Consideraciones y aspectos generales en el diseño de subestaciones

Una subestación eléctrica es la exteriorización física de un nodo de un sistema eléctrico de potencia En el que la tensión es transformada a diferentes niveles dependiendo si es para transporte, distribución o consumo, esta energía transportada debe contar con ciertos requisitos de calidad.

Una subestación consiste en un número de circuitos de entrada y salida conectados todos en un punto común, siendo el interruptor el elemento principal del circuito siguiendo después de ellos, los transformadores, seccionadores, pararrayos, y demás equipos de alta tensión, siguiendo luego los equipos de control, protección comunicaciones y demás.

Figura 1. Interruptores de potencia en subestación eléctrica

La tensión de una red no es constante, esta permanece variando de acuerdo con las condiciones de funcionamiento que el sistema eléctrico demande.  Estas tensiones deben contar con unas características como aislamiento para evitar que ocurran fallas, cada subestación es construida con una tensión de operación y tensión máxima de servicio.

La tensión máxima es asignada al sistema según la IEC 60038, de aquí se deriva que la tensión máxima de un equipo es el máximo valor de tensión asignada del sistema para el que el equipo o material debe ser utilizado.

La base para el desarrollo técnico en el diseño de una subestación, es formada por nuevas tecnologías, requisitos dados por las empresas de suministro eléctrico y el cliente final.  El diseño mecánico y eléctrico de las subestaciones presenta un gran reto para los ingenieros diseñadores, pues debe tener en cuenta muchos factores como: selección de la configuración de barrajes que brinden confiabilidad, flexibilidad y seguridad requeridos por las subestaciones, debe tener en cuenta el aislamiento según el nivel de tensión, intensidad del campo eléctrico, sistemas de puesta a tierra para la seguridad del sistema y de las personas.

Para el diseño general de la subestación es indispensable contar con unos datos de entrada:

  • Localización general
  • Tensión de diseño
  • Número de circuitos iniciales
  • Equipos de transformación y/o compensación requeridos
  • Ampliaciones futuras (tamaño final de la subestación)

La determinación del número de circuitos de transmisión y transformación, patios de conexión, ubicación general de la subestación es dada por la unidad de planeación de una compañía de producción y transmisión de energía o el ente regulador de la expansión del sistema de transmisión de un país o región.

En el diseño se debe conocer la altura sobre el nivel del mar, temperaturas mínima, media, máxima mensual y anual, humedad relativa, viento máximo, grado de contaminación ambiental, exposición solar, precipitación pluvial, nivel de descargas atmosféricas, amenazas sísmicas, características topográficas, planos generales del área, con indicación de vías de acceso y línea de transmisión, condiciones de suelos del terreno, resistividad del terreno.

En cuanto a los datos del sistema, se debe tener en cuenta tensión y frecuencia que se le va a asignar a la instalación, estudio de flujos de cargas para diferentes años, corriente máxima de cortocircuito, requerimientos de estabilidad del sistema, capacidad máxima del transporte y longitud de líneas de transmisión, sobretensiones transitorias y régimen permanente del sistema para EAT y UAT y los requerimientos de compensación reactiva del sistema en el punto de la subestación.

Luego de determinados estos factores, se debe identificar el tipo de subestación con la que se quiere trabajar para asignarle una configuración, configuración dada por el diseñador, de acuerdo a varios factores como: respaldo, mantenimiento, confiabilidad, etc.

Figura 2. Configuración de subestación de barras simples con barras de transferencia y by-pass

En la ejecución, se deben tatar actividades como diseños electromecánicos, civiles y ambientales.  En los estudios del sistema, se llevan estudios eléctricos que permiten definir parámetros útiles en el diseño de la subestación, considerando condiciones estacionarias y transitorias del sistema de potencia.

En los equipos de alta tensión se debe seleccionar los interruptores automáticos, seccionadores, seccionadores de puesta a tierra, transformadores de corriente, transformadores de potencial, pararrayos para los sistemas, aisladores, y materiales de conexión.

En equipos de transformación y compensación, seleccionar, autotransformadores y transformadores, reactores de línea, reactores de terciario, reactores de neutro, baterías de condensadores, compensación serie, sistema de compensación estática, transformador zigzag de puesta a tierra, etc.

En equipos de media tensión se realiza la definición y especificación de equipos de maniobra y conexión a tensiones entre 1000V y 72,5 kV, estos equipos se pueden diseñar para instalaciones exteriores o instalación en celdas; los equipos serían los siguientes:  celdas, interruptores automáticos, seccionadores de puesta a tierra, transformadores de corriente, transformadores de tensión, pararrayos del sistema, aisladores de soporte para el sistema, cables y terminales de media tensión y malla de tierra; esta última, se debe calcular y elaborar los planos, basados en la resistividad aparente del terreno.

En el sistema de protección y análisis de falla, se requiere saber de tipos y cantidades de campos que conformarían la subestación, longitud de líneas, equipos de compensación de reactiva, control de sobretensiones, etc.

El resultado final de las actividades de diseño, es una buena elaboración de los pliegos de condiciones; indispensable, la descripción del proyecto, alcance de las obras, condiciones contractuales y legales, formulario de cantidades, precios y características de equipos garantizadas, especificaciones técnicas y planos.

Una vez terminado el montaje de la subestación se procede con las pruebas del sistema y la puesta en servicio, entrega de planos y diagramas eléctricos.

Ing. Deiner López Gómez
Líder de Subestaciones
Transequipos S.A.

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