Subido por Gerardo Roman Roman

01 CONFIGUARACIONES DE LAS SUBESTACIONES

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CONFIGURACIONES DE LAS S.E.E.
CONFIGURACIONES DE LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS
1
INTRODUCCIÓN
Se denomina configuración al arreglo de los equipos electromecánicos
constitutivos de un patio de conexiones o pertenecientes a un mismo nivel de
tensión de una subestación, de tal forma que su operación permita dar a la
subestación diferentes grados de confiabilidad, seguridad o flexibilidad para el
manejo, transformación y distribución de la energía.
Básicamente existen dos tendencias generales con respecto a los tipos de
configuraciones para subestaciones de alta tensión (AT) y extra alta tensión
(EAT). Estas tendencias son la europea o de conexión de barras y la americana o
de conexión de interruptores. Cada una de las tendencias tiene diversos tipos de
configuraciones, siendo las principales las descritas en este Capítulo. Dichas
configuraciones son aplicables tanto para subestaciones convencionales como
para subestaciones encapsuladas en SF6.
2 DEFINICIONES
Flexibilidad: propiedad de la instalación para acomodarse a las diferentes
condiciones que se puedan presentar especialmente por cambios operativos en el
sistema y, además, por contingencias y/o mantenimiento del mismo.
Los cambios operativos que pueden darse en un sistema se realizan buscando:
Control de potencia activa y reactiva para optimizar la carga de los
generadores. Esto implica alguna forma de independizar o agrupar circuitos de
carga y/o generación.
Limitar niveles de cortocircuito. Cualquier arreglo o configuración que
incorpore medios para dividir la subestación en dos (o más) secciones
independientes puede reducir los niveles de cortocircuito. La reducción del nivel de
cortocircuito no debe ser un parámetro inicial de diseño de la misma, más bien
debe ser una condición operativa de la instalación para prolongar la vida útil de los
equipos y mejorar la estabilidad del sistema, como se menciona a continuación.
Incrementar la estabilidad en el sistema. La reducción de cortocircuito no solo trae
como consecuencia el tener equipos de menor capacidad, sino que también
incrementa la estabilidad del sistema.
Independizar o limitar la influencia de algunas cargas o circuitos pertenecientes
a sub-sistemas que por sus características pueden afectar la seguridad,
estabilidad, etc., del sistema de potencia.
Si existe más de una compañía de energía en la misma subestación se puede
tener la facilidad de independizarlas para limitar la influencia de una obra sobre la
otra, por ejemplo, durante períodos de racionamiento, políticas operativas durante
contingencias o mantenimiento, control de potencias activa y reactiva, etc.
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Confiabilidad: se define como la probabilidad de que una subestación pueda
suministrar energía durante un período de tiempo dado, bajo la condición de que al
menos un componente de la subestación esté fuera de servicio. Es decir, que cuando
ocurra una falla en un elemento de la subestación (interruptor, barraje, etc.) se pueda
continuar con el suministro de energía después de efectuar una operación interna
(conmutación de los seccionadores adecuados, por ejemplo), mientras se efectúa la
reparación de dicho elemento. Esto es aplicable también en el caso de mantenimiento.
Seguridad: propiedad de una instalación de dar continuidad de servicio (suministro de
energía) sin interrupción alguna durante fallas de los equipos de potencia,
especialmente interruptores y barrajes. La seguridad implica confiabilidad.
3 CONFIGURACIONES DE CONEXIÓN DE BARRAS - TENDENCIA EUROPEA
Por configuraciones de conexión de barras se entienden aquellas en las cuales
cada circuito tiene un interruptor, con la posibilidad de conectarse a una o más
barras por medio de seccionadores. Las configuraciones más utilizadas en esta
tendencia para niveles de AT y EAT son:
3.1 Barra sencilla
Como su nombre lo indica, es una configuración que cuenta con un solo barraje
colector al cual se conectan los circuitos por medio de un interruptor (Figura 2.1). Es
económica, simple, fácil de proteger, ocupa poco espacio y no presenta muchas
posibilidades de operación incorrecta. Como desventaja principal puede citarse la
falta de confiabilidad, seguridad y flexibilidad teniendo así que suspender el servicio
en forma total cuando se requiera hacer una revisión o reparación en la barra
colectora, o del circuito cuando la revisión o reparación es en el interruptor; sin
embargo, con un seccionamiento longitudinal se obtiene alguna confiabilidad y
flexibilidad pues se hace posible separar en dos partes el barraje, lo cual facilita las
reparaciones, trabajos de ampliación y. en determinadas circunstancias, aún la
operación de la misma subestación.
Figura 2.1 - Barra sencilla
Una aplicación práctica del seccionamiento del barraje ocurre cuando se tienen
dos circuitos provenientes de una misma subestación y alimentan dos
transformadores para conformar las configuraciones denominadas en "H" (Figura
2.2). Si los dos circuitos provienen de subestaciones distintas, el seccionarniento
no debe comprometer la seguridad de dichas subestaciones por la suspensión de
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la interconexión entre ellas.
La barra sencilla se puede utilizar para subestaciones de AT y EAT con muy pocos
campos de conexión y exige retirar del servicio todo el campo y su elemento
conectado (línea o transformador) cuando se va a realizar cualquier trabajo sobre
el interruptor u otro de los equipos del campo de conexión.
Figura 2.2 – Configuración en H
3.2 Barra principal y barra de transferencia
Para mejorar la confiabilidad por falla en interruptores en la configuración de barra
sencilla, a ésta se le puede agregar una barra auxiliar o de transferencia, a cada
circuito un seccionador (de transferencia) para la conexión a dicha barra y un
interruptor (de transferencia) para unir las dos barras, conformándose así una
configuración llamada de barra principal y de transferencia (Figura 2.3).
Figura 2.3 — Barra principal y de transferencia
Con esta configuración cada circuito se puede conectar por medio del interruptor de
transferencia a la barra de igual nombre, conservando en esta forma el servicio del
circuito respectivo durante el mantenimiento del interruptor o fallas del mismo, siempre
y cuando no existan fallas en el circuito, lo que demuestra la buena confiabilidad que la
configuración presenta bajo estas circunstancias. Si la barra principal se divide por
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medio de un seccionador, para cada parte de ella, y el interruptor de transferencia se
coloca entre los dos seccionadores, se tiene la posibilidad de hacer mantenimiento de
barras dejando sin servicio únicamente la mitad de la subestación, y aún se puede
mantener en servicio por medio del interruptor de transferencia y la barra de
transferencia uno de los circuitos correspondientes a la barra que se quiere aislar,
lográndose en esta forma alguna flexibilidad (con las limitaciones descritas para la
barra sencilla).
3.4 Doble barra más seccionador de by-pass o paso directo
Reúne, pero no simultáneamente, las características de la barra principal y de
transferencia y la doble barra. Esto se logra a partir de la doble barra conectando un
seccionador de by-pass o paso directo al interruptor de cada salida y adicionando
además otro seccionador adyacente al interruptor para poder aislarlo (Figura 2.6).
Con estos seccionadores adicionales se puede operar la subestación,
complementariamente a la operación normal de doble barra, con una barra siendo la
principal y la otra la de transferencia, utilizando el interruptor de acoplamiento corno
de transferencia para uno cualquiera de los interruptores de linea que se encuentre
en mantenimiento. Cuando se tienen circuitos conectados a una y otra barra no es
posible hacer mantenimiento a interruptores sin suspender el servicio, pues para ello
se necesitaría que una de las barras estuviera completamente libre para usarla como
barra de transferencia, no presentándose así conjuntamente las propiedades de
flexibilidad y confiabilidad.
Figura 2.4 - Doble barra más seccionador by-pass o paso directo
3.5 Doble barra más seccionador de transferencia
Esta configuración es una variante de la anterior, pero utilizando un seccionador
menos (Figura 2.7). Como se verá en el Capítulo 6, Disposición Física de
Subestaciones, para lograr esta configuración en forma práctica se requiere la
utilización de seccionadores del tipo pantógrafo o semipantógrafo (en donde la
conexión o desconexión se efectaa verticalmente) o seccionadores instalados en los
pórticos de la subestación en por lo menos una de las conexiones a las barras. Tiene
las mismas características generales de la doble barra con seccionador de by-pass.
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Figura 2.5 - Doble barra más seccionador de transferencia
3.6 Doble barra más barra de transferencia
Es una combinación de la barra principal y de transferencia y la doble barra, ya
que se tienen dos barras principales más una de transferencia, dando como
resultado un arreglo que brinda simultáneamente confiabilidad y flexibilidad (Figura
2.8).
Normalmente se usan dos interruptores para las funciones de acople y transferencia,
respectivamente, pudiéndose así efectuar en forma simultánea ambas operaciones.
En algunos casos se utiliza un sólo interruptor (con el debido arreglo de
seccionadores) para las dos operaciones, perdiéndose así la función fundamental de
las tres barras con lo cual se asimila esta configuración a las dos anteriores; sin
embargo, cuando se prefiere dejar uno de los barrajes como reserva (por ejemplo en
zona de alta contaminación en donde éstos exigen limpieza periódica) se puede
disponer de un sólo interruptor que cumpla ambas funciones con lo cual la solución
pasa a ser muy económica (la alternativa se muestra también en la Figura 2.6).
En el diseño se debe tener en cuenta lo estipulado anteriormente para la barra
principal y de transferencia y la doble barra.
En Europa, esta disposición encuentra un campo de aplicación muy amplio a niveles
de 220 kV. Como desventaja puede anotarse que requiere una mayor área en
comparación con las configuraciones anteriores.
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Figura 2.6- Doble barra más barra de transferencia
4 CONFIGURACIONES DE CONEXIÓN DE INTERRUPTORES TENDENCIA AMERICANA
Por configuraciones de conexión de interruptores se entienden aquellas en las
cuales los circuitos se conectan a las barras o entre ellas por medio de
interruptores. Estas configuraciones incluyen la barra sencilla (que ya fue descrita
anteriormente), el anillo, el interruptor y medio, el anillo cruzado, y la doble barra
con doble interruptor, lo mismo que otras versiones que son poco prácticas y por
ello no serán descritas.
4.1
Anillo
En esta configuración no existe una barra colectora como tal, la conexión de los
circuitos se realiza sobre un anillo conformado por interruptores, con los circuitos
conectados entre cada dos de ellos (Figura 2.7). Para aislar un circuito es
necesaria la apertura de los dos interruptores correspondientes, abriéndose así el
anillo. Cuando se quiere aislar un circuito por un período largo, se debe abrir el
seccionador de conexión del mismo para poder cerrar los interruptores asociados
a dicho circuito y así dar continuidad al anillo.
Es una configuración económica y segura, además de confiable, pero sin
flexibilidad. Es segura y confiable por permitir continuidad de servicio por falla o
durante mantenimiento de un interruptor, ya que cada línea o circuito está
asociado a dos interruptores. El principal inconveniente consiste en que, en
caso de falla en un circuito mientras se hace mantenimiento en otro, el anillo
puede quedar dividido y presentar falta de servicio para alguna de las partes,
o perderse la seguridad en el sistema. Para cumplir la función de seguridad y
confiabilidad para los cuales esta subestación fue ideada, es necesario operarla
con todos los interruptores cerrados (tal como es su operación normal); por lo
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tanto, bajo el punto de vista de la flexibilidad, la subestación es similar a una barra
sencilla.
Para efectos de distribución de comentes, los circuitos conectados al anillo se
deben repartir de tal manera que las fuentes de energía se alternen con las
cargas.
Figura 2.7 Anillo
Por consideraciones prácticas conviene limitar el uso de esta configuración a un
máximo de seis salidas. En caso de ser necesario agregar más, es preferible
cambiar la configuración a interruptor y medio. Por lo anterior, el diseño
inicial de la subestación debe prever este desarrollo de anillo a interruptor y
medio.
La aplicación de la disposición en anillo exige especial cuidado en lo referente a
ciertos aspectos como la operación de dos interruptores con falla en una salida, el
recierre automático, lo mismo que la protección y la medida. E] dallo de un
interruptor durante la falla en uno de los circuitos de salida, origina la pérdida de
otro circuito debida a la operación de la protección contra falla de interruptores.
El sistema en anillo es muy utilizado en los Estados Unidos de América para todo tipo
de subestaciones y a nivel mundial para subestaciones encapsuladas en SF6 en AT y
EAT.
4.2 Interruptor y medio
Esta configuración debe su nombre al hecho de exigir tres interruptores por cada dos
salidas (Figura 2.8). Un grupo de tres interruptores, llamado diámetro (bahía en los
Estados Unidos de América), se conecta entre los dos barajes principales. Se puede
hacer mantenimiento a cualquier interruptor o barraje sin suspender el servicio y sin
alterar el sistema de protección; además, una falla en un barraje no interrumpe el
servicio a ningún circuito, presentando así un alto índice de confiabilidad y de
seguridad tamo por falla en los interruptores como en los circuitos y en las barras.
Normalmente se opera con ambas barras energizadas y todos los interruptores
cerrados y, por tal motivo (igual que en el caso del anillo), no es flexible; además, el
tener dos barras no significa que los circuitos puedan ser conectados
independientemente a cualquiera de ellas manteniendo la configuración, como es el
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caso de la doble barra.
Figura 2.8 Interruptor y medio
Como en el caso del anillo, la desconexión de un circuito implica [a apertura de
dos interruptores. La protección y el recierre automático se dificultan por el hecho
de que el interruptor intermedio (entre dos circuitos) debe trabajar con uno u otro
de los circuitos asociados. Por otra parte, la falla de un interruptor en el peor de los
casos sólo saca de servicio un circuito adicional.
La definición de la capacidad de los equipos es difícil por cuanto exige prever la
distribución de las corrientes, especialmente durante contingencias. En el caso de
que la subestación tenga un número impar de circuitos, uno de ellos necesitaría dos
interruptores, lo cual representa un sobrecosto para la instalación. Usando el
interruptor intermedio es posible pasar directamente a través de la subestación un
circuito que normalmente entre a ella y que salga por el mismo campo.
4.3 Doble barra con doble interruptor
En esta configuración se duplican tanto las barras como los interruptores de cada
circuito (Figura 2.9). Presenta la mayor seguridad, tanto por falla en barras como en
interruptores, entre todas las configuraciones y gran libertad para operación, para
trabajos de revisión y mantenimiento. Para lograr la mayor seguridad, cada circuito se
conecta a ambas barras o sea que la aplicación normal es con todos los interruptores
cerrados y las dos barras energizadas. En algunos casos, los circuitos se pueden
separar en dos grupos conectándolos cada uno a una barra; en tal condición, la falla en
una de las barras saca del servicio todo lo que está conectado a ella, perdiéndose la
seguridad que brinda la operación normal y no justificándose el extracosto con respecto
a una doble barra.
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Figura 2.9 - Doble barra con doble Interruptor
Es la más costosa de todas las configuraciones a expensas de su seguridad
desde el punto de vista del suministro, por lo cual su adopción en un caso
particular requiere una justificación cuidadosa. También, como en la configuración
de interruptor y medio, ésta pueda sufrir modificaciones para la conexión de los
transformadores directamente a barras (un solo interruptor y un seccionador a
modo de transferencia).
4.4 Anillo cruzado
Las anteriores configuraciones de conexión de interruptores han probado proveer una
mayor confiabilidad que las configuraciones de conexión de barras, debido
básicamente a que cada circuito de salida está conectado al resto de la instalación
por dos interruptores utilizan redundancia de interruptores para asegurar la
operación bajo condiciones de contingencia).
La disponibilidad de cada circuito puede ser obviamente incrementada usando tres
interruptores en "paralelo" en lugar de dos. Esto puede ser ejecutado de muchas
formas, siendo la más factible de lograr desde el punto de vista práctico, la
configuración en anillo cruzado (Figura 2.10).
La cantidad requerida de interruptores es (n + n/2), en donde n es el número
de nodos (suponiendo un número par), siendo esta cantidad la misma requerida
por la configuración de interruptor y medio. Cuando se tiene un número impar de
nodos, se puede introducir un nodo "ficticio" tal como se hace para el interruptor y
medio. La operación normal de la subestación es con todos los interruptores
cerrados.
Esta configuración fue ideada por ingenieros de la firma BBC (Brown Boveri and
Co. Ltd. de Suiza), a principio de la década de 1980.
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Figura 2.10- Anillo cruzado
CONCFIGURACION DE LAS SUBESTACIONES
ITEM
TENDENCIA EUROPEA
1
BARRA SENCILLA
2
BARRA PRINCIPAL Y BARRA DE TRANSFERENCIA
3
DOBLE BARRA
4
DOBLE BARRA MAS BY PASS
5
DOBLE BARRA MAS BARRA DE TRANSFERENCIA
CADA CIRCUITO TIENE UN
ITERRUPTOR CON LA POSIBILIDAD
DE CONECTARSE A UNA O MAS
BARRAS POR MEDIO DE
SECCIONADORES
TENDENCIA AMERICANA
1
ANILLO
2
INTERRUPTOR Y MEDIO
3
DOBLE BARRA CON DOBLE INTERRUPTOR
LOS CIRCUITOS SE CONECTAN A
LAS BARRAS Ó ENTRE ELLAS POR
MEDIO DE INTERRUPTORES
5 OTRAS CONFIGURACIONES
Otras configuraciones no tan convencionales como las descritas anteriormente
que se encuentran en algunas de las referencias de la literatura sobre
subestaciones, son las siguientes:
5.1 Interruptor y tres cuartos
Esta configuración es una variante del interruptor y medio, la cual se ha utilizado
para reducción de equipos (Figura 2.11).
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Figura 2.11 Interruptor tres cuartos
5.2 Malla
Esta configuración es de origen inglés (en donde se le conoce también por el
nombre de anillo) y consiste básicamente en una barra sencilla unida por los dos
extremos e introduciendo un seccionador de barras entre cada circuito.
Figura 2.12 Malla
5.3 Doble transferencia
Esta configuración está conformada por dos barras principales independientes con
una barra de transferencia común. Adicionalmente, se instala un seccionador especial
que provee el medio para que dos líneas puedan ser conectadas sin entrar a las
barras principales (Figura 2.13). Con esta configuración se pueden dejar disponibles
las dos barras principales o un campo para mantenimiento sin suspensión de servicio.
6 SELECCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN DE UNA SUBESTACIÓN
6.1 Información requerida
Para seleccionar la configuración de una subestación es necesario conocer o
evaluar, entre otros, los siguientes aspectos:
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Oficio que desempeña la subestación en el sistema de potencia para determinar el
grado de flexibilidad, confiabilidad y seguridad que requiere
Tipo de la subestación, es decir: generación. transformación o maniobra, o bien
cuál de estas funciones es prioritaria si en un caso dado concurren más de una
Características de las diferentes configuraciones
Facilidad de extensión y modulación de acuerdo con la planeación y normalización
de la empresa
Simplicidad en el control y protección
Facilidad de mantenimiento
Área disponible
Costos.
6.2 Análisis detallado de los aspectos que intervienen en la selección de la
configuración
A continuación se efectúa un análisis detallado de los diferentes aspectos o
requerimientos descritos en el numeral anterior que se deben tener en cuenta para
efectuar la correcta selección de la configuración para subestaciones de alta o extra
alta tensión. Los puntos o requerimientos que se analizarán pueden estar en conflicto
unos con otros y de aquí la importancia y responsabilidad del ingeniero de
subestaciones de evaluarlos y determinar lo más conveniente para el sistema.
6.2.1 Oficio que desempeña la subestación en el sistema de potencia
Cuando se quiere seleccionar la configuración de una subestación es necesario
analizarla no como un punto independiente o aislado, sino como una parte integral de
todo el sistema, de tal forma que por fallas no se afecte la seguridad o capacidad
operativa de éste.
De acuerdo con el papel que cumple dentro de un sistema, una subestación
requiere disponer de un mayor o menor grado de flexibilidad, confiabilidad o
seguridad. Estos conceptos fueran definidos en el Numeral 2.2. En la Figura 2.16
se muestra una comparación de confiabilidad de subestaciones.
6.2.2 Tipos de subestaciones
Fundamentalmente pueden distinguirse tres tipos de subestaciones: generación,
transformación y maniobra. Las necesidades o requerimientos de cada tipo de
subestación se describen a continuación.
6.2.2.1 Subestaciones de generación
Se considera subestación de generación aquella que sirve como punto de
conexión al sistema de una central generadora. La necesidad primordial de una
subestación de generación es la confiabilidad; la seguridad y la flexibilidad están
dadas por la importancia de la subestación y por su ubicación en el sistema.
En general, si la centralFigura 2.14 - Malla generadora es de una capacidad e
importancia tal que su salida del sistema produzca suspensiones, inestabilidades
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y problemas de racionamiento en el mismo, la subestación de dicha central
requiere un alto grado de seguridad. Determinar qué capacidad de la planta es
importante en lo referente a la seguridad, es algo que depende de cada situación
particular y deberá ser coordinado con el personal de planeación y operación del
sistema.
6.2.2.2 Subestaciones de maniobra
Una subestación de maniobra es aquella que sirve para interconectar sistemas o,
dentro de un sistema, es la que distribuye la energía a subestaciones de
transformación. En este caso la necesidad primordial es la flexibilidad; las
necesidades adicionales de confiabilidad y seguridad estarán dadas por el pape]
que desempeña en el sistema.
De acuerdo con la definición antes mencionada, una subestación de maniobra es
un nodo del sistema que recibe energía de circuitos provenientes de centrales
generadoras o de sistemas interconectados y la distribuye a subestaciones de
carga o a otros sistemas interconectados; por esto, dicha subestación debe ser
capaz de acomodarse a diferentes situaciones, lo que concuerda con lo descrito
en la definición de flexibilidad.
En términos generales, una subestación de maniobra requiere confiabilidad y/o
seguridad por falla en barras ya que, como su definición lo dice, es el punto de
unión entre sistemas o entre generación y carga. La confiabilidad y/o seguridad
por falla en interruptores dependerá de cada circuito en particular.
Requerimientos adicionales de confiabilidad y/o seguridad dependerán de si existe
además generación o transformación y de la importancia de estos en el sistema.
6.2.2.3 Subestaciones de transformación
Se consideran subestaciones de transformación aquellas cuyo objetivo primordial
es el de suministrar energía a un sistema con un nivel de tensión diferente. Puede
llamarse también subestación elevadora cuando la tensión de salida es más
elevada que la tensión de entrada, lo contrario sería una subestación reductora, de
distribución o de carga.
La necesidad de la subestación de transformación reductora es primordialmente de
confiabilidad, aunque puede llegar a ser importante también la seguridad dependiendo
de las necesidades del sistema secundario y de la disponibilidad de transformación.
Esto es, si el sistema secundario tiene más de una alimentación y/o los
transformadores están cargados muy por debajo del 100%, la necesidad principal
sería la confiabilidad; pero si el sistema secundario no tiene sino una alimentación y/o
los transformadores están cargados cerca del 100%, dicha necesidad sería la
seguridad (lógicamente esto dependería del tipo de la carga y de su importancia).
Podrían además estas subestaciones requerir flexibilidad en caso de existir un
gran número de circuitos de conexión.
6.2.3 Características de las configuraciones
Las diferentes configuraciones que pueden tener las subestaciones fueron
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descritas en los Numerales 2.3, 2.4 y 2.5, de los cuales se puede extractar lo
siguiente:
Las subestaciones con barra de transferencia brindan confiabilidad por falla o
mantenimiento en interruptores.
Las subestaciones con doble barra brindan flexibilidad para la operación del
sistema y confiabilidad por falla o mantenimiento en barras. Las subestaciones con
doble barra, en donde una de ellas también sirva como barra de reserva, no
brindan simultáneamente flexibilidad y confiabilidad.
El seccionamiento de barras brinda parcialmente confiabilidad por falla o
mantenimiento en barras.
Las subestaciones con conexión de interruptores brindan mejor confiabilidad y
seguridad sacrificando la flexibilidad.
La configuración en anillo siempre se debe diseñar en forma modular, tal que se
pueda convertir en interruptor y medio (Numeral 2.4).
Las configuraciones más utilizadas para subestaciones encapsuladas en SF 6 en
alta tensión son: doble barra, anillo e interruptor y medio; para extra alta tensión
adicionalmente doble interruptor.
La barra sencilla es una configuración sin confiabilidad, seguridad o flexibilidad,
que se debe utilizar sólo para subestaciones pequeñas y/o de media y baja
tensión o de menor importancia en el sistema.
La doble barra más seccionador de by-pass o paso directo es una
configuración que brinda, pero no simultáneamente, flexibilidad y confiabilidad,
complicada en su operación y control, que puede ser utilizada en subestaciones
de maniobra con generación o transformación.
La doble barra más seccionador de transferencia es una configuración similar a la
anterior pero un poco más simple en su operación y control.
El anillo cruzado es una configuración un poco más confiable que el interruptor y
medio pero más complicada en su control y operación.
6.2.4 Facilidad de extensión y modulación
La mayoría de las configuraciones antes descritas son de fácil extensión, en el
sentido de que se pueden adicionar campos siempre y cuando ellos sean iguales
a los existentes (del mismo tipo de la configuración de la subestación). Sin
una configuración satisfactoria en la etapa final de la subestación, consiste en que
usualmente se debe dejar equipo en exceso en las etapas iniciales, sacrificándose
así la simplicidad operacional e implicando un elevado costo inicial; además,
puede llegar a suceder que la configuración inicialmente designada para la etapa
final de la subestación no corresponda a las necesidades que pueda tener el
sistema en el futuro. Solamente se puede justificar una subestación más costosa
de lo requerido en etapas iniciales, cuando se está completamente seguro del
crecimiento y conformación en las etapas finales.
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Existe una forma de desarrollo modular de los dos tipos básicos de conexión de
subestaciones (conexión de barras y conexión de interruptores) de tal manera que
permita cambios de configuración a medida que el desarrollo del sistema lo
requiera, sin mayores alteraciones en la subestación misma, eliminándose así los
6.2.5 Simplicidad en el esquema de control y protección
Mientras mayor sea eI número de interruptores que se deben disparar durante
condiciones de falla, más complejo será el sistema de control y protecciones. Esto
es particularmente cierto cuando existe recierre automático.
La configuración que brinda una mayor simplicidad en los esquemas de control y
protección obviamente es la barra sencilla; estos se complican más a 'medida que
la configuración va teniendo más equipos y barrajes, hasta llegar a las
configuraciones en donde los interruptores hacen parte de dos zonas diferentes de
protección de líneas (configuraciones de conexión de interruptores) o en donde se
tienen enclavamientos muy complicados para la operación de algunos equipos
(dos barras o más en configuración de conexión de barras).
La simplicidad en el esquema de control y protección puede tener una relativa
influencia en la selección de la configuración; por ejemplo, en el caso de
subestaciones alejadas de centros urbanos y de dificil acceso, y especialmente de
operación local. No tendría tanta influencia para el caso de la subestación de una
central generadora en donde existan facilidades para el personal de operación, o de
subestaciones en o cerca de centros urbanos y, menos aún, en subestaciones no
atendidas o de operación remota y automática en muchas de sus funciones.
Con las tecnologías actuales de control numérico de subestación, el concepto de
simplicidad en el sistema de control de una subestación es relativo, ya que los
sistemas de enclavamientos y las lógicas de operación se logran por medio de
sofiware, no de lógicos cableados como es el caso de controles convencionales.
De cierta forma se puede decir, en términos generales, que el sistema de control para
una subestación con configuración de interruptor y medio es más simple que el control
de las subestaciones con configuración de seccionadores, porque para la primera no
se requiere intercambiar información entre diámetros o bahías, como si se requiere
para las segundas. Lo contrario ocurre en el caso del sistema de protecciones porque
mientras para la primera se maniobran dos interruptores, para las segundas uno solo.
6.2.6 Facilidades de mantenimiento
Hay ciertos períodos en la operación de una subestación en los cuales se tiene que
llevar a cabo mantenimiento, ya sea por un plan programado o por una emergencia.
La importancia de este aspecto depende de la filosofía de planeamiento del sistema y
del conocimiento, por experiencia, de la confiabilidad del equipo. En la Tabla 2.1 se
ilustran las facilidades de mantenimiento y las ventajas y desventajas que brindan
las diferentes configuraciones en el aspecto del mantenimiento.
6.2.6.1 Efectos del mantenimiento sobre la seguridad del sistema
En general, el efecto de una suspensión programada de energía por un
mantenimiento de rutina no es tan perjudicial como el que pueda ocurrir en
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cualquier momento debido a una falla, puesto que las suspensiones planeadas
son llevadas a cabo en tiempos de baja carga y cuando el sistema está en
períodos de bajo riesgo.
El mantenimiento de interruptores se efectúa más fácilmente en las
configuraciones de conexión de interruptores y en las que tienen barra de
transferencia, aunque se puede dejar algún medio de paso directo o by-pass al
interruptor, ya sea permanente o temporal, por medio de cambios en la conexión
de los equipos o de los equipos a los barrajes, para el caso de la barra sencilla o
la doble barra. La facilidad de mantenimiento en barras depende del número de
alternativas de conexión disponibles.
6.2.6.2 Facilidades para el mantenimiento
Una de las razones de las configuraciones de conexión de interruptores es la
necesidad de mantener el circuito en servicio aún durante mantenimiento. Sin
embargo, puede resultar una gran economía reducir el número total de
interruptores, siempre y cuando ellos puedan ser mantenidos o reparados
rápidamente. Esto puede lograrse, ya sea teniendo el equipo de manejo (grúas,
etc.) rápidamente disponible, o efectuando un diseño que permita una rápida
sustitución de los interruptores por una unidad de repuesto disponible en el sitio.
Lo anterior (tendencia europea referente al mantenimiento de subestaciones)
implica tener personal, equipos de manejo y equipos de repuesto disponibles en
los sitios de las subestaciones, lo cual no es muy aplicable en nuestro medio por
razones económicas y por lo alejado, en algunos casos, de las subestaciones con
respecto a los centros urbanos.
Los sistemas modernos de supervisión y diagnóstico de los equipos de
subestación están produciendo el cambio de orientación del mantenimiento en las
compañías de servicio a efectuarlo no en forma periódica sino solamente basado
en la condición del equipo, lo cual seguramente traerá la adopción de
configuraciones más simples y, por consiguiente, más económicas
2.6.2.6.3 Área disponible
La disponibilidad de un sitio puede ser el aspecto más importante en el
planeamiento de una nueva subestación. Cuando el espacio es limitado es
necesario imponer restricciones en el diseño, lo cual puede dar como resultado
una subestación con características inferiores a las requeridas por el sistema.
Usualmente aquellas subestaciones que son simples en un diagrama y utilizan
menos cantidad de interruptores ocupan la menor área. Cuando las restricciones
del área, por ejemplo en áreas urbanas o en terrenos montañosos, o su costo de
adecuación son excesivos se deberá seguir un diseño del tipo encapsulado en
SF6.
Efectuar una comparación general del espacio requerido para las diferentes
disposiciones es difícil, ya que se presentan en cada configuración situaciones
variadas tal como se ilustra en el Capítulo 6, Disposición Física de Subestaciones. Se
pueden comparar en primer lugar, los espacios requeridos por los diferentes arreglos
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físicos de una misma configuración y, en segundo lugar, las áreas necesarias para
las diferentes configuraciones utilizando una determinada disposición física.
6.2.7 Costos
El costo de una subestación está constituido por el costo original (costo de
equipos, del terreno y obras complementarias) más el costo marginal, el cual
puede resultar de la inhabilidad de suministrar energía a los consumidores o la
inhabilidad de hacer uso en la forma más eficiente de la capacidad disponible de
generación durante toda la vida útil de la instalación.
Cualquier decisión para adoptar un diseño particular de configuración en una
subestación debe ser tomado con base en los requerimientos técnicos, previendo
que, en lo económico, sea aceptable. Cualquier ahorro efectuado por el solo
hecho de ahorrar en el costo inicial se encuentra usualmente que es
contraproducente en un tiempo o en otro.
Un método simplificado para comparar el costo de distintas configuraciones
consiste en asignar un valor de 1,0 a los interruptores y de 0,2, 0,25 y 0,3 a los
seccionadores. Así, por ejemplo, si se quieren comparar para una subestación de
ocho circuitos a nivel 550 kV las configuraciones de doble barra e interruptor y
medio, se procede de la siguiente forma:
2.6.2.8 Influencia ambiental
La contaminación, ya sea salina o industrial, es el aspecto ambiental que más
puede influenciar en la selección de una configuración, ya que cuando es severa
trae como consecuencia la necesidad de utilizar una configuración que permita
efectuar mantenimiento en barras sin interrupción del suministro de energía,
aunque dicha configuración no sea la seleccionada después de analizar los
requerimientos del sistema.
6.2.9 Historia y tradición
Aún después de las evaluaciones sobre los requerimientos del sistema y los
estudios estadísticos sobre confiabilidad, es dificil concluir cual es la configuración
ideal en una subestación en particular. En la mayoría de los casos la decisión final
sobre la configuración que se debe utilizar estará también condicionada por la
historia y tradición de la compañía dueña y de sus ingenieros de diseño y
operación o, inclusive, por la influencia que puedan tener o hayan tenido firmas de
ingeniería de consulta en dicha compañía. Introducir nuevas tendencias y
filosofías sobre la selección de una configuración es tarea difícil y a veces
imposible.
6.2.10 Tendencias actuales
Desde hace varios años se presenta a nivel internacional la tendencia de la
liberación o desregulación de los sistemas eléctricos, creándose así la
competencia en la prestación de los servicios de generación, transmisión y
distribución de energía eléctrica. Esto hace que los agentes que participan en los
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diferentes negocios de prestación de los diferentes servicios deban organizar
gastos, ya sea en la inversión inicial o durante la operación y mantenimiento de las
instalaciones.
Esta tendencia se reflejará en configuraciones de subestaciones más simples y
económicas y en la utilización cada vez más de sistemas expertos de supervisión
y diagnóstico para un mantenimiento basado solamente en la condición de los
equipos, eliminando esto último la necesidad, en ciertas subestaciones, de
contar con los seccionadores de paso directo o by-pass.
2.6.3 Metodología de selección
La metodología a seguir para determinar la configuración de una subestación se
puede establecer como sigue:
Determinar el número de módulos o campos de conexión, definir si los circuitos
son de transmisión, generación o transformación y establecer su procedencia.
Cabe anotar que circuitos de inyección provenientes de transformadores de
tensión superior, se pueden considerar como circuitos de generación; asimismo
circuitos hacia una subestación de carga se pueden considerar como de
transformación.
De acuerdo con el número de campos de transmisión, generación o
transformación y con su importancia, identificar el tipo o función principal de la
subestación. Debe tenerse en cuenta que cada subestación por lo general tiene
una función secundaria; así, por ejemplo, una subestación puede ser de
generación como tipo principal y tener una función secundaria de transformación.
De acuerdo con el tipo principal de la subestación, establecer sus necesidades de
flexibilidad, confiabilidad y seguridad. Además, determinar las necesidades
derivadas de su función secundaria.
Determinar las configuraciones que llenen los requisitos anteriores.
Evaluar costo, área requerida y confiabilidad de las configuraciones que llenen los
requisitos exigidos.
Evaluar otros factores (mantenimiento, tradición de la compañía, contaminación,
nuevas tendencias, etc.) y la influencia que puedan tener sobre las
configuraciones que llenan los requisitos exigidos.
Con base en lo anotado en los numerales anteriores, determinar la configuración,
el tipo y el estado del desarrollo; asimismo, los cambios que puede tener dicho
desarrollo con ampliaciones futuras.
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