos circuitos. Para
determinar cuál es la carga actual, evidentemente deberá medir las cargas
existentes.
Las normativas y regulaciones pertinentes determinan cuándo debe
realizarse un estudio de la carga, qué información se requiere y qué aspectos
hay que tener en cuenta en el proceso de revisión. Un estudio de carga es
una herramienta muy útil para garantizar que la factura eléctrica de un
usuario se corresponde con el consumo que realiza.
1.1.1 Selección de instrumentos de análisis de Calidad Eléctrica de
Fluke diseñados para realizar estudios de carga
La comprensión de un estudio de potencia y carga instalada resulta
fundamental para los técnicos de mantenimiento industrial y contratistas
externos cuyo trabajo está relacionado con los sistemas de distribución
eléctrica y la instalación de equipos y sistemas. Estos estudios son vitales a
la hora de determinar si un sistema de distribución puede admitir más cargas,
determinar el factor de potencia y controlar el consumo de energía y los
costos de operación.
Gracias a la gama de instrumentos de registro y análisis de calidad
eléctrica de Fluke, estas tareas son más precisas y fáciles de realizar,
ayudando a optimizar recursos, tanto técnicos como económicos, a
continuación se detallan algunos de los más utilizados:
Registrador portátil Fluke 1735
El registrador trifásico portátil 1735 de Fluke posibilita parametrizar la
calidad eléctrica de una instalación, realizar estudios de carga y capturar
eventos de tensión difíciles de detectar. Con este instrumento se puede
registrar parámetros de potencia, energía, datos básicos de la calidad
eléctrica y armónicos durante una período de hasta 45 días, necesitando
solamente unos segundos para configurarlo correctamente. Resulta además
útil para cuantificar el consumo de energía y comprobar el funcionamiento de
los dispositivos de ahorro de energía.
Registrador portátil Fluke 1735
Registradores de calidad eléctrica Serie 1740 de Fluke
Los registradores de calidad eléctrica de la Serie 1740 de Fluke son
los instrumentos idóneos para la localización y resolución de problemas y el
análisis diario en los sistemas de distribución eléctrica. Los tres modelos
ofrecen múltiples funciones como el análisis de las perturbaciones, el estudio
de la carga y la verificación de la calidad del servicio conforme a las normas
aplicables. La precisión de las medidas de tensión cumple con los requisitos
de la Clase A. Los instrumentos son fáciles de configurar y pueden capturar
eventos y registrar 500 parámetros durante 85 días.
Registrador Serie 1740 de Fluke
Registrador de calidad de la tensión Fluke VR1710
El analizador y registrador de calidad eléctrica VR1710 de Fluke es un
registrador monofásico de calidad de la tensión que constituye una solución
sencilla para la detección y el registro de problemas de calidad eléctrica, ya
que permite tomar medidas inmediatas y reduce los tiempos de inactividad.
El registrador monofásico VR1710 satisface las demandas del personal de
mantenimiento y de gestión de instalaciones de organizaciones industriales,
servicios y públicas, cuyo actividad depende de una calidad eléctrica fiable
promedio, transitorios, parpadeo y armónicos hasta el orden 32 se registran
durante un período de tiempo medio, definido por el usuario, de entre 1
segundos y 20 minutos.
Registrador de calidad de la tensión Fluke VR1710
1.2 Estimación de la Demanda
Para una empresa eléctrica el crecimiento de la carga es un factor
determinante para la expansión del sistema de distribución. Este crecimiento
depende en gran medida del grado de desarrollo de la población, por lo que
es importante el considerar variables demográficas, indicadores económicos
y planes de desarrollo urbano como insumos para el proceso de estimación.
El resultado del pronóstico arroja la distribución de las densidades de
carga (kVA por unidad de área) a corto, mediano y largo plazo. Finalmente,
representar estos valores sobre una cuadrícula georeferenciada ayuda al
planificador a diseñar el sistema de distribución.
La figura siguiente agrupa algunos factores que inciden directamente
en la estimación de la demanda.
Factores Que Afectan La Estimación De La Demanda
1.3. Expansión de Subestaciones de Distribución
Basado en la información descrita anteriormente, el planificador
deberá tomar la decisión de expandir subestaciones existentes o evaluar la
posibilidad de construcción de nuevas subestaciones de distribución.
Cuando se planifica el sistema de distribución, la capacidad que se
debe manejar para el diseño de una subestación ante posibles salidas
forzadas de unidades de transformación se denomina capacidad firme.
La capacidad firme, ante condiciones de emergencia, permite seguir
supliendo la carga demandada de forma segura y continua; es por ello que la
demanda actual y la demanda estimada no deben superar la capacidad firme
de la subestación.
La siguiente figura presenta algunos de los factores que determinan la
expansión de subestaciones de distribución.
Factores Que Determinan La Expansión De Subestaciones Existentes O
La Construcción De Nuevas Subestaciones.
1.4. Interconexiones
En muchas zonas del mundo las instalaciones locales o nacionales
están conectadas formando una red. Esta red de conexiones permite que la
electricidad generada en un área se comparta con otras zonas. Cada
empresa aumenta su capacidad de reserva y comparte el riesgo de
apagones.
Estas redes son enormes y complejos sistemas compuestos y
operados por grupos diversos. Representan una ventaja económica pero
aumentan el riesgo de un apagón generalizado, ya que si un pequeño
cortocircuito se produce en una zona, por sobrecarga en las zonas cercanas
puede transmitirse en cadena a todo el país.
Muchos hospitales, edificios públicos, centros comerciales y otras
instalaciones que dependen de la energía eléctrica tienen sus propios
generadores para eliminar el riesgo de apagones.
2. PROYECTO ELÉCTRICO
Un Proyecto de Subestaciones Eléctricas, se realiza con la finalidad
de aportar información relevante para el estudio previo al montaje de los
transformadores o subestaciones eléctricas, tomando en cuenta aspectos
como la logística para el retiro de todo elemento que entorpezca en la
ejecución del mismo.
2.1. Ubicación de una Subestación
La localización de una subestación eléctrica se deriva de un estudio
de planeación, a partir del cual se localiza, con la mayor aproximación, el
centro de carga de la región que se necesita alimentar. Muchos factores
influyen para la correcta selección del tipo de subestación para una
aplicación dada. El tipo de subestación más apropiado depende de factores
tales como el nivel del voltaje, capacidad de carga, consideraciones
ambientales, limitaciones de espacio en el terreno y necesidades de derecho
de vía de la línea de transmisión.
Pasos a seguir para la localización de una Subestación Eléctrica:
Planeación
Ciclo de carga distribuida
Alimentación eléctrica
Cargas máximas
Numero de transformadores
Capacidad instalada en kVA
% de crecimiento a 10 años
Futura expansión
Área de terreno en m2
2.2 Tipo de Instalación
Las subestaciones, también se pueden clasificar por el tipo de
instalación, por ejemplo:
Subestaciones tipo intemperie.
Subestaciones de tipo interior.
Subestaciones tipo blindado.
Subestaciones tipo intemperie: Generalmente se construyen en
terrenos expuestos a la intemperie, y requiere de un diseño, aparatos y
máquinas capaces de soportar el funcionamiento bajo condiciones
atmosféricas adversas (lluvia, viento, nieve, etc.) por lo general se utilizan en
los sistemas de alta tensión.
Subestaciones tipo interior: En este tipo de subestaciones los
aparatos y máquinas están diseñados para operar en interiores, son pocos
los tipos de subestaciones tipo interior y generalmente son usados en las
industrias.
Subestaciones tipo blindado: En estas subestaciones los aparatos y
las máquinas están bien protegidos, y el espacio necesario es muy reducido,
generalmente se utilizan en fábricas, hospitales, auditorios, edificios y
centros comerciales que requieran poco espacio para su instalación,
generalmente se utilizan en tensiones de distribución y utilización.
2.3 Tipo de Esquema
Un esquema es la representación de las conexiones y equipos de una
instalación eléctrica mediante símbolos. Dependiendo a quien vaya dirigido
el esquema tendremos una clase u otra ya que, no es lo mismo que lo
interprete un ingeniero que un técnico; para empezar, los esquemas que
interpreta un ingeniero están más enfocados al diseño, ya sea de la
instalación o de la maquinaria; en cambio, los esquemas para el técnico se
enfocan con perspectiva de montaje, mantenimiento preventivo y reparación.
De este modo, nos podemos encontrar varios tipos de esquemas.
El ingeniero, se encontrará básicamente un esquema de
emplazamiento de los diferentes componentes o dispositivos eléctricos,
aunque también tendrá un esquema donde se representen las funciones de
dichos componentes y dispositivos.
El técnico, se encontrará lo que se suele llamar los esquemas de
conexiones. Ahora bien, teniendo en cuenta que algunas instalaciones o
circuitos son realmente complicados de representar esquemáticamente, tanto
el ingeniero como el técnico pueden encontrarse con dos tipos de esquemas.
a) Unifilar: son los que representan en un solo trazo las distintas fases o
conductores.
b) Multifilar: son los esquemas que representan todos los trazos
correspondientes a las distintas fases o conductores.
Esquema Funcional
Este tipo de esquema presenta una serie de características si lo
comparamos con los esquemas unifilares y multifilar.
1. Es de observación más rápida comparada con los otros tipos de esquema.
2. Es un esquema puramente práctico para el técnico que tiene que hacer el
montaje o la reparación.
3. Es más simple con respecto a su dibujo gráfico.
4. No debe tener nunca cruces entre las líneas.
Los dos circuitos de esta página corresponden a sendos circuitos de
instalación eléctrica (vivienda, etc.). Por regla general, cuando se trata de
circuitos eléctricos industriales (máquinas) no se les suelen llamar