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Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Cassandro Laura, Moreno Fabián. Configuración subestaciones.

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CONFIGURACIONES DE SUBESTACIONES TENDENCIA EUROPEA. Cassandro, Laura., Moreno, Fabián. {ldcassandroa, fsmorenob}@correo.udistrital.edu.co Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 

Resumen—Este informe representa un resumen asertivo a

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las configuraciones de subestaciones, una configuración representa el arreglo y distribución de los equipos de maniobra de un mismo nivel de tensión, las diversas configuraciones permiten dar y/o alcanzar diferentes grados de Confiablidad, Flexibilidad y seguridad en términos de operación, La tendencia europea corresponde a la conexiones de barras, estas configuraciones son aplicables para subestaciones AIS o GIS.

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Índice de Términos— Confiabilidad, Configuración Flexibilidad, Seguridad.

I. INTRODUCCIÓN ESTE

DOCUMENTO ES UNA COMPILACIÓN SOBRE EL

TEMA SUBESTACIONES ELÉCTRICAS- CONFIGURACIÓN TENDENCIA EUROPEA.

Se indican los conceptos y ejercicios desarrollados en el plan de trabajo de la tutoría de la asignatura, se observan las características principales de las configuraciones de barras, operación de los elementos y eventualidades del sistema eléctrico de potencia.

II. CONEXIÓN POR BARRAS. A. Configuración Barra Sencilla. Este tipo de configuración es la más básica en cuento a su conexión y operación, consta únicamente de un barraje colector donde todos los circuitos al mismo nivel de tensión son conectados, cada circuito cuenta con un sistema de protección y aislamiento, la conexión se realiza mediante el uso de interruptor de potencia, es la configuración más económica y de mayor facilidad de operación ya que es la que contiene menor número de equipos.

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Fig.1. “Configuración barra sencilla”: autor. Esta configuración permite conectar un número mayor de circuitos pero en AT y EAT es recomendable tener pocos campos de conexión, requiere de menor espacio y no presenta grandes posibilidades de operación incorrecta. Todos los interruptores son especializados al nivel de tensión, y se protegen mediante el uso de seccionadores en cada extremo, según la norma ANSI el código para los interruptores de potencia es el número 52 y para el seccionador es 89. Esta configuración tiene como desventaja principal la ausencia de confiabilidad, flexibilidad y seguridad, causando así una suspensión del servicio en caso de falla o mantenimiento, aunque existen variaciones de la barra que permiten desarrollar cierto grado de flexibilidad. Desventajas: 1. La falla o mantenimiento de un interruptor pone fuera de servicio el circuito. 2. Un mantenimiento o falla deja fuera de servicio la subestación completamente.

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B. Configuración Barra Sencilla seccionada. 1.

BARRA CON SECCIONADOR.

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Fig.2. “Configuración barra sencilla seccionada”: autor. Esta configuración permite generar un grado de flexibilidad en la subestación, otorga un mínimo de confiablidad permitiendo continuar el servicio al 50%, para caso de falla en el barraje es necesario desconectar todos los circuitos debido a que la operación del seccionador es en vacío o al mismo nivel de tensión en ambos bornes. Este seccionamiento requiere de un planeamiento detallado y cuidadoso ya que durante la operación no se pueden cambiar de posición los circuitos de una sección de la barra a otra. 2. BARRA CON INTERRUPTOR.

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Fig.3. “Configuración barra sencilla seccionada con interruptor”: autor. Subestaciones Eléctricas

Esta configuración añade un campo de conexión en la barra permitiendo el seccionamiento y dando flexibilidad a la configuración, con este sistema aumentan los costos de inversión pero la flexibilidad y la continuidad de servicio aumenta limitando las posibilidades de servicio a un 505, con respecto a la configuración barra sencilla seccionada con seccionador, permite realizar maniobras en la barra sin necesidad de desconectar todos los circuitos , separando la subestación en dos partes cuando se encuentra energizada. Tiene un porcentaje mayor de confiabilidad debido a la operación del interruptor bajo carga, es necesario contar con un esquema claro de protección de los interruptores y que estos estén asociado a la sección en la que se encuentran asociados, la operación normal de esta configuración es barra sencilla por lo cual el interruptor de seccionamiento debe encontrarse cerrado, la especificación del interruptor de seccionamiento puede disminuir y se puede optar por un interruptor sin capacidad de sincronización de voltaje. C. Barra Sencilla y transferencia. Esta configuración incorpora un mayor número de equipos por lo cual el costo de inversión se eleva y ocupa mayor área , esta configuración implementa una barra alterna de conexión denominada “ TRANSFERENCIA”, además es necesario establecer un campo de conexión entre la barra principal y la barra de transferencia, para realizar la transferencia de uno de los circuitos es necesario implementar un camino alterno del circuito mediante un seccionador hacia la barra de transferencia como se observa en la Fig. 4.

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DESVENTAJAS: Cuando se presenta la falla en la barra principal la subestación debe salir por completo.

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Bp

Para darle mayor flexibilidad se puede utilizar un seccionamiento en la barra principal al igual que en las configuraciones vistas anteriormente.

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D. Doble barra.

Con el fin de mejorar la flexibilidad y confiabilidad se adiciona una segunda barra con las mismas características de la barra principal, esta configuración es bastante flexible ya que permite separar las líneas en cada una de las barras según las condiciones operativas del sistema eléctrico de potencia, garantizando una adecuada confiabilidad pero no seguridad en las barras o interruptores.

Fig.4. “Configuración barra sencilla y transferencia”: autor. El campo de transferencia puede reemplazar cualquier interruptor de línea en caso de presentarse una falla o un mantenimiento en el interruptor, Pero la barra de transferencia UNICAMENTE está diseñada para soportar la corriente de un circuito, nunca pueden estar conectados 2 circuitos a la barra. La barra de transferencia se puede utilizar como puente entre 2 circuitos siempre y cuando un circuito sea de entrada y el otro de salida con el fin de garantizar la corriente desde una única fuente. En condiciones normales de operación la subestación opera únicamente con la barra principal, la barra de transferencia se encuentra desenergizada, el campo de conexión entre las barras debe encontrarse abierto, la operación de la barra de transferencia se hace necesaria únicamente bajo una condición inusual en el sistema. Las dos barras de esta configuración son diferentes en tamaño por lo cual la barra principal posee una mayor capacidad de carga diseñada para la mayor carga de la subestación. Este tipo de subestación subestaciones intermedias

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es

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utilizada

en

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Fig.5. “Configuración doble barra”: autor. Esta configuración permite realizar mantenimientos sin necesidad de desenergizar ninguna línea, este tipo de subestación es muy utilizado en sistemas interconectados por su gran flexibilidad y por generar una continuidad de servicio. En el diseño es necesario considerar la disponibilidad de espacio ya que esta configuración tiene mayor número de equipos que las anteriores, las dos barras deben poseer la misma capacidad de corriente y la capacidad total de la subestación, El

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interruptor de acople de las barras debe tener la capacidad total de corriente de las barras además debe poseer la capacidad de sincronización de voltaje. La condición de operación normal permite que las dos barras se encuentren energizadas cada una independientemente, su funcionamiento depende de las condiciones en las que se encuentre el sistema eléctrico, esta configuración es objeto de preferencia para subestaciones a 220kV y para subestaciones encapsulas en SF6 hasta 400kV. Esta configuración puede tener varias variantes añadiendo elementos como una tercera barra, interruptores y seccionadores.

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DOBLE BARRA MÁS SECCIONADOR DE BY-PASS.

Esta configuración agrupa las propiedades de doble barra y barra principal y transferencia, pero no de manera simultánea, esta propiedad se logra conectando un seccionador en paralelo al interruptor de la línea, esto permite que en condiciones de mantenimiento del interruptor se genere un camino alterno para que la corriente circule y poder realizar los trabajo sobre el interruptor, la línea queda protegida con el interruptor de conexión de barras, para esta condición únicamente se puede generar un mantenimiento a una línea por vez.

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Bp Bt Int 3

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Fig.5. “Configuración doble barra con seccionador By pass”: autor.

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Esta configuración necesita de mayor área y al contar con una mayor cantidad de equipos la operación se vuelve más compleja aumentando la posibilidad de accionamientos incorrectos, esta configuración puede llegar a ser muy flexible en comparación a las anteriores, pero lamentablemente esta característica no es aprovechada a su máximo, ya que usualmente usan esta configuración como una barra principal y reserva no compensado su alta inversión. Esta configuración puede presentar modificaciones constructivas y operativas como realizar la partición de una de las barras mediante un seccionador, incorporar interruptores de acoples en la misma barra pero sementando excesivamente su inversión y corriendo el riesgo de operación. 2.

DOBLE BARRA TRANSFERENCIA.

MAS

BARRA

DE

Esta configuración es una combinación de las propiedades de doble barra con barra y transferencia, el resultado de esta combinación es un arreglo que permite tener simultáneamente flexibilidad y confiabilidad. Para la operación de esta configuración se necesita el uso de 2 interruptores de acople, para poder efectuar las características a la misma vez, esta configuración puede presentar variaciones como el uso de un solo interruptor para las dos operaciones de doble barra y transferencia, pero se debe tener el adecuado uso y operación de los seccionadores, por lo cual se pueden generar errores en su operación, las condiciones operativas son las que generan su justificación de inversión, ya que de no utilizarse de manera adecuada la segunda barra y la barra de transferencia, la subestación está siendo subutilizada sin justificar la inversión.

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E. Ejemplos.

Ejemplos de subestaciones configuración europea en Colombia:

2. BARRA PRINCIPAL TRANSFERENCIA.

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Y

SUBESTACION JAGUAS 230KV

1. BARRA SENCILLA SUBESTACION CALDERAS 115kV.

Fig. 7 “Subestación Jaguas”: ISAGEN. -

Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación, San Rafael, Antioquia.

SUBESTACION BETANIA 230 KV Fig. 6 “Subestación Calderas”: ISAGEN.

-

Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación: San Carlos, Antioquia. Línea: Guatape-Rio Claro.

SUBESTACION BASILLAS 230kV. -

Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación, Mosquera, Cundinamarca. Línea: Mesa-Balsillas.

Fig. 8 “Subestación Betania”: Intercolombia. -

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Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación, Yaguara, Huila.

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3. DOBLE BARRA.

4. DOBLE BARRA MÁS SECCIONADOR BY PASS.

SUBESTACION CIRCO 230 KV SUBESTACION LA MESA 230 KV. -

Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación, La Mesa, Cundinamarca.

SUBESTACION LA ESMERALDA 230 KV.

Fig. 9 “Subestación Circo”: SEMANA. -

Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación, Bogotá Distrito Capital. Fig. 11 “Subestación La esmeralda”: EPM.

SUBESTACION TUNAL 230 KV -

Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación, Chinchiná, Caldas.

III. MANIOBRAS DE OPERACIÓN Y SIMULACIÓN. Mediante el uso del simulador de subestaciones desarrollado por Ing. Eladio Gonzales se puede realizar la simulación de maniobras operativas básicas en cada una de las configuraciones. 1. BARRA SENCILLA. Fig. 10 “Subestación Tunal”: JAIME INGENIEROS S.A. -

Conexión Sistema interconectado nacional. Ubicación, Bogotá Distrito Capital.

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2. BARRA SENCILLA Y TRANSFERENCIA.

Fig. 12 “Esquema Barra Sencilla”: Simulador Subestaciones 2.0. MANIOBRA CONECTAR L-1 Se deben seguir los siguientes pasos: 1. Conectar seccionador 89-1 2. Conectar seccionador 89-2 3. Cerrar interruptor 52-1. Línea L-1 Energizada.

Fig. 14 “Esquema Barra Sencilla y transferencia”: Simulador Subestaciones 2.0 MANIOBRA CONECTAR T-1 POR TRANSFERENCIA. Se deben seguir los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Conectar seccionador 89-13 Conectar seccionador 89-14 Cerrar interruptor 52-5. Conectar seccionador 89-9. Abrir interruptor 52-3 Desconectar seccionador 89-7. Desconectar seccionador 89-8.

Transformador conectado por transferencia.

Fig. 12 “Esquema Barra Sencilla Maniobra L-1”: Simulador Subestaciones 2.0. Fig. 15 “Esquema Barra Sencilla y transferencia maniobra”: Simulador Subestaciones 2.0 Subestaciones Eléctricas

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3. DOBLE BARRA.

Fig. 16 “Esquema doble barra”: Simulador Subestaciones 2.0 MANIOBRA CONECTAR T-2 A BARRA 1 y L2 A BARRA 2. Se deben seguir los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4. 5.

Conectar seccionador 89-9 Cerrar interruptor 52-4. Conectar seccionador 89-4. Conectar seccionador 89-5. Cerrar interruptor 52-2

Línea L2 conectada a B2 y T2 a B1.

4. DOBLE BARRA MAS TRANSFERENCIA.

Fig. 18 “Esquema doble barra más transferencia”: Simulador Subestaciones 2.0 MANIOBRA CONECTAR T-1 A B2 INICIALMENTE CONECTADO A B1 y L1 CONECTAR A TRANFERENCIA INICIALMENTE EN B1. Se deben seguir los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Conectar seccionador 89-13 Conectar seccionador 89-14. Cerrar interruptor 52-4. Conectar seccionador 89-10. Desconectar seccionador 89-9 Abrir interruptor 52-4. Desconectar seccionador 89-13. Desconectar seccionador 89-14.

T1 conectado a B2. 9. Conectar seccionador 89-13. 10. Coenctar seccionador 89-15. 11. Cerrar interruptor 52-4. 12. Conectar seccionador 89-4. 13. Abrir interruptor 52-1. 14. Desconectar seccionador 89-1. 15. Desconectar seccionador 89-2. Fig. 17 “Maniobra doble barra”: Simulador Subestaciones 2.0

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L1 conectada a transferencia.

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Fig. 19 “Maniobra doble barra más transferencia”: Simulador Subestaciones 2.0 IV. CONCLUSIONES Las propiedades de flexibilidad y confiabilidad mejoran con la intrusión de elementos de maniobra que permitan generar variables operativas con el fin de generar caminos alternos de corriente con el fin de generar un buen servicio. Las configuraciones con mayor cantidad de elementos de maniobra corren el peligro de una operación complejo pudiendo generar errores en la operación que ponen en riesgo la continuidad del servicio. Con la intrusión de más elementos es necesario una área disponible mayor, por lo que esta variable es primordial en la etapa de diseño por lo que la configuración propuesta debe sacársele el mayor provecho y no subutilizar las configuraciones flexibles y confiables generando pérdidas en la inversión inicial. REFERENCIAS

[1] Mejia, Villegas, “Subestaciones de alta y extra alta tensión” in HMV, 2nd ed., Ed. Colombia. 2003. [2] Xm, “Configuraciones de subestaciones eléctricas”, in ISA, Colombia. [3] Upme, “Mapa sistema interconectado nacional” UPME, Colombia, 2017. [4] Mendoza,O. “Subestaciones eléctricas, definiciones, tipos y configuraciones” 2010.

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