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Redes Electricas Con Inserto
 

Redes Electricas Con Inserto

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    Redes Electricas Con Inserto Redes Electricas Con Inserto Presentation Transcript

    • REDES ELECTRICAS CAPITULO II A lo largo de la historia de la humanidad el hombre ha suplido la necesidad de generar electricidad de diversas maneras. Unas se emplean con mayor frecuencia que otras debido a un sin numero de consideraciones en distintos campos. La energía eléctrica se genera principalmente utilizando recursos hídricos y en otros casos recursos naturales no renovables. Debido a que estos recursos son utilizados en muchas otras aplicaciones y teniendo en cuenta que son no renovables el hombre a optado por estudiar y desarrollar modalidades de generación de electricidad como alternativa a las utilizadas tradicionalmente en el mundo entero. La energía eléctrica se genera principalmente utilizando recursos hídricos y en otros casos recursos naturales no renovables. Debido a que estos recursos son utilizados en muchas otras aplicaciones y teniendo en cuenta que son no renovables el hombre ha optado por estudiar y desarrollar modalidades de generación de electricidad como alternativa a las utilizadas tradicionalmente en el mundo entero.
    • CENTRALE DE GENERACION (2.1) TIPOS DE CENTRALES (2.1.1) El proceso de generación de energía eléctrica se basa en la transformación de un tipo de energía (química, mecánica, térmica, luminosa) en energía eléctrica. Para dicho proceso de transformación de energía, se acude a las llamadas centrales eléctricas de generación; Dependiendo de la fuente principal de energía utilizada las centrales generadoras pueden ser: Hidráulicas, térmicas, nucleares, alternativas (eólicas, solares, geotérmicas o de biomasa). CENTRALES HIDRO- CENTRALES TERMO- CENTRALES NUCLEARES ELECTRICAS ELECTRICAS CENTRALES ALTERNATIVAS GENERADORES GENERADORES GENERADORES GENERADORES DE GENERADORES EÓLICOS SOLARES GEOTERMICOS BIOMASA MAREOMOTRIZ
    • CENTRALES HIDRO-ELECTRICAS BAJO ANCHICAYA Las centrales hidroeléctricas, son aquellas en las que se hace una transformación constante de la energía potencial del agua en energía cinética, cuando esta es puesta en movimiento a través de canales que la dirigen hacia la turbina, en la cual esta energía se transforma en mecánica debido al movimiento que se produce en las aspas, dicha turbina a su vez, se encuentra acoplada al eje de un generador en el cual la energía mecánica finalmente es convertida en energía eléctrica.
    • TIPOS DE CENTRALES HIDROELÉCTRICAS CENTRAL HIDRO-ELECTRICA DE PASADA CENTRAL HIDRO-ELÉCTRICA CON EMBALSE Es el tipo de hidroeléctrica en la que no se tiene una En este tipo de central se cuenta con una o varias represas, presa de acumulación de agua, esta fluye por el las cuales permiten una acumulación de agua para formar caudal del río hasta la turbina, y al pasar por ella lagos artificiales, este tipo de central requiere la sigue su camino; en ocasiones se realiza una pequeña construcción de grandes barreras de concreto u hormigón, represa para que el agua no se pierda por por lo tanto, para su implementación es necesaria la rebosamiento. inversión de grandes cantidades de dinero en comparación con la central de pasada, pero tiene la ventaja que se puede contar con agua para generar durante todo el año, aunque el río que suministra el agua a la presa se seque. CENTRALES DE BOMBEO Esta cuenta con dos tipos de embalse, uno superior y uno inferior, el superior se utiliza como los demás embalses, el agua se deja caer para permitir el movimiento de la turbina, en el momento en que la demanda disminuye se utiliza una moto bomba para hacer que el agua que ha caído al embalse inferior sea llevada al superior para que nuevamente se realice el ciclo productivo.
    • PARTES DE UNA CENTRAL HIDRO-ELECTRICA
    • LA PRESA (AGUA EMBALSADA) Es el lugar en el cual el agua es retenida y almacenada para su posterior utilización, en estas construcciones se tienen diferentes niveles, uno básico y uno de contención o nivel mínimo para generar energía eléctrica. Las presas se pueden clasificar según el material en que fueron construidas, presas de tierra o piedra y en presas de hormigón, de estas últimas las más comunes son las de gravedad, bóveda y contrafuertes. PRESAS DE TIERRA O PIEDRA PRESAS DE HORMIGÓN Este tipo de presas son muy usadas para contener agua, están Reciben este nombre debido al material en que son construidas. construidas en materiales naturales con poca transformación como arcilla, arena, grava o roca, debido a que los materiales PRESAS DE GRAVEDAD no son muy estables es necesario que la anchura de la presa corresponda a cuatro o siete veces su altura. Este tipo de presa es muy duradera y no necesita demasiado mantenimiento, la seguridad de esta presa radica en su peso el cual contrarresta el momento de vuelco producido por el almacenamiento de agua, son de forma triangular, su base es ancha y se va reduciendo hacia la parte superior, el lado que esta hacia el embalse es casi vertical y cuando la altura es superior a 20 metros se construye sobre roca por la resistencia del terreno. PRESAS DE CONTRAFUERTE Estas presas constan de una pared inclinada que resiste el agua y unos soportes triangulares que la sostienen, los cuales transfieren la carga del agua a la base, estas presas utilizan menor cantidad de hormigón que las de gravedad, pero en su instalación necesitan refuerzos de acero. Son utilizadas en lugares en los que el terreno es poco estable. PRESAS DE BÓVEDA Este tipo de presa es utilizado en espacios pequeños, el lado que se encuentra hacia el embalse es en forma de arco con el propósito de distribuir la carga hacia los extremos de la presa, para su construcción se utiliza menor cantidad de hormigón que en las de gravedad.
    • LOS ALIVIADEROS TOMAS DE AGUA Son los elementos que tienen las presas para liberar Es una tubería que se instala en la pared parte del agua cuando esta sobrepasa el nivel básico, anterior de la presa, es la encargada de llevar el los aliviaderos se pueden encontrar en la parte superior agua a la casa de maquinas, esta tubería dispone o inferior de la pared principal de la presa, en ambos de una serie de compuertas que regulan el flujo casos cuenta con compuertas de acero móviles que se de agua y unas rejillas que previenen el paso de accionan en el momento que el agua sobrepase el nivel ramas o elementos que puedan causar daños a la permitido, una vez el agua a salido se deja caer en una turbina. cuenca para prevenir daños en el entorno. CHIMENEA CASA DE MÁQUINAS Es un pozo vertical que se encuentra cercano a las Construcción en la cual se ubican el generador, las turbinas, es la encargada de brindar una compensación en turbinas, y elementos de regulación y comando. Es la presión que deben soportar la toma de agua en el por este lugar donde las tomas de agua hacen momento en que la carga del generador aumenta o contacto con las aspas para mover la turbina y por disminuye. En el caso en que la carga del generador consiguiente el rotor del generador, a la entrada disminuya el agua encuentra menor resistencia en la de esta tubería se encuentran unas compuertas chimenea y subirá por esta; en caso contrario el agua que que se pueden cerrar para que no fluya agua hacia se encuentra en la chimenea bajará a las tomas la casa de maquinas, en el momento en que sea aumentando la presión. requerido la realización de alguna reparación o mantenimiento.
    • TURBINAS USADAS EN LA CENTRALES HIDRO-ELECTRICAS La turbina es una maquina rotativa que convierte la energía de una caída de agua en energía mecánica, esta conformada por un rotor con aspas uniformemente distribuidas en su periferia, de manera que el agua produce una fuerza tangencial que impulsa el rotor y lo hace girar, este se encuentra acoplado por medio de un eje al generador. Principalmente se habla de tres tipos de turbinas hidráulicas: Pelton, Francis, Kaplan TURBINA PELTON TURBINA FRANCIS TURBINA KAPLAN Posee aspas en su rotor en forma de La turbina Francis es utilizada para Son muy útiles en saltos inferiores a cucharas, por medio de las cuales es impulsado saltos entre 30 y 500 metros con caudal 50 metros y caudales superiores a el eje cuando el agua cae a presión sobre entre 120 y 400 revoluciones por 300 rpm. ellas, para ser movida sin choque y así ceder minuto. toda su energía cinética. es utilizada en grandes saltos comprendidos entre 500 y 2000 metros con caudales pequeños.
    • CARACTERISTICAS Y UTILIZACION DE LAS CENTRALES HIDRO-ELECTRICAS CARACTERISTICAS Cerca del 80% de generación electrica en nuestro pais es a base de centrales hidro-electricas VENTAJAS Las centrales hidroeléctricas presentan varias ventajas frente a los demás tipos de centrales, entre las cuales se pueden mencionar su construcción duradera, su fuente renovable, la poca contaminación ambiental que produce, el bajo costo de generación y mantenimiento, así como la rapidez de la puesta en marcha y paro de la turbina hidráulica. DESVENTAJAS De la misma manera también presenta desventajas como el largo tiempo de construcción, el alto costo de esta y la tardanza en la recaudación de la inversión, así como la imprevisibilidad de las precipitaciones y la construcción de un sistema de transmisión debido a la ubicación geográfica de los embalses lo cual aumenta las pérdidas de energía y causa Impacto ambiental en los ecosistemas.
    • GENERACION HIDRAULICA EN COLOMBIA En el año 2004 el Sistema Interconectado Nacional presentó una generación de energía de 48,571.52 GWh, de los cuales el 82.06% (39,856.34 GWh) corresponde a Generación Hidráulica. De este porcentaje vale la pena destacar la participación de las siguientes centrales hidroeléctricas: Guavio 16.1%, San Carlos 16.0%, Chivor 11.1%, Paraíso Guaca 8.7%, Guatapé 8.1%, Guatrón 6.6%, Betania 4.9%, Porce 2 4.4% y otros 24.2% Participación de las centrales hidráulicas en Colombia para el año 2004
    • TERMO-ELECTRICAS TERMOVALLE (CALI) El proceso de generación en las centrales termoeléctricas, se basa en la combustión de carbón, gas o fuel-oil por medio de quemadores para producir energía calorífica, la cual permite que el agua que circula por ductos ubicados al interior de la caldera, sea convertida en vapor a alta presión. Este vapor pasa a través de la turbina, cuyo cuerpo se encuentra dividido en tres zonas principales relacionadas con la presión: alta, media y baja. El paso del vapor por la turbina ocasiona el movimiento de sus aspas, provocando el giro del eje en el generador, el cual transforma esta energía mecánica en energía eléctrica.
    • TIPOS DE CENTRALES TERMO-ELECTRICAS LAS CENTRALES TERMOELÉCTRICAS SE PUEDEN CLASIFICAR SEGÚN EL TIPO DE COMBUSTIBLE QUE SE UTILIZA EN LAS CALDERAS: CENTRALES DE CENTRALES DE CENTRAL DE CENTRALES CARBÓN FUEL-OIL GAS MIXTAS Estas utilizan como Estas utilizan como Estas utilizan como En esta central, debido a la combustible para sus combustible un derivado del combustible gas natural, variedad de equipos que calderas el carbón, el cual petróleo, este debe ser ellas disponen de un poseen pueden manejar debe ser previamente calentado para que quemador especial para el cualquier tipo de triturado, para luego ser fluidifique, y así pueda ser manejo de este. combustible, fuel-oil, carbón adicionado a la caldera. inyectado a los quemadores o gas. especialmente diseñados para el manejo de este tipo de fluidos. TODAS ELLAS GENERAN VAPOR, QUE HACE MOVER UNA TURBINA DE ESTE TIPO, LA CUAL ESTA ACOPLADA AL GENERADOR DE ENERGIA ELECTRICA
    • CICLOS DE UNA CENTRAL TÉRMICA Ciclo Abierto: Para el proceso de producción de energía eléctrica en este ciclo, interfieren los siguientes elementos; CALDERA la cual quema el combustible para convertir el agua que circula por los ductos en vapor a alta presión que es enviado a la TURBINA generando movimiento en ella y a la vez en el generador al que se encuentra acoplado, el vapor proveniente de la turbina es suministrado al CONDENSADOR el cual lo enfría para ser enviado al medio ambiente. Ciclo Cerrado: En el ciclo cerrado intervienen los mismos elementos del ciclo abierto, solo que el agua resultante de la condensación es enviada a la caldera para iniciar de nuevo el proceso. Ciclo Combinado: Este ciclo es llevado a cabo mediante la utilización de dos tipos de turbina, la primera es una turbina de gas impulsada por gas natural o fuel oil, produciendo el movimiento de un generador y así la producción de energía eléctrica, por otro lado los gases emitidos por esta turbina son utilizados en la caldera para calentar agua y convertirla en vapor que será enviado a una turbina de vapor para hacerla girar junto con el generador acoplado a ella, una vez el vapor atraviesa la turbina es conducido a un condensador que lo transforma en agua para ser llevada a la caldera y reanudar el ciclo.
    • CARACTERISTICAS Y UTILIZACION DE LAS CENTRALES TERMO-ELECTRICAS CARACTERISTICAS En nuestro pais se genera el % con termo-electricas VENTAJAS Las centrales termoeléctricas presentan una gran ventaja al no depender de las condiciones climáticas para el abastecimiento de su combustible; además de encontrarse en una etapa de crecimiento tecnológico en el desarrollo de procesos que permitan obtener mayor cantidad de energía a menor costo. DESVENTAJAS -- Este tipo de centrales presenta inconvenientes a nivel ambiental, ya que se genera una gran contaminación debido a la quema de los combustibles fósiles utilizados en las calderas, dichos combustibles son de origen natural y no renovables por lo cual se pueden presentar problemas a largo plazo. -- Otro inconveniente que se presenta es el almacenamiento y alto costo que acarrea el transporte de su combustible.
    • CENTRALES NUCLEARES CENTRAL ELECTRICA NUCLEAR EN RIO DE JANEIRO (BRASIL) Una central nuclear es una central termoeléctrica en la que se remplaza la caldera por un reactor en el cual se realiza fisión o fusión nuclear para producir calor y elevar la temperatura del agua que se encuentra en su interior, el agua caliente circula por ductos hacia el generador de vapor y regresar al reactor con la ayuda de una bomba, en el generador de vapor se halla agua fría proveniente del condensador, esta se transforma en vapor por la transferencia de calor que ocurre entre dicha agua y la tubería con agua caliente que viene del reactor. El vapor producido en el proceso anterior es inyectado a la turbina, pasando por los tres cuerpos de ella: alta media y baja presión, a medida que los atraviesa mueve las aspas y el eje acoplado al generador de energía eléctrica. El vapor a baja presión que sale de la turbina es llevado al condensador donde es convertido nuevamente en agua para ser retornada al generador de vapor y así reanudar el ciclo. Estas centrales constan de uno o varios reactores, que son contenedores (llamados habitualmente vasijas) en cuyo interior se albergan varillas u otras configuraciones geométricas de minerales con algún elemento fisil (es decir, que puede fisionarse) o fértil (que puede convertirse en fisil por reacciones nucleares), usualmente uranio, y en algunos combustibles también plutonio, generado a partir de la activación del uranio. En el proceso de fisión radiactiva, se establece una reacción que es sostenida y moderada mediante el empleo de elementos auxiliares dependientes del tipo de tecnología empleada. La fisión nuclear consiste en la división del núcleo de un átomo pesado en otros elementos más ligeros, de forma que en esta reacción se libera gran cantidad de energía. A pesar de ser altamente productiva (energéticamente hablando), es también muy difícil de controlar, como podemos ver en el desastre de Chernóbil, y en las bombas de Nagasaki e Hiroshima.
    • PARTES DE UNA CENTRAL NUCLEAR CIRCUITO PRIMARIO CIRCUITO SECUNDARIO CIRCUITO DE REFRIGERACION La función principal de este circuito es En este circuito se convierte el agua Este circuito, esta conformado por La Turbina, mantener la circulación constante de agua fría en vapor para ser inyectado en la El Condensador Y El Generador De Energía por el condensador para que este pueda turbina y está conformado por los Eléctrica, y se encarga de convertir la energía transformar el vapor (que sale de la turbina) en siguientes elementos: Reactor térmica en energía mecánica y esta en energía agua, que es reenviada al generador de vapor y Nuclear, Presionador Generador de eléctrica. reiniciar el ciclo. Vapor, Contención y Edificio del El vapor producido en el generador es enviado El circuito de refrigeración básico esta Anillo Del Reactor. al condensador a través de la turbina, en ella se conformado por ductos que conducen agua a produce el movimiento de las aspas que se elevada temperatura del condensador a las dos encuentran ubicadas en su eje el cual se halla torres de refrigeración en donde se reduce la acoplado al generador de energía eléctrica; el temperatura del agua y se evacua el vapor vapor que llega al condensador es convertido en generado por el choque de agua caliente con la agua que regresa al generador de vapor para corriente de aire que circula en forma reiniciar el ciclo. ascendente por ellas
    • TIPOS DE REACTOR Los reactores se clasifican según la velocidad de los neutrones producidos por la fisión en Reactores Rápidos Y Reactores Térmicos. REACTORES RÁPIDOS Este tipo de reactor no utiliza moderador, por esta razón la velocidad de los neutrones no es controlada, emplea como combustible óxido de uranio o uranio y plutonio, refrigerado normalmente en sodio, su característica principal es la producción de plutonio el cual se puede utilizar como combustible en reactores rápidos o en térmicos. REACTORES TÉRMICOS Los reactores de esta clase se dividen según el tipo de combustible y refrigerante utilizados en: Reactor de agua a presión (PWR) En este tipo de reactor se utiliza como refrigerante y moderador agua ligera y como combustible el oxido de uranio; el refrigerante circula a una presión que no permite que el agua alcance el punto de ebullición, y así ser enviada al generador de vapor. Reactor de agua en ebullición (BWR) Este tipo de reactor utiliza elementos similares al (PWR), pero el refrigerante circula a menor presión lo que hace que el agua alcance el punto de ebullición y parte de esta se convierta en vapor, este es procesado para minimizar la cantidad de humedad que pueda contener y finalmente enviarlo a la turbina. Reactor de agua pesada (HWR) En esta clase de reactores el combustible utilizado es el uranio, se emplea agua pesada como moderador y el refrigerante puede ser agua pesada a presión o en ebullición. Reactor de grafito-gas. Esta clase de reactores utilizan grafito como moderador y como refrigerante dióxido de carbono, estos se dividen en dos tipos los (AGR) llamados avanzados en gas que emplean el óxido de uranio como combustible y los (HTGR) reactores de alta temperatura en los que el combustible es una mezcla de torio con uranio y el refrigerante utilizado es helio. Reactor de agua en ebullición (RBMK) Llamados reactores de canales de alta potencia, su función principal es la elaboración de plutonio, el combustible utilizado es el uranio, es moderado con grafito y refrigerado en agua.
    • CARACTERISTICAS Y UTILIZACION DE LAS CENTRALES ELECTRICAS NUCLEARES CARACTERISTICAS En nuestro pais no existen centrales electricas nucleares VENTAJAS -- Un aspecto importante en este tipo de central es el alto nivel de seguridad que presenta lo que hace que el riesgo de un accidente sea mínimo. Vale la pena destacar que -- Las centrales nucleares presentan menor grado de contaminación atmosférica que otras centrales térmicas, al igual que la utilización de menor cantidad de combustible para producir la misma cantidad de energía eléctrica. DESVENTAJAS -- El combustible utilizado en las centrales nucleares es un recurso limitado y sus residuos son muy difíciles y costosos de tratar. -- Debido al proceso al que es sometido el combustible, en caso de accidente las consecuencias serían muy graves, ya que la radioactividad puede provocar diferentes tipos de cáncer o la muerte.
    • CENTRALES ALTERNATIVAS Las centrales de energías alternativas comprenden las centrales SOLARES las cuales utilizan la radiación solar, las EOLICAS que aprovechan las masas de aire, la BIOMASA en la cual se trabaja con materia orgánica procesada, la GEOTERMICA que utiliza como fuente de energía el calor que se encuentra en el interior de la tierra y la MAREOMOTRIZ que emplea mareas. CENTRALES SOLARES CARACTERISTICAS El sistema genera tensiones de 12, 24 o 48 voltios y consta de un mecanismo de control y regulación, un acumulador de energía y un convertidor de corriente directa en alterna. VENTAJAS La energía eléctrica por conversión fotovoltaica no tiene incidencia en el medio ambiente y se puede utilizar en lugares distantes a redes de transmisión o distribución DESVENTAJAS El efecto de la radiación solar sobre la tierra puede ser utilizada para generar energía mediante la aplicación de diversos principios físicos, uno de ellos es la vía térmica en la que la radiación del sol , una desventaja que presenta es el efecto es concentrada para generar calor. El otro es la conversión visual y el gran espacio que necesita para su directa de la radiación solar en energía eléctrica mediante la instalación, además del alto costo de las utilización de celdas fotovoltaicas, esta clase de conversión es células fotovoltaicas. conocida como fotovoltaica. La conversión fotovoltaica se produce cuando las radiaciones solares inciden sobre paneles formados por placas de silicio o arseniuro de galio en estado cristalino, las cuales transforman la energía solar en eléctrica mediante la excitación de sus electrones.
    • CENTRALES EÓLICAS El proceso de generación de energía eléctrica es llevado a cabo por un aerogenerador, el cual esta conformado por Las aspas, su función es capturar el viento y transferir la potencia al buje que se encuentra acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador el cual conecta al multiplicador que aumenta la velocidad de giro, este a su vez se encuentra unido al eje de alta velocidad el cual cuenta con dos frenos el primero es aerodinámico que entra en funcionamiento cuando la velocidad del viento supera los 100 Km/h y uno de disco que se acciona cuando el primero falla o para realizar mantenimientos. El generador cuenta con una unidad de refrigeración que contiene un ventilador para enfriarlo y un controlador electrónico para monitorear el funcionamiento del aerogenerador y el mecanismo de orientación compuesto por el anemómetro y la veleta, en caso de falla detiene el aerogenerador y envía un mensaje al encargado. En la Góndola se encuentran alojados el multiplicador, el eje de alta velocidad, el generador, la unidad de refrigeración y el controlador. El aerogenerador se encuentra sobre una torre de 40 a 60 metros de altura, pueden ser tubulares y en su interior contar con escaleras para el acceso del personal en caso de mantenimiento. La energía eólica es aquella que utiliza el viento para producir energía mecánica o energía eléctrica. VENTAJAS DESVENTAJAS -- La energía eólica presenta ventajas destacables debido a que no -- Los escasos inconvenientes con la energía eólica radican en la presenta niveles de contaminación atmosférica, utiliza como fuente necesidad de zonas geográficas con vientos constantes y moderados. energética un recurso renovable, y los precios de energía eléctrica -- En muchos casos se emplean acumuladores para mantener el flujo son competitivos con respecto a otras formas de generación. eléctrico sostenido, aunque la velocidad del viento sea inferior a la -- Son ideales en zonas aisladas en donde otros recursos requerida. energéticos son escasos e inclusive nulos. -- También existen algunos inconvenientes de ubicación cuando se -- Un aerogenerador produce potencias entre los 100 y 400 Kw. instalan parques eólicos debido al radio, del eje al extremo de las Cuando se forma un parque eólico se logra alcanzar potencias de aspas, con medidas de hasta 30 m. Sin embargo, la energía eólica es unos 1120 Mw. una gran alternativa que día a día desarrolla una mayor importancia a -- Sin embargo, la energía eólica es una gran alternativa que día a nivel mundial. día desarrolla una mayor importancia a nivel mundial
    • ENERGIA POR BIOMASA Existen dos métodos para obtener combustible orgánico: MÉTODO TERMOQUÍMICO En este proceso es utilizado el calor para transformar los residuos orgánicos en combustible sólido, liquido o gaseoso; en este método se puede hablar de Combustión: oxidación completa producida por el oxigeno, donde se libera agua y gas carbónico; es utilizada en calefacción domestica. Pirolisis: es la combustión incompleta por falta de oxigeno, produciendo elevación de temperatura a unos 500 C aproximadamente, libera gas con mezcla de monóxido y dióxido de carbono, que se utiliza para poner en funcionamiento motores diesel o generar electricidad. MÉTODO BIOLÓGICO Fermentación alcohólica: utiliza azucares, celulosa o almidón que acompañados por destilación producen alcohol para ser utilizado en motores de explosión. Fermentación metánica: La biomasa aprovecha los residuos agrícolas, es realizada por bacterias en residuos húmedos sin la utilización de forestales o urbanos para realizar una transformación oxigeno, para producir gas. artificial o natural en ellos y producir combustible orgánico sólido como el carbón vegetal, líquido como el alcohol y gaseoso como biogás, que pueden remplazar los utilizados en las centrales térmicas. La biomasa ayuda con el reciclaje de residuos urbanos y la limpieza de los bosques, aunque para su aplicación es necesario contar con grandes áreas de cultivo.
    • ENERGÍA GEOTÉRMICA CARACTERISTICAS La energía geotérmica es la obtenida del calor producido entre la corteza y el manto superior de la tierra, provocado en mayor medida por desintegración de elementos radioactivos, dicho calor se transfiere a la superficie terrestre de manera natural en manantiales calientes, géiseres o fumarolas y de forma violenta en vulcanismo o terremotos. En ocasiones este calor es extraído artificialmente para ser utilizado en procesos de generación de energía eléctrica, calefacción o secado industrial. La energía geotérmica se utilizó para generación de electricidad en Toscana (Italia) en el año 1904, este proceso se puede realizar de dos maneras una consiste en la excavación del subsuelo hasta perforar rocas secas y calientes y allí inyectar agua fría por una tubería que al contacto con ellas se convierte en vapor el cual fluye por otro ducto a la superficie. Otra manera es la perforación de aproximadamente 3000 m bajo el nivel del mar para encontrar reservas de vapor, el cual es purificado en la boca del pozo para ser transportado por tubos hasta las turbinas.
    • ENERGIA MAREOMOTRIZ CARACTERISTICAS La energía mareomotriz es la que utiliza como fuente energética las mareas, las olas, la corriente y el gradiente de temperatura del mar para generar electricidad. VENTAJAS Este tipo de centrales tiene una vida útil prácticamente ilimitada con un bajo costo de mantenimiento, ocasiona poca contaminación ambiental y su funcionamiento no depende de las condiciones climáticas DESVENTAJAS aunque también presentan desventajas como la gran Para la utilización de las mareas en el proceso de generación de energía inversión inicial para su construcción, el impacto visual eléctrica, es necesario la construcción de un dique o barrera para que causan sus instalaciones, así como el efecto formar un embalse, en el dique se encuentran alojadas las turbinas, los negativo que ocasiona en algunos casos a la flora y generadores y las compuertas, las cuales se abren cuando la marea sube fauna, su ubicación geográfica esta ligada a la amplitud para permitir el paso de agua del mar hacia el embalse pasando por la de las mareas que debe superar los cuatro metros de turbina hasta igualar el nivel del mar, produciendo movimiento en la altura para que sea efectiva. turbina y en el generador acoplado a ella; luego cuando la marea baja las compuertas suben de nuevo para que el agua almacenada regrese al mar atravesando la turbina en sentido contrario al inicial, produciendo con su paso movimiento en la turbina y en el generador.
    • PRINCIPALES PLANTAS DE GENERACION EN COLOMBIA
    • LINEAS DE TRANSMISION (2.2) Las líneas de transmisión están conformadas por conductores, aisladores, torres y un cable de protección contra rayos, este conjunto permite el transporte de energía eléctrica desde las plantas de generación hasta una subestación, conexión entre subestaciones o entre generadoras, se caracterizan por su longitud y gran capacidad de transporte de potencia y energía, en Colombia las líneas de trasmisión manejan niveles de tensión de 220-230 y 500 kV a frecuencias de 60 Hz. TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA (2.2.1.) La transmisión de energía eléctrica se realiza en corriente directa o en corriente alterna. TRANSMISION EN CORRIENTE DIRECTA TRANSMISIÓN HVDC (HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT) La transmisión de alto voltaje en corriente directa necesita como mínimo dos estaciones conversoras, una de corriente alterna a directa en extremo de la central generadora y otra de directa a alterna en los centros de consumo, este tipo de transmisión es utilizado en la interconexión de sistemas con frecuencias diferentes, transmisiones a longitudes superiores a 500km, interconexiones submarinas extensas o en lugares en los que no hay espacio suficiente para el montaje de grandes estructuras. TRANSMISIÓN HVDC – ITAIPU – BRASIL Esta es la transmisión en HVDC más grande del mundo con dos acoplamientos importantes en HVDC de ABB que abastecen a Sao Pablo. El proyecto de la transmisión en HVDC de Itaipu en el Brasil, propiedad de Furnas Centrais Elétricas en Río de Janeiro (compañía de Elétrobras), es sin duda alguna la transmisión más impresionante en HVDC a nivel mundial. Tiene una energía total de 6300 MW y una tensión de 600kV. VENTAJAS Las ventajas que presenta la transmisión en corriente directa (C.D.) con respecto a la corriente alterna (C.A.), consiste en la disminución de costos en estructura debido al menor tamaño de las torres utilizadas en C.D. y los conductores ya que se puede utilizar solo uno o dos y no tres o mas como en C.A., así como la disminución en perdidas de transmisión por calentamiento y efecto corona.
    • LINEAS DE TRANSMISION Una línea de transmisión es un sistema de conductores metálicos para transferir energía eléctrica de un punto a otro
    • Líneas de transmisión  Las líneas de transmisión están conformadas por conductores, aisladores, torres y un cable de protección contra rayos. Se caracterizan por su longitud y gran capacidad de transporte de potencia y energía.  en Colombia las líneas de trasmisión manejan niveles de tensión de 220-230 y 500 kV a frecuencias de 60 Hz.
    • TRANSMISION DE ENERGIA ELECTRICA Se realiza en corriente directa o en corriente alterna. La transmisión de alto voltaje en corriente directa necesita como mínimo dos estaciones conversoras, una de corriente alterna a directa en el extremo de la central generadora y otra de directa a alterna en los centros de consumo
    • TRANSMISION DE ENERGIA ELECTRICA TRANSMICION HVDC Las ventajas que presenta la transmisión en corriente directa (C.D.) con respecto a la corriente alterna (C.A.)  disminución de costos en estructura debido al menor tamaño de las torres utilizadas en C.D. Se puede utilizar solo uno o dos conductores y no tres o mas como en C.A. disminución en perdidas de transmisión por calentamiento y efecto corona. Un ejemplo de transmisión HVDC es la generadora de ITAIPU- Brasil, que de este tipo es la mas grande del mundo con dos acoplamientos importantes en HVDC de ABB que abastecen a Sao Pablo
    • TRANSMICION HVDC La transmisión en corriente directa utiliza dos tipos de conexión:  MONOPOLAR, utiliza un solo conductor para llevar la energía de una central conversora a otra y la tierra o el mar actúan como retorno de ella.  BIPOLAR Consiste en la combinación de dos sistemas monopolares uno con polaridad positiva y otro con polaridad negativa con respecto a tierra, cada sistema puede funcionar como monopolar con retorno por tierra, si se presenta falla en alguno de los dos sistemas este se puede utilizar como retorno.
    • CONFIGURACION DE SISTEMAS HVDC BACK TO BACK PUNTO A PUNTO MULTITERMINAL UNITARIO
    • TECNOLOGIA SEGÚN EL CONVERTIDOR UTILIZADO CLASICA O LCC ,transmite tensiones de 500kv a 1500 MW entre Tree George y china VSC , empleada en Cross sound (ee uu) con una potencia de 330 MW con tensiones aproximadas de 150 Kv En Colombia hasta el momento no se emplea la transmisión de corriente directa.
    • TRANSMISION DE CORRIENTE ALTERNA • La transmisión de alta tensión en corriente alterna es la más utilizada, ya que la energía a la salida es en corriente alterna, lo que hace que la transmisión se realice de manera directa sin necesidad de convertidores como en el caso de la transmisión en HVDC.
    • NIVELES DE TENCION • En Colombia, en el proceso de transmisión de energía eléctrica se manejan niveles de tensión altos 220-230 kV y 500 kV, comparados con la tensión de generación de 13,8 KV.
    • LÍNEA SAN CARLOS – SABANALARGA Esta es una línea de transmisión a 500 kV localizada en Antioquia, Córdoba y Atlántico – Colombia -, de circuito sencillo, con cuatro subconductores por fase, en estructuras metálicas autosoportadas. La línea tiene una longitud total: 543 km. Conformada por dos cables de guarda, 593 torres. Las estructuras son autosoportables de acero galvanizado y configuración horizontal. Los conductores empleados son FLINT AAAC. 740,8 y los cables de guarda son Alumoweld, 7 No. 9 AWG y Minorca ACSR HB 110,8 MCM. El tipo de topología en el cual esta construida la línea es montañosa, ondulada y plana.
    • TOPOLOGIA DE CONSTRUCCION Para la red de 500 KV se dispone de 1450 Km, distribuidos en ocho líneas todas propiedades de ISA.
    • LÍNEAS DE TRANSMISIÓN A 500 KV
    • TIPOS DE ESTRUCTURAS Las estructuras son los elementos de soporte de conductores y aisladores de las líneas de alta tensión, se pueden clasificar según su función en: Torres de suspensión. Torres de retención.
    • TORRES DE SUSPENSION En este tipo de torre los conductores se encuentran suspendidos de las mensulas mediante cadenas de aisladores, están diseñadas para soportar el peso de los conductores y la acción del viento sobre ellos y sobre la misma torre.
    • TORRES DE RETENCION TERMINAL Esta clase de torre se encuentra en el inicio o final de una línea, están diseñadas para soportar la tensión ejercida por los conductores ubicados de manera perpendicular a las ménsulas, razón por la cual es el tipo de torre más robusta. AUTOPORTANTES Son vigas incrustadas en el suelo, las cuales transmiten la tensión de los conductores a las cimentaciones; estas estructuras pueden ser rígidas o flexibles, las primeras no sufren ANGULAR deformaciones en presencia de esfuerzos Las torres tipo angular son irregulares son fabricadas en acero o en utilizadas cuando hay cambio de hormigón y las flexibles son postes metálicos dirección en la línea, soporta la que sufren deformación en caso de estos tensión de los conductores esfuerzos. producida por el cambio de dirección
    • TIPOS DE ESTRUCTURAS ROMPETRAMOS Este tipo de estructura es utilizada en las líneas de transmisión para evitar la caída en cascada (domino) de las torres de suspensión y para facilitar el tendido de líneas rectas extensas, se clasifican según la manera de soportar la tensión producida por los conductores en: ARRIENDADAS Son estructuras flexibles que transmiten la tensión de los conductores a las cimentaciones.
    • TIPOS DE ESTRUCTURAS AUTOPORTANTES Son vigas incrustadas en el suelo, las cuales transmiten la tensión de los conductores a las cimentaciones; estas estructuras pueden ser rígidas o flexibles, las primeras no sufren deformaciones en presencia de esfuerzos irregulares son fabricadas en acero o en hormigón y las flexibles son postes metálicos que sufren deformación en caso de estos esfuerzos.
    • REDES DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN COLOMBIA Las redes de distribución de energía eléctrica en Colombia emplean los dos tipos principales de topologías en redes de distribución del mundo: El modelo americano y El modelo europeo.
    • MODELO AMERICANO Consiste en un sistema de cuatro hilos multiaterrizado, tres fases y neutro el cual es común encontrar conectado a los bajantes de los pararrayos, al tanque de los transformadores, a las puestas a tierra de los cables de guarda e interconectado al neutro del secundario del transformador. En este modelo el neutro se encuentra aterrizado en intervalos frecuentes.
    • MODELO EUROPEO • Consiste en sistema de tres hilos, las tres fases uniaterrizado, es decir el neutro se encuentra aterrizado directamente en el transformador de la subestación y no en el recorrido de toda la línea como en el sistema americano.
    • TOPOLOGIA DE LOS CIRCUITOS PRIMARIOS Los circuitos primarios son los que recorren los sectores urbanos y rurales del país para suministrar potencia a los transformadores de distribución a tensiones como 13,2 y 11,4 kV entre otros, estos circuitos se pueden encontrar en : Un sistema radial o en Un sistema enmallado.
    • SISTEMA RADIAL En el sistema radial la corriente eléctrica circula en una sola dirección, razón por la cual presenta una baja confiabilidad, en la actualidad es el más empleado.
    • SISTEMA ENMALLADO Consiste en el recorrido del circuito primario desde el barraje de baja tensión de la subestación, pasando por toda el área de servicio y retornando al barraje, esta conformado por un seccionador de cierre, aunque la red funciona con el seccionador normalmente cerrado o normalmente abierto, con el fin de crear dos vías paralelas o un anillo abierto entre la subestación y la carga, lo cual ofrece mayor confiabilidad al sistema.
    • ESTRUCTURAS DE DISTRIBUCION EN ZONAS URBANAS • RED ABIERTA Son las redes utilizadas en los circuitos de media y baja tensión, existen diversos tipos de estructuras empleadas por operadores de red, a continuación se presentan algunas de estas. Estructura Estructura de Estructura Estructura Estructura circuito tipo Final de circuito circuito tipo Tangencial Tangencial en Bandera Bandera en ángulo ángulo
    • ESTRUCTURAS DE DISTRIBUCION EN ZONAS URBANAS RED TRENZADA Este tipo de red es el empleado en las redes de baja y media tensión, sus conductores están diseñados para impedir el fraude ya que tienen la fase en el exterior y el neutro Red Trenzada Cambio de Sentido Red Trenzada Final de Circuito
    • La transmisión en corriente directa utiliza dos tipos de conexión: MONOPOLAR Utiliza un solo conductor para llevar la energía de una central conversora a otra y la tierra o el mar actúan como retorno de ella, reduciendo el costo de interconexión y las perdidas ya que el recorrido de retorno tiene una amplia sección transversal, lo que hace su resistencia es mínima. BIPOLAR Consiste en la combinación de dos sistemas monopolares uno con polaridad positiva y otro con polaridad negativa con respecto a tierra, cada sistema puede funcionar como monopolar con retorno por tierra, si se presenta falla en alguno de los dos sistemas este se puede utilizar como retorno. Los sistemas HVDC se pueden configurar de diferentes maneras: BACK TO BACK Es empleada en la conexión de dos sistemas que se encuentran en la misma subestación y trabajan a frecuencias diferentes, los sistemas pueden ser monopolares o bipolares. PUNTO A PUNTO Es utilizada en la conexión de dos subestaciones cuando el sistema HVAC resulta muy costoso o cuando el sistema HVDC es el único viable, en este caso una de las subestaciones funciona como rectificador y la otra como inversor; además la configuración punto a punto es empleada en conexiones submarinas, permite la transmisión a cargas aisladas. MULTITERMINAL Cuando es necesaria la conexión de tres o más subestaciones se emplea la configuración multiterminal, esta conexión se puede realizar en serie, la condición es que ninguna subestación puede consumir mas del 10% de la potencia total de la estación conversora, para no afectar el nivel de tensión que cae en las demás; la conexión en paralelo se realiza cuando todas las subestaciones consumen mas del 10% de la potencia total de la estación conversora y la conexión mixta emplea una combinación de las dos conexiones anteriores. UNITARIO En este tipo de configuración, la estación conversora es conectada directamente al generador, por lo cual la generación se puede considerar en corriente directa, de esta forma se puede aprovechar la velocidad de las turbinas para generar energía en cualquier momento independientemente de la frecuencia.
    • En los sistemas HVDC existen diferentes tecnologías según el convertidor empleado: TECNOLOGÍA CLÁSICA O LCC (LINE COMMUTATED CONVERTER) Utiliza tiristores o SCR como convertidor, permite controlar el encendido de los dispositivos del convertidor, pero no el corte de estos, con esta tecnología se puede regular la potencia activa más no la reactiva. TECNOLOGÍA VSC (VOLTAGE SOURCE CONVERTER) Utiliza como convertidor IGBT, con el uso de esta tecnología se puede controlar el encendido y apagado de los dispositivos del convertidor, permite regular independientemente la potencia activa y reactiva del sistema. En 1882 se realizo el primer tendido para transmitir energía eléctrica en alto voltaje, consistía en una línea de 2kV de corriente continua, de 50km de longitud entre Miesbach y Munich (Alemania) a una potencia de 1.5kW. En la actualidad la capacidad de transmisión en HVDC es de 70.000 MW de los cuales aproximadamente un 12% (˜8.000 MW) corresponden a cables subterráneos / submarinos y el restante a líneas aéreas (˜62.000 MW). La potencia de transmisión depende de la tecnología utilizada, en este momento, la tecnología LCC transmite tensiones de 500kV a una potencia de 1500 MW entre Three Gorges y China; la tecnología VSC es empleada en Cross Sound (Estados Unidos) con una potencia de 330 MW con tensiones aproximadas de 150kV. En Colombia hasta el momento no se emplea la transmisión en corriente directa, pero en el proyecto de conexión con Panamá, dos de las alternativas contempla la utilización del sistema HVDC de la siguiente manera: La alternativa dos consiste en una línea a 250kV en HVDC, entre Cerromatoso y Panamá II, con una longitud aproximada de 514km, el trayecto será submarino y aéreo, el primero con una longitud aproximada de 51km y el segundo con una longitud total de 463km. En la alternativa tres se utilizarán una línea aérea de 571Km de longitud a 250KV en HVDC desde Cerromatoso hasta Panamá II. TRANSMISIÓN EN CORRIENTE ALTERNA La transmisión de alta tensión en corriente alterna es la más utilizada, ya que la energía a la salida de las centrales de generación y la suministrada a los centros de consumo es en corriente alterna, lo que hace que la transmisión se realice de manera directa sin necesidad de convertidores como en el caso de la transmisión en HVDC, pero, si se hace necesario la utilización de transformadores para elevar el nivel de tensión de la etapa de generación, en Colombia 13,8kV y así disminuir la corriente requerida para transportar una potencia determinada, y con esto lograr disminuir las perdidas de potencia por efecto de calentamiento del conductor (efecto Joule) y reducir el calibre del conductor requerido para el transporte de potencia. Al llegar la potencia a los centros de consumo se realiza nuevamente una etapa de transformación de tensión, esta vez de reducción, con el fin de suministrar energía a los consumidores, la utilización de este tipo de transmisión es rentable para longitudes inferiores a 500km en líneas aéreas y 130km en líneas submarinas. Las frecuencias de operación en transmisión en corriente alterna son 50 Hz en Europa y en algunos países suramericanos como Chile y Argentina y 60 Hz en países como Colombia, Venezuela, Perú, Brasil.
    • NIVELES DE TENSIÓN (2.2.2.) En Colombia, en el proceso de transmisión de energía eléctrica se manejan niveles de tensión altos 220-230 kV y 500 kV, comparados con la tensión de generación de 13,8 kV. La longitud de las líneas de 230 kV construidas en el País alcanza 10.999km y la longitud de la totalidad de la red de 500 kV es 1449 km. A continuación se presenta un ejemplo tomando como referencia la línea San Carlos - Sabanalarga. LÍNEA SAN CARLOS – SABANALARGA Esta es una línea de transmisión a 500 kV localizada en Antioquia, Córdoba y Atlántico – Colombia -, de circuito sencillo, con cuatro subconductores por fase, en estructuras metálicas autosoportadas. La línea tiene una longitud total: 543 km. Conformada por dos cables de guarda, 593 torres. Las estructuras son autosoportables de acero galvanizado y configuración horizontal. Los conductores empleados son FLINT AAAC. 740,8 y los cables de guarda son Alumoweld, 7 No. 9 AWG y Minorca ACSR HB 110,8 MCM. El tipo de topología en el cual esta construida la línea es montañosa, ondulada y plana. Como se mencionó antes el conductor empleado en la línea San Carlos – Sabanalarga es un FLINT AAAC (All Aluminum Alloy Conductor) 704,8. Está conformado por 37 hilos donde el diámetro de cada hilo es de 3.594mm, para establecer un diámetro de conductor de 25.16mm, alcanzando así un peso de 1030kg, y permitiendo un transporte de corriente máxima de 691 Amperios, a temperatura ambiente de 40 C, temperatura del conductor de 80 C, velocidad del viento de 610 mm/seg, a nivel del mar y a 60 Hz. Este tipo de conductor registra una buena relación carga de rotura a peso y posee una buena resistencia a la corrosión.
    • TOPOLOGÍAS DE CONSTRUCCIÓN (2.2.3.) Como se presentó en la sección de características, el Sistema de Eléctrico Colombiano dispone de una red interconectada a nivel nacional haciendo de este un sistema robusto y confiable, el cual está conformado por líneas de transmisión a 500 KV y 230 KV distribuidas de la siguiente manera: Para la red de 500 KV se dispone de 1450 Km, distribuidos en ocho líneas todas propiedades de ISA. Tabla 2.2.1. Red de 500 kV En el Plan de Expansión de referencia Generación-Transmisión 2005-2019 se contempla la interconexión de las siguientes líneas: Tabla 2.2.2. Interconexión
    • En la tabla 1.7 se presenta la distribución de las líneas de transmisión a 230 KV, 220 KV: Tabla 2.2.3. Líneas de Transmisión.
    • TIPOS DE ESTRUCTURAS (2.2.4) Las estructuras son los elementos de soporte de conductores y aisladores de las líneas de alta tensión, se pueden clasificar según su función en: Torres de suspensión, Torres de retención. TORRES DE SUSPENSIÓN TORRES DE RETENCIÓN Las torres de retención se clasifican en tres clases: TERMINAL ANGULAR AUTOPORTANTES En este tipo de torre los Esta clase de torre se Las torres tipo conductores se encuentran Son vigas incrustadas en el encuentra en el inicio o angular son utilizadas suspendidos de las suelo, las cuales transmiten la final de una línea, están cuando hay cambio de mensulas mediante cadenas tensión de los conductores a diseñadas para dirección en la línea, de aisladores, están las cimentaciones; estas soportar la tensión soporta la tensión de diseñadas para soportar el estructuras pueden ser rígidas ejercida por los los conductores peso de los conductores y o flexibles, las primeras no conductores ubicados producida por el la acción del viento sobre sufren deformaciones en de manera cambio de dirección. ellos y sobre la misma presencia de esfuerzos perpendicular a las torre. irregulares son fabricadas en mensulas, razón por la acero o en hormigón y las cual es el tipo de torre flexibles son postes metálicos más robusta. que sufren deformación en caso de estos esfuerzos.
    • TIPOS DE ESTRUCTURAS ROMPETRAMOS Este tipo de estructura es utilizada en las líneas de transmisión para evitar la caída en cascada (domino) de las torres de suspensión y para facilitar el tendido de líneas rectas extensas, se clasifican según la manera de soportar la tensión producida por los conductores en: AUTOPORTANTES ARRIENDADAS Son vigas incrustadas en el suelo, Son estructuras las cuales transmiten la tensión flexibles que de los conductores a las transmiten la tensión cimentaciones; estas estructuras de los conductores a las pueden ser rígidas o flexibles, las cimentaciones. primeras no sufren deformaciones en presencia de esfuerzos irregulares son fabricadas en acero o en hormigón y las flexibles son postes metálicos que sufren deformación en caso de estos esfuerzos.
    • REDES DE DISTRIBUCION (2.3.) NIVELES DE TENSIÓN (2.3.1.) Para la etapa de distribución de energía eléctrica se deben cumplir normas establecidas por las empresas prestadoras de este servicio; actualmente en Colombia, en zonas con alturas superiores a 1.000 msnm las subestaciones manejan las siguientes relaciones de transformación: 230/34,5kV; 115/34,5kV; 115/11,4kV; 115/34,5kV; 34,5/11,4kV; 34,5/13,2kV. En zonas con alturas inferiores a 1.000 msnm se manejan relaciones de transformación: 230/34,5 kV; 115/34,5kV; 115/11,4 Kv; 115/34,5/11,4 kV; 34,5/13,2 kV; 34,5/11,4 kV.
    • TOPOLOGÍAS DE CONSTRUCCIÓN (2.3.2) Las redes de distribución de energía eléctrica en Colombia emplean los dos tipos principales de topologías en redes de distribución del mundo: El modelo americano y El modelo europeo. MODELO AMERICANO Consiste en un sistema de cuatro hilos multiaterrizado, tres fases y neutro el cual es común encontrar conectado a los bajantes de los pararrayos, al tanque de los transformadores, a las puestas a tierra de los cables de guarda e interconectado al neutro del secundario del transformador. En este modelo el neutro se encuentra aterrizado en intervalos frecuentes. Este modelo permite la instalación de transformadores monofásicos, necesarios para cargas residenciales y de esta manera evitar la conexión fraudulenta de usuarios industriales registrados como residenciales con cargas importantes, así como la conexión de los DST directamente al transformador.
    • MODELO EUROPEO Consiste en sistema de tres hilos, las tres fases uniaterrizado, es decir el neutro se encuentra aterrizado directamente en el transformador de la subestación y no en el recorrido de toda la línea como en el sistema americano. En el modelo europeo se presentan más sobretensiones temporales que en el modelo americano, razón por la cual la tensión nominal de los DST es mayor cuando se emplea el modelo europeo; los DST son instalados entre fase y tierra.
    • TOPOLOGÍA DE LOS CIRCUITOS PRIMARIOS DE LAS REDES DE DISTRIBUCIÓN Los circuitos primarios son los que recorren los sectores urbanos y rurales del país para suministrar potencia a los transformadores de distribución a tensiones como 13,2 y 11,4 kV entre otros, estos circuidos se pueden encontrar en un sistema radial o en un sistema enmallado. SISTEMA RADIAL En el sistema radial la corriente eléctrica circula en una sola dirección, razón por la cual presenta una baja confiabilidad, en la actualidad es el más empleado. A continuación se presenta un sistema radial típico:
    • SISTEMA ENMALLADO El sistema enmallado consiste en el recorrido del circuito primario desde el barraje de baja tensión de la subestación, pasando por toda el área de servicio y retornando al barraje, esta conformado por un seccionador de cierre, aunque la red funciona con el seccionador normalmente cerrado o normalmente abierto, con el fin de crear dos vías paralelas o un anillo abierto entre la subestación y la carga, lo cual ofrece mayor confiabilidad al sistema. A continuación se presenta un sistema enmallado típico: Este sistema brinda la posibilidad de tener alimentadores interconectados energizados desde varias subestaciones.
    • TIPOS DE ESTRUCTURAS (2.3.3) ESTRUCTURAS DE DISTRIBUCION EN ZONAS URBANAS RED ABIERTA Son las redes utilizadas en los circuitos de media y baja tensión, existen diversos tipos de estructuras empleadas por operadores de red, a continuación se presentan algunas de estas. Estructura Estructura Estructura Estructura Estructura circuito tipo de Final de circuito tipo Tangencial Tangencial en Bandera circuito Bandera en ángulo ángulo RED TRENZADA Este tipo de red es el empleado en las redes de baja y media tensión, sus conductores están diseñados para impedir el fraude ya que tienen la fase en el exterior y el neutro es concéntrico. Red Trenzada Red Trenzada Cambio de Sentido Final de Circuito
    • SUB-ESTACIONES DE POTENCIA (2.4.) FUNCIÓN (2.4.1.) Una subestación de potencia es un conjunto de equipos de transformación con sus respectivas protecciones, que permiten cambiar parámetros eléctricos como tensión, corriente y frecuencia, con el fin de permitir el flujo de energía eléctrica en un determinado sistema de potencia.. Reciben el nombre de subestaciones de potencia debido a las potencias que manejan, que pueden ser del orden de decenas de MVA. Su diseño y configuración esta orientado por criterios como flexibilidad, confiabilidad y seguridad. A continuación se describirán los criterios de diseño: FLEXIBILIDAD Este criterio hace énfasis en la propiedad que permite a la subestación adecuarse a la variabilidad de un sistema de potencia por mantenimientos o condiciones operativas. CONFIABILIDAD Bajo este criterio se busca medir la capacidad de una subestación para mantenerse en servicio en el momento de presentarse alguna falla o mantenimiento en sus equipos, o tras realizar una acción interna, tal como una conmutación de los seccionadores o mientras se repara una falla. SEGURIDAD Este criterio mide la propiedad de la subestación para ofrecer servicio continuo a pesar de la presencia de fallas en alguno de los equipos.
    • TIPOS DE SUBESTACIONES (2.4.2) Las subestaciones de potencia se pueden clasificar en tres grandes grupos, subestaciones de generación, subestaciones de transformación y subestaciones de maniobra. SUBESTACIÓN DE GENERACIÓN Es aquella que funciona como patio de conexiones para una central generadora, es decir, es un conjunto de equipos con igual nivel de tensión, localizados en la misma zona, a partir de los cuales la subestación de generación realiza la elevación del nivel de tensión de generación a un nivel de tensión apto para transporte de energía eléctrica en considerables distancias. La prioridad principal en una subestación de generación es la confiabilidad, mientras que la flexibilidad y seguridad van de acuerdo a la importancia y ubicación de la subestación en el sistema de potencia. SUBESTACIÓN DE TRANSFORMACIÓN Es una subestación en la cual se realiza cambio en el nivel de tensión de entrada, puede ser elevadora o reductora según la función que cumpla. SUBESTACIÓN DE MANIOBRA Es la subestación en la que se interconectan varios sistemas y de la cual se distribuye energía eléctrica a otras subestaciones o a otros sistemas, por esto lo mas importante es la flexibilidad de la subestación, la seguridad y la confiabilidad depende de la importancia que ejerza la subestación en el sistema de potencia.
    • EQUIPOS DE LAS SUBESTACIONES (2.4.3.) Una subestación de potencia está conformada por tres grandes partes: CASA DE CONTROL Es el lugar en el que se encuentran alojados los tableros de control y medida, el tablero de protecciones, el de servicios auxiliares, el tablero de comunicaciones, el tablero de los medidores de energía, los cargadores, las baterías e inversores. EL PATIO DE TRANSFORMADORES El patio de transformadores es la zona de la subestación en la que se encuentran los transformadores de potencia con sus accesorios. PATIO DE CONEXIONES En el patio de conexiones se encuentran agrupados los interruptores, seccionadores, transformadores de corriente y de potencial, los descargadores de sobretensión y las trampas de onda, entre otros.
    • PATIO DE CONEXIONES TRANSFORMADOR DE POTENCIA El transformador de potencia es la parte primordial de una subestación de potencia, es el equipo encargado de transferir energía eléctrica de un circuito a otro, en la mayoría de los casos con niveles de tensión diferentes, su potencia nominal es superior a 500 kVA, el transformador cuenta con accesorios necesarios para su operación y mantenimiento, entre estos se encuentran: TANQUE CONSERVADOR Es un tanque ubicado sobre el principal el cual recibe el aceite cuando hay cambio de temperatura por aumentos de carga. BOQUILLAS Son los aisladores que se encuentran en la tapa del transformador, son los que comunican los terminales de baja y alta tensión del transformador con el exterior. VÁLVULAS Son las unidades por las cuales se inyecta o extrae el aceite del transformador para su mantenimiento. TABLERO Es el compartimiento en el que se ubican los controles y protecciones de los ventiladores, de los motores de las bombas de aceite, entre otros. CONECTORES A TIERRA Son los elementos que unen el tanque del transformador con la malla de puesta a tierra. PLACA CARACTERÍSTICA En ella se encuentran consignados los datos más importantes del transformador como tensión nominal primaria y secundaria, su potencia nominal, diagrama de conexiones, frecuencia, número de serie y datos de fabricación, entre otros.
    • INTERRUPTOR DE POTENCIA El interruptor de potencia se clasifica según el medio de extinción del arco eléctrico (corriente que surge entre los contactos del interruptor en el momento que se separan) en: interruptores de aire, interruptores de aceite e interruptores de gas (SF6), cuentan con un deposito (cámara de extinción) en el cual se encuentra el elemento empleado para la extinción, el interruptor puede ser de cámara simple o cámara doble. El tiempo de desconexión del interruptor después de detectada la falla según resolución CREG 025 de 1995 no puede exceder los 80ms en 500kV, 100ms para 220 kV y 120ms para tensiones menores a 220 kV. INTERRUPTOR DE GAS SF6 INTERRUPTOR DE ACEITE INTERRUPTOR DE AIRE El interruptor de gas emplea el En el interruptor de aceite la El interruptor de aire como su nombre lo indica hexafluoruro de azufre en estado gaseoso cámara de extinción esta ocupada emplea una fuerte corriente de aire para para la extinción del arco eléctrico, en la por aceite, existen interruptores apagar el arco eléctrico producido en el actualidad es el más utilizado en circuitos de gran volumen de aceite que se momento de la separación de sus contactos, que manejan tensiones entre 230 y 1100 kV, emplean en tensiones menores a dicho aire se encuentra comprimido en una por su tamaño, peso liviano, extinción rápida 115 kV e interruptores de cámara de extinción, lo que representa una del arco eléctrico, requieren de poco pequeño volumen de aceite los desventaja para este tipo de interruptores mantenimiento, además de no producir cuales son utilizados en tensiones debido a la inversión y necesidad de corrosión en las partes que se encuentran en inferiores a 1000kV. mantenimiento de esta cámara ya que es contacto con él, aunque entre los diferentes necesario contar con aire limpio y adecuado tipos de interruptores este es el más para la extinción. costoso. Los interruptores de aire son utilizados en circuitos que manejan tensiones entre 150 y 400kV. El interruptor de potencia presenta básicamente tres mecanismos de operación: NEUMÁTICO RESORTE HIDRÁULICO Emplea el aire a presión para Como su nombre lo indica los En este mecanismo se aprovecha separar sus contactos en caso resortes son utilizados en el la presión del aceite para de falla, una de las desventajas interruptor para separar los accionar el interruptor. de este tipo de mecanismo es la contactos. necesidad de un mantenimiento frecuente. Cortacircuitos de 15kV 100ª
    • SECCIONADOR Un seccionador es un elemento mecánico de apertura de múltiples funciones entre las cuales se destacan: *- Poner fuera de servicio equipos como interruptores, transformadores, generadores o líneas para su respectivo mantenimiento. *- En caso de falla en un equipo o línea, el seccionador es utilizado para realizar un by-pass que permita la prestación continua del servicio. *- Aterrizar líneas de transmisión, barrajes, bancos de transformadores o bancos de condensadores en el momento de su mantenimiento. *- Abrir o se cerrar circuitos bajo carga, generadores, reactores o capacitores. *- Aterrizar los equipos energizados de una subestación en caso de fallas que no son fácilmente maniobrables. Los seccionadores se pueden clasificar de acuerdo al medio de activación y de acuerdo a su operación. El seccionador puede ser activado de manera manual, por medio de una pértiga o por medio motorizado (grupo motor-compresor y transmisión neumática, grupo motor-bomba y transmisión hidráulica, motor eléctrico por reducción).Además para la selección de un seccionador es importante conocer si su operación va a realizarse sin carga o bajo carga; en este caso, este debe contar una cámara apaga chispas. Seccionador de Seccionador de Seccionador de Apertura Vertical Apertura Central Apertura Latera
    • SECCIONADORES Seccionador de Seccionador de Seccionador Seccionador Semipantografo Apertura Vertical Doble Apertura Pantógrafo Horizontal Invertido
    • TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TC) Un transformador de corriente es un instrumento que reduce la corriente eléctrica de una red a valores manejables no peligrosos para la utilización de equipos de medida, puede ser instalado a la intemperie o en interiores. Su función principal es alimentar equipos de medida, protección y control como contadores, voltímetros y amperímetros. Los transformadores de corriente se pueden clasificar de acuerdo a su construcción y a su conexión eléctrica. Según su construcción existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los principales son: TIPO DEVANADO Es aquel que tiene su núcleo recubierto por el devanado primario. TIPO BARRA es aquel en el que el devanado primario es un conductor tipo barra y atraviesa la ventana del núcleo. TIPO VENTANA es aquel que carece de devanado primario y el devanado secundario esta recubriendo el núcleo, el cual posee una abertura atravesada por un conductor que forma el circuito primario. Según su conexión eléctrica, existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los principales son: PRIMARIO SIMPLE Es aquel transformador que posee un único devanado primario. PRIMARIO SERIE-PARALELO Es aquel transformador cuyo devanado primario esta dividido en dos secciones iguales y la conexión entre ellos se puede realizar en serie o en paralelo para variar la capacidad de corriente. SECUNDARIO MÚLTIPLE Es aquel cuyo devanado secundario tiene varias derivaciones (Taps) que permiten manejar diferentes niveles de corriente.
    • SIMPLE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN DOBLE RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN (Corriente nominal primaria A) (Corriente nominal primaria A) Tabla 2.4.1. Valores Normalizados para Transformadores de Corriente 5 150 2*5 2*100 10 200 2*10 2*150 15 300 2*15 2*200 20 400 2*25 2*300 25 600 2*50 2*400 30 800 2*75 2*600 40 1200 50 1500 75 2000 100 3000 CLASE APLICACIÓN 0.1 Calibración y medida de laboratorio Tabla 2.4.2. Clases de Precisión. Medidas de laboratorio y alimentación de vatímetros para *Error máximo porcentual que el 0.2-0.3 alimentadores de potencia. trasformador permite introducir Alimentación de vatímetros para factorización en circuiros de en la medición de potencia. 0.5-0.6 distribución y vatímetros industriales Amperímetros y fasímetros indicadores y registradores, vatimetros 1.2 indicadores industriales y registradores, protecciones diferenciales, relés de impedancia y de distancia 3-5 Protecciones en general (relés de sobrecorriente)
    • TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP) DESCARGADORES DE SOBRETENSION (DST) El descargador de sobretensión es el Un transformador de potencial es un dispositivo encargado de proteger el instrumento que reduce el nivel de tensión de transformador de sobretensiones externas una red a valores manejables no peligrosos que surgen por descargas atmosféricas con para la utilización de equipos de medida, puede un impulso de 1,2/50mseg o las ser instalado a la intemperie o en interiores. sobretensiones por maniobra presentadas con Su función principal es alimentar equipos de la operación de los interruptores de potencia medida, protección y control como contadores, con un impulso de 250/2.500mseg; el DST voltímetros y amperímetros. limita la tensión que llega a los bornes del El devanado primario del transformador de transformador enviando a tierra la potencial, a diferencia del transformador de sobretensión, se conecta en paralelo con el corriente, se conecta en paralelo con el equipo a proteger y entra en funcionamiento circuito al que se desea hacer la medición y el cuando se aplica en él una tensión superior a devanado secundario a los equipos de medida. la nominal e inferior a la tensión que soporta el equipo que se está protegiendo.
    • Algunas características eléctricas que maneja un DST son las siguientes: TENSIÓN NOMINAL Es el valor máximo de tensión a frecuencia nominal que se puede aplicar al DST para que opere eficientemente y cumpla con los parámetros de diseño. Las tensiones normalizadas de los Descargadores de Sobretensión de ZnO según la norma IEC 99-3 son los siguientes: Rangos de tensión para DST de distribución Comportamiento de un DST
    • TRAMPA DE ONDA La trampa de onda es un elemento utilizado para evitar la suma de armónicos a la señal de transmisión que puedan causar perturbaciones, esta conformado por una bobina por la cual pasa la corriente a la frecuencia industrial (60 Hz) de la línea de transmisión, paralelo a esta se encuentra el equipo sintonizador el cual ofrece una alta impedancia, está constituido por condensadores, inductancias y resistencias; y en paralelo a la bobina y al equipo sintonizador se encuentra el equipo de protección, el cual protege la trampa de onda de contra sobretensiones transitorias que puedan ocurrir en ella. La trampa de onda se encuentra instalada en serie a cada una de las tres fases y se dividen en tres grupos: TRAMPA DE ONDA DE TRAMPA DE ONDA DE FRECUENCIA TRAMPA DE ONDA DE ANCHO DE BANDA: FRECUENCIA ÚNICA: DOBLE: El circuito esta diseñado para obtener un El circuito se diseña para manejar El circuito se encuentra diseñado para ancho de banda requerido o puede ser ajustado una sola frecuencia, la impedancia manejar dos frecuencias, separadas una de para variar el ancho de bandas con diferentes de la trampa de onda es mayor a la otra por un espacio de 25 kHz o un 25% niveles de inductancia. 400 O. de la frecuencia superior. Trampa de Onda
    • SISTEMAS DE CONTROL EN SUBESTACIONES El sistema de control es el encargado de supervisar, controlar y proteger la distribución y transmisión de energía eléctrica y en caso de fallas, en la medida de lo posible, asegurar la continuidad y calidad en la prestación del servicio, está conformado por los relés de protección, dispositivos de medida, registro y señalización, además del control manual y automático. En el diseño de un sistema de control es indispensable tener en cuenta los siguientes criterios: facilidad de expansión, automatización, seguridad, disponibilidad, flexibilidad, simplicidad, mantenimiento y la interfaz. Facilidad de Seguridad: Simplicidad: Mantenimiento: Disponibilidad: Flexibilidad: expansión: Consiste en Entre mas simple sea El mantenimiento Hace referencia Consiste en la Hace referencia a reducir a el sistema de deber ser sencillo y al tiempo mínimo capacidad que la facilidad en la proporciones control, mas práctico, así sea que debe utilizar presenta el sistema realización de adecuadas los confiable será, ya necesaria la para reconocer, de control, para cambios, adición o efectos que que la complejidad utilización de un diagnosticar y adaptarse a cambios disminución de causan las fallas requiere mayor sistema automático corregir en sus componentes y equipos en el en el sistema de información de los de supervisión y cualquier falla a condiciones de sistema de control, control y en los equipos de patio y la detección de fallas. que se presente contingencia que para no afectar el sistemas realización de más Se debe tener en la puedan producirse en desarrollo de la secundarios de operaciones de presente el inventario subestación. el mismo sistema de subestación. los equipos de maniobra para y disponibilidad de los control o en el patio. cambiar el estado de repuestos de los sistema de potencia. la subestación o equipos. aislar una zona en Automatización Pasiva: falla. Este tipo de automatización emplea un sistema Interfaz: automático para la recolección, procesamiento y Es el medio de comunicación entre almacenamiento de datos de manera precisa y confiable, el sistema de control y el equipo Automatización: es utilizado en el registro secuencial de eventos, de patio; la señal de entrada es En un sistema de registros automáticos de fallas y la inspección de valores proporcionada por los contactos control la medios. de los seccionadores e automatización de interruptores se conecta al sus funciones puede Automatización Activa: sistema de control alimentado a ser pasiva o activa. Este tipo de automatización consiste en disponer de información 125Vc.c.; cuando se emplean dentro de la subestación, para tomar medidas preventivas y tensiones menores como 12 y correctivas en sus equipos, es utilizado en el recierre automático, la 24Vc.c. es necesaria la seccionalización automática de zonas con fallas, restauración implementación de relés automática del sistema después de pérdida de suministro, la intermedios con bobinas de alta maniobra automática para reducir trabajo al interruptor, la potencia, debido a las posibles desconexión automática de la carga por baja frecuencia, ajuste interrupciones por contactos automático de relés, maniobra secuencial para mantenimiento y sucios e interferencias que se lavado automático de aisladores, entre otros. pueden presentar.
    • El sistema de control en subestaciones, ha ido evolucionando en los últimos años, de sistemas manuales como el sistema de control manual centralizado a sistemas completamente automáticos, como el control integrado, pasando por sistema de control remoto-equipo centralizado y subestaciones no atendidas; de las anteriores se realizará una breve descripción: SISTEMA DE CONTROL MANUAL SUBESTACIONES NO SISTEMAS DE CONTROL SISTEMA DE CONTROL CENTRALIZADO: ATENDIDAS: INTEGRADO: REMOTO-EQUIPO Este sistema cuenta con un edificio En este tipo de control, la El sistema de control integrado CENTRALIZADO: de control, en el cual se encuentran presencia de personal en consiste en la utilización de La Unidad Terminal Remota, alojados todos los elementos de la subestaciones es microprocesadores para la UTR o RTU es el equipo control como: la sala de control, mínima, solo ocurre en implementación de un solo fundamental del control cuarto de relés de protección, sala caso de mantenimiento o hardware capaz de controlar, remoto, ella envía de la de cables, cuarto de servicios cuando en el sistema de proteger y monitorear subestación las medidas auxiliares, cuarto de control remoto sucede subestaciones, además de analógicas, señalización o comunicaciones, cuarto para la alguna falla. permitir una reprogramación posición de los equipos de planta de emergencia y las oficina de En las subestaciones no fácil, lo que representa un menor maniobra y alarmas al centro los operadores. atendidas el equipo de costo para el proceso de control de control y recibe del mismo El control es realizado manualmente control ya no se que los demás sistemas. información para enviar a la por los operadores desde la sala de encuentra centralizado Los sistemas integrados brindan subestación. control, en la que se encuentra el en un edificio, este se la posibilidad de automatizar Las señales recibidas del patio tablero mímico, con la coordinación halla distribuido por lo todo el sistema de la subestación de la subestación y de otros telefónica desde un centro de general en dos grupos y aparatos de potencia, con la elementos de control, son despacho remoto, el tablero permite ubicados en el patio de la utilización de una base de datos recibidas por un tablero que la visualización de la subestación y subestación, en un lugar común, a la cual tiene acceso el las separa para enviarlas al desde allí se puede realizar la cercano a los equipos a operador para realizar tablero mímico o a la URT. operación de un equipo de la controlar. monitoreo, control, ajuste en las subestación, los cuales también protecciones, cambios en la pueden ser accionados desde su programación o intercambio de propio gabinete de control en el datos entre diferentes patio de la subestación además funciones. contiene un diagrama sinóptico con El sistema integrado también la configuración de los elementos de sustituye el control remoto, ya mando, la señalización del equipo de que puede realizar las mismas maniobra, el sistema de alarmas, funciones de la UTR y muchas equipo de sincronización e más; para la interfaz de señales indicadores de corriente, tensión, analógicas, brinda una mayor potencia activa, reactiva y precisión tanto en condiciones temperatura de los normales, como en condiciones transformadores. dinámicas de falla.
    • MALLA DE PUESTA A TIERRA La malla de puesta a tierra es el conjunto de electrodos conectados entre si, por conductores desnudos enterrados en el suelo, sus funciones son: la seguridad de las personas ante el gradiente superficial de tensión, la protección de las instalaciones, servir de tierra común a los equipos eléctricos y/o estructuras metálicas, dirigir las corrientes de falla a tierra. El electrodo es un conductor enterrado en el suelo para conducir las corrientes de falla a tierra, los electrodos pueden ser varilla, tubo, fleje, cable o placa Los electrodos mas empleados en la actualidad son los tipo varilla en cobre, los cuales deben tener una longitud mínima de 2.4 metros y deben ser enterrados en su totalidad dejando una distancia de 15cm entre la superficie y la parte superior del electrodo, la conexión del electrodo con el cable se debe realizar con soldadura exotérmica o con los conectores adecuados. El conductor empleado para la unión de los electrodos se debe seleccionar manejando la siguiente ecuación (Referencia RETIE): Sección del conductor en mm^2 Corriente de falla a tierra, entregada por el OR (rms en KA) Constante del material Tiempo de despeje de la falla a tierra La resistencia de la malla de puesta a tierra para subestaciones de alta y extra alta tensión debe tener un valor máximo de 1O, esta resistencia controla los gradientes de tensión (Referencia RETIE).
    • DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD Las distancias de seguridad en una subestación hacen referencia a las distancias mínimas que deben mantenerse entre partes energizadas y tierra, o entre equipos donde se lleva cabo algún mantenimiento y tierra, para evitar posibles accidentes por contacto humano con equipos energizados. Al determinar las distancias mínimas de seguridad se tienen en cuenta dos aspectos claves: VALOR BÁSICO DE SEGURIDAD Es una distancia mínima entre fase y tierra, empleada para el diseño de una subestación, este valor nos ofrece un espaciamiento seguro (Zona de guarda) entre fase y tierra, evitando posibles accidentes, aún bajo condiciones críticas. ZONA DE SEGURIDAD Es una zona segura, cuyas medidas se obtienen de acuerdo a estudios de movimientos de personal de mantenimiento y dentro de la cual, están eliminados riesgos de acercamiento eléctrico. Los valores estándar para delimitar una zona de seguridad son los siguientes: Mano alzada sobre Altura promedio Brazos estirados Brazos estirados plano de trabajo horizontalmente verticalmente
    • ZONA DE SEGURIDAD PARA LA ZONA DE SEGURIDAD PARA LA ZONA DE SEGURIDAD PARA TRABAJOS SOBRE CIRCULACIÓN DE PERSONAL: CIRCULACIÓN DE VEHÍCULOS: EQUIPOS O SOBRE CONDUCTORES: Para la circulación de personal en una En los casos en los cuales es Para la realización de algún trabajo en una subestación con subestación sin empleo de escaleras o necesario el empleo de grúa, se debe los equipos energizados es necesario delimitar una zona de cualquier objeto que lo pueda acercar a manejar una distancia de circulación seguridad la cual nunca será inferior a 3 metros, la distancia las partes energizadas, se debe del perímetro del vehículo más 0.7 se determina con el valor básico mas una constante que manejar una distancia entre tierra y la metros. depende del equipo en el que se va a trabajar, el trabajo a parte energizada mas baja del valor realizar, el vehículo y el tipo de herramienta a utilizar; por básico más 2.25 metros. ejemplo, para un mantenimiento de rutina, la constante horizontal corresponde al valor estándar de un operario con los brazos estirados, es decir 1.75 metros y la constante vertical será 1.25 metros sobre el plano del trabajo. Las zonas de seguridad laterales en una subestación son señaladas en el piso, especialmente para la circulación de vehículos y las verticales son demarcadas con banderas, mallas, barreras o con avisos de peligro. DISTANCIAS MÍNIMAS DE SEGURIDAD EN REDES DE ENERGÍA ELÉCTRICA Las partes energizadas de las redes de energía eléctrica, siempre deben guardar una distancia con los elementos existentes en su trayecto como árboles, edificios, carreteras, etc. En las siguientes tablas se presentan las distancias de seguridad que se deben tener en lugares construidos, en cruces y recorridos de vía, cruces con ferrocarriles, ríos, cauces de agua, canales navegables y campos deportivos en los cuales existan redes de energía eléctrica cercana, estos datos son obtenidos del RETIE: Tabla 2.4.6. Distancias de seguridad en lugares construidos
    • En las redes de energía eléctrica, ocurren cruces entre líneas, cuando son de diferente nivel de tensión, la de menor nivel irá en la parte superior. Distancias en metros
    • Tabla 2.4.12. Distancias mínimas verticales entre conductores de la misma estructura Tabla 2.4.11. Distancias en mínimas entre conductores de una estructura Distancias mínimas de seguridad para la realización de trabajos
    • TOPOLOGÍAS DE SUBESTACIONES (BARRAJES) (2.4.4) CONFIGURACIÓN DE BARRAJES EN SUBESTACIONES DE POTENCIA En las subestaciones existen diferentes configuraciones para los barrajes, estas dependen del numero de equipos disponibles y de la propia ubicación de la subestación en un sistema interconectado. A continuación se dará una breve explicación de cada una de las posibles configuraciones: En los diagramas se muestra el equipo de corte con la siguiente señalización una ( x) para los interruptores y un (-) para los seccionadores BARRAJE SENCILLO: En esta configuración se tiene un único barraje al que llegan cada una de las líneas provenientes de un quipo de generación o de otra subestación de potencia, cada línea cuenta con un interruptor acompañado de sus respectivos seccionadores uno en cada extremo, además de dos transformadores conectados al barraje cada uno con su respectivo interruptor y seccionador, desde los cuales puede circular corriente a media tensión o a alta tensión en el caso de trasmisión desde un central de generación. La configuración es la mas económica posible ya que contiene el menor numero de equipos. Desventajas • La falla o mantenimiento de un interruptor pone fuera de servicio al circuito completo que presenta la anomalía. • Un mantenimiento en el barraje deja fuera de servicio a toda la subestación. • Cuando se presenta una falla en el barraje salen de funcionamiento todos los circuitos debido a que se disparan todos los interruptores de los circuitos.
    • Barraje sencillo seccionado Esta configuración es similar a la anterior con la única diferencia que se le a agregado un interruptor en la parte media del barraje con sus seccionadores llamado campo de seccionamiento, con el aumento de quipo aumentan los costos de la configuración pero gracias a esto hay ganancia en la flexibilidad y en la continuidad del servicio de la subestación. Afectando solo el 50% de su funcionamiento. Ventajas • Cuando se presenta una falla en el barraje o en el interruptor, seccionador de un circuito se dispara la protección diferencial, junto con el interruptor del campo de seccionamiento, esto hace que independicen cada una de las zonas permitiendo de esta manera aislar la zona que se encuentra en falla y poder realizar el respectivo mantenimiento o reparación. Se utiliza para acoplar el sistema de subtransmisión con el de distribución. Desventajas: • El mantenimiento de interruptor de pone fuera de circulación dicho circuito. • El mantenimiento al campo de seccionamiento o a uno de los barrajes pone fuera de servicio el 50% de la subestación en la zona afectada. Barraje sencillo seccionado
    • Barraje doble principal y transferencia: Esta configuración incorpora aun mayor cantidad de elementos que las anteriores por lo que es más costosa y ocupa mayor área, entre estos elementos encontramos dos barrajes uno principal y uno llamado de transferencia, un interruptor y dos seccionadores que conforman el campo acoplador de barrajes; del mismo modo se a adicionado un seccionador más para conectar cada línea directamente a la barra de transferencia. El campo acoplador puede remplazar cualquier interruptor de línea en caso de falla o mantenimiento pero el barraje de transferencia esta diseñada para soportar la carga de una sola línea. Es decir, que no pueden estar dos interruptores de línea conectados a la barra de transferencia. Este tipo de barraje se utiliza en subestaciones intermedias de transmisión o subtransmisión por tener mayor flexibilidad en operación y continuidad del servicio. Desventajas • Si se presenta una falla en el barraje o en el seccionador del lado del barraje la subestación debe salir por completo del servicio, cuando es en el barraje las protecciones disparan todos los interruptores de todos los circuitos. Barraje doble principal y transferencia
    • Barraje doble principal y transferencia en U Barraje doble principal seccionado y transferencia: Esta configuración es igual a la anterior solo que el barraje de Esta configuración es una variante de la “Barraje doble transferencia es en forma de "U" para reducir en forma principal y transferencia” solo que en esta se a adicionado un longitudinal el área ocupada por la subestación pero esta se ve campo de seccionamiento en el barraje principal y con este aumentada en forma transversal. Su utilización depende del área logar mantener un 50% de la subestación en funcionamiento disponible para la subestación. en caso de falla, solo que para auxiliar uno de los circuitos L1, L2 y T2 es necesario el campo de seccionamiento del barraje principal se encuentre en funcionamiento. Barraje doble principal y transferencia en "u" Barraje doble principal seccionado y transferencia
    • Barraje doble principal y reserva: Barraje doble principal seccionado y reserva Esta configuración tiene también dos barrajes como la Esta configuración es similar a la anterior solo que se anterior, solo que en esta todos los circuitos pueden ser a agregado el campo de seccionamiento del barraje transferidos de un barraje a otro, por lo que el diámetro principal para hacer la protección selectiva, en este de los conductores del barraje es igual. Esta caso para remplazar un interruptor de las líneas configuración adiciona un seccionador de “by-Pass” a L3,L4,T2 con el campo acoplador de barras debe cada circuito para en dado caso poder realizar estar cerrado y en funcionamiento para poder mantenimiento al interruptor de línea o transformador, realizar el reemplazo. también tiene dos seccionadores selectores de barraje y un interruptor acoplador de barrajes, este ultimo puede remplazar cualquiera de los interruptores de los circuitos de línea o transformador, pero solo a uno de estos no se puede dar el caso de remplazar a dos circuitos, y cuando una barraje falla se disparan los seccionadores del barraje en falla. La ubicación de este tipo de subestación, aunque su costo es mas elevado que las anteriores, es en sistemas interconectados por su gran flexibilidad en operación y por presentar mayor continuidad del servicio. Barraje doble principal seccionado y reserva Barraje doble principal y reserva
    • Barraje en anillo: Barraje en malla Esta configuración, como su nombre lo indica, esta en En esta configuración el barraje se encuentra seccionado, tanto forma de anillo. El barraje se encuentra seccionado en con seccionadores, como con interruptores, cada circuito de varias partes, cada circuito de línea o transformador línea o transformador tiene dos interruptores adyacentes con posee dos seccionadores de barraje a cada lado lo que sus respectivos seccionadores desde donde puede ser llegado el caso permite que dicho circuito se alimentado alimentado, para su normal funcionamiento todos los por cualquiera de los seccionadores adyacentes de seccionadores e interruptores deben estar cerrados. Estas barraje. Para su funcionamiento es necesario que todos características hacen de esta configuración una de las que más los seccionadores de barraje se encuentren cerrados. garantiza la continuidad del servicio y flexibilidad en su operación por lo que se utiliza en sistemas interconectados. Barraje en malla Barraje en anillo Ventajas y desventajas • Cuando se presenta una falla en el barraje o en uno de los seccionadores de barraje, esto hará que se dispararen todos Ventajas y desventajas: los interruptores de los circuitos de línea y de transformador, • Como los circuitos son alimentados son alimentados por dos poniendo fuera de servicio a la subestación, aunque es posible diferentes puntos por lo que es posible realizar un volverla a poner en servicio una vez que se a detectado el mantenimiento a un interruptor sin necesidad de interrumpir circuito en falla, ya que este puede ser aislado de los demás el servicio. abriendo los seccionadores de barrajes adyacentes. • Una falla en barraje hace disparar los circuitos adyacentes • La cantidad de seccionadores de barraje puede hacer que sea por lo que solo hace salir de servicio a uno de los circuitos y mayor la posibilidad de fallas, para el mantenimiento de un no ha todos como es el caso de otras configuraciones. circuito se deben abrir cada uno de los seccionadores adyacentes de barraje y desenergizar el circuito.
    • Interruptor y medio: Doble barraje doble interruptor En esta configuración nuevamente se tienen dos barrajes y Esta configuración es la mas confiable y costosa de además dispone de tres interruptores por cada dos todas las anteriores, posee dos barrajes diseñados circuitos. Cada circuito puedes ser alimentado por para soportar a todos los circuitos y cada circuito cualquiera de los barrajes, por lo que estos deben ser es alimentado por dos interruptores uno en cada diseñados para soportar la carga de todos los circuitos. barra por lo que en caso de falla en un interruptor Este esquema es muy flexible en operación y la continuidad el circuito puede ser conectado al otro barraje con del servicio le permite ser instalada cerca a una central el otro interruptor. Todas estas características generadora o en aquellas donde el flujo de potencia sea hacen de esta configuración la más confiable pero la considerado. cantidad de elementos también la hacen muy costosa, puede ser ubicada en una central de generación en donde la continuidad del servicio sea lo primordial. Interruptor y medio Doble barraje doble interruptor
    • OPERACIÓN DE SUBESTACIONES (2.4.5.) MANIOBRAS Son toda clase acciones o pasos realizados para realizar determinado procedimiento en una subestación o quipo, las hay de mantenimiento, de reparación y de puesta en marcha. MANIOBRAS DE MANTENIMIENTO: Son las que se realizan periódicamente para mantener en correcto funcionamiento a un quipo o subestación, mediante termografía se hacen algunas revisiones para saber que elementos están por quedar fuera de servicio, para de esta forma anticipar el daño y cambiar la pieza que fallara en algún momento. MANIOBRAS DE REPARACIÓN: Son la que se realizan cuando alguno de los elementos se daña o no funciona bien, suelen presentarse cuando se presenta una sobretensión, un cortocircuito o una sobrecarga. En estas se puede dar el caso que se tenga que sacar o aislar una parte de la subestación para realizar la maniobra de reparación. MANIOBRAS DE PUESTA EN MARCHA: Son las que se realizan para poner en funcionamiento a una subestación o equipo, en el caso de subestaciones, no suelen realizarse con frecuencia ya que una vez puesta en funcionamiento la subestación, son las maniobras de mantenimiento las encargadas de hacer que no se presenten fallas graves que saquen de funcionamiento a la subestación.
    • SUB-ESTACIONES DE DISTRIBUCION (2.5.) Una subestación de distribución o centro de transformación es el conjunto de instalaciones y equipos eléctricos encargado de realizar la transformación de niveles de alta, media o baja tensión a niveles adecuados para la distribución de energía eléctrica, operadores de Red utilizan las siguientes relaciones de transformación 230-34,5 kV, 115-34,5 kV, 115-11,4 kV, 115-34,5 kV, 34,5- 11,4 kV, 34,5-13,2 kV,13.2-0.208/0.120kV, 13.2-0.220/0.127kV, 13.2-0.440/0.266kV, 11.4-0.208/0.120kV, 11.4 -0.220/0.127kV, 11.4 - 0.440/0.266kV Es de anotar que la utilización de tensión a 11.4kV está reservada para zonas ubicadas en alturas superiores a 1000 m.s.n.m y tensión a 13.2kV, para alturas inferiores. TIPOS DE SUBESTACIONES (2.5.1.) Subestación aérea Subestación de piso Subestación subterránea La subestación aérea o tipo poste es empleada en zonas rurales, y urbanas, para prestar el servicio a usuarios industriales o residenciales de estratos 1,2 y 3. La subestación aérea esta conformada por un transformador de distribución, acompañado de su respectiva protección contra sobretensión (Descargadores de sobretensión DST) y protección contra sobrecorriente (cortacircuitos), como también de algunos accesorios indispensables para su montaje como apoyos, aisladores y herrajes. Los transformadores utilizados en este tipo de subestación pueden ser monofásicos o trifásicos y los fabricantes ofrecen transformadores de distribución con potencias nominales normalizadas que no exceden los 150 kVA, cuando la potencia nominal excede los 112.5KVA o el peso del transformador sobrepasa los 650kg, se requiere utilizar para su instalación una estructura tipo H. La estructura tipo H se compone de dos apoyos (postes). La alimentación de los transformadores que conforman una subestación aérea puede hacerse por red aérea o subterránea.
    • Subestación aérea o tipo poste Los niveles de tensión para redes de uso público se encuentran definidos en la Norma ICONTEC NTC 1340 es tensiones nominales en sistema de energía eléctrica a 60 Hz en redes de servicios públicos, y, pero si un cliente de un operador de red requiere un nivel de tensión diferente, puede definir su contrato de conexión en un nivel de tensión normalizado, con el cual alimentará un transformador de su propiedad, este transformador recibe el nombre de transformador de uso dedicado y definir así la relación de transformación que más le convenga a sus necesidades. Las potencias nominales de los transformadores instalados en subestación aérea o tipo poste en Colombia son las siguientes: Tabla 2.5.1. Potencias nominales de transformadores instalados en subestación aérea o tipo poste en Colombia
    • SUBESTACIÓN DE PISO La subestación de piso se utiliza en zonas urbanas, para prestar el servicio a usuarios industriales, comerciales, alumbrado público y residencial. Las subestaciones de piso presentan variantes que determinan su clasificación en: subestación tipo patio, subestación tipo pedestal o pad mounted y subestación capsulada. SUBESTACIONES TIPO PATIO SUBESTACIÓN PEDESTAL O PAD SUBESTACIONES CAPSULADAS Las subestaciones tipo patio son MOUNTED (TIPO JARDÍN) Las subestaciones o centros de empleadas a la intemperie en algunas La subestación pedestal o pad mounted transformación capsuladas, son aquellas en industrias, habitualmente son (tipo jardín) puede ser utilizada a la las que existe un recinto cerrado en el cual alimentadas por redes subterráneas a intemperie o al interior de edificios, se encuentran alojadas varias celdas, una de 34,5 kV y en el lado de baja tensión se ofrecen seguridad para ser instalada en ellas destinada para el transformador de pueden manejar niveles de tensión según lugares en que existe paso de personas distribución, una celda para el equipo de la necesidad del usuario. como en parques o avenidas. protección y maniobra, es decir el Está conformada por dos gabinetes, uno seccionador tripolar de trabajo bajo carga en el que se encuentra alojado el con nivel de aislamiento de 15 kV; otra transformador el cual lleva sus celda alberga el grupo de medida compuesto protecciones internas y otro para la caja por los transformadores de potencial y de de maniobras, estos gabinetes cuentan corriente. con cerradura que impiden el ingreso de personal no autorizado. Estas deben contar con una puesta tierra a la que se conectan las partes metálicas de la subestación, al neutro del transformador y la tierra de los descargadores de sobretensión. Subestación tipo patio Subestación Capsulada Subestación pedestal o pad mounted (tipo jardín)
    • SUBESTACIONES TIPO LOCAL SUBESTACIÓN SUBTERRÁNEA La subestación subterránea se instala bajo el nivel del piso en Las subestaciones tipo local en la andenes, zonas verdes, o en un predio particular, están actualidad no son permitidas, conformadas por dos bóvedas una para el transformador y debido al peligro latente al que esta otra para el seccionador de maniobras, estas se encuentran expuesto el personal, ya que tanto unidas por un banco de ductos. El seccionador debe ser de tipo el transformador de distribución, inundable de operación bajo carga de 200 A, debe contar con los seccionadores de operación bajo codos premoldeados sin partes vivas expuestas, para la carga o el barraje, se encuentran a conexión de los terminales de media tensión. la vista en el interior de un recinto El transformador puede ser sumergible u ocasionalmente cerrado de 3.5X2.5X3 m. sumergible de capacidad hasta 200 kVA, con la propiedad de permanecer hasta tres horas en agua, si el transformador no cuenta con el conjunto de protección y seccionamiento interno, se deben instalar seccionadores independientes en aceite o en SF6 sumergibles; los bornes de conexión de baja tensión deben ser aislados y los de alta deben ser codos premoldeados resistentes a la humedad; entre el tanque del transformador y el piso de la bóveda debe existir una distancia superior a 4 centímetros. La bóveda del transformador debe disponer de una cubierta removible en la parte superior que permita el acceso a los fusibles internos y los bujes de media y alta tensión del transformador sin tener que ingresar a la bóveda Subestación Tipo Local* Subestación subterránea*
    • EQUIPOS DE LAS SUBESTACIONES (2.5.2.) Los equipos básicos que conforman una subestación son el transformador, el descargador de sobretensión, el cortacircuitos, el fusible tipo hilo, el fusible tipo HH, el seccionador, transformador de corriente, transformador de potencial y la malla de puesta a tierra. TRANSFORMADORES DE DESCARGADORES DE CORTACIRCUITOS DISTRIBUCIÓN SOBRETENSIÓN DST: El transformador es la parte El descargador de sobretensión es el El cortacircuito es un dispositivo empleado primordial de una subestación de dispositivo encargado de proteger el para aislar el transformador de la red distribución, ya que realiza la transformador de sobretensiones externas primaria en caso de falla o conversión del nivel de tensión de que surgen por descargas atmosféricas. El voluntariamente cuando la carga esta media a baja par alimentar a los DST limita la tensión que llega a los bornes desenergizada. No están diseñados para usuarios finales, los del transformador enviando a tierra la interrumpir circuitos bajo carga; son transformadores de distribución sobretension. fabricados en materiales anticorrosivos varían de un tipo de subestación a Actualmente se emplean DST de oxido de para hacerlos resistentes a cualquier otra. Por ejemplo los zinc (ZnO) conformados por varistores de ambiente, no necesitan mantenimiento transformadores utilizados en ZnO en serie ubicados en el interior de un frecuente y tienen una amplia vida útil. subestaciones aéreas pueden ser cilindro de porcelana, los cuales disminuyen El cortacircuitos esta conformado por una monofásicos o trifásicos, con las su resistencia interna ante la presencia de parte fija (aislador) fabricada en siguientes características de una sobretensión, dirigiéndola a tierra, porcelana, con herrajes en la parte potencia y tensión. retornando a su estado de alta resistencia a inferior para asegurar el conductor y el la señal de potencia a frecuencia industrial. tubo porta fusible fabricado en fibra de vidrio en el cual se instala un fusible tipo hilo hasta de 100 A, en la parte superior cuenta con un contacto en cobre con resorte para el libre movimiento en caso de falla y una argolla para el empleo de pértiga en caso de manipulación voluntaria.
    • El seccionador Fusible tipo HH Es el elemento empleado para conectar o desconectar Los fusibles HH son empleados en el FUSIBLE TIPO HILO el transformador de la red de la distribución por este lado de alta tensión para proteger los motivo es tripolar (para la conexión a cada fase), transformadores de corrientes de Este fusible es utilizado para proteger el existen seccionadores para trabajo sin carga y para cortocircuito, el tiempo de fusión de transformador de corrientes de trabajo bajo carga en este caso siempre se cuenta con este tipo de fusibles es muy corto y la cortocircuito, de sobrecarga y de corrientes una cámara apaga chispas; también pueden ser de mínima corriente de ruptura que transitorias (las generadas en la conexión de accionamiento manual (con pértiga) o motorizado. manejan es de 2.5 a 3 veces el valor de los transformadores y/o arranque de El seccionador por fase esta conformado por dos su corriente nominal. motores). aisladores cada un de ellos con una cámara de gases El tubo fusible tiene en sus extremos un El fusible está conformado por un contacto para extinguir el arco generado en la conexión, los contacto para conexión con el superior, el elemento fusible y el tensor que aisladores se encuentran unidos por un contacto portafusible y un percutor que acciona cuenta con una alta resistencia, la longitud tubular por el que pasa la corriente de uno al otro, el seccionador en caso de un del fusible determina la cantidad de calor dentro de este existe otro contacto auxiliar en forma cortocircuito. que puede conducir del centro a la periferia de varilla el cual conduce la corriente mientras ocurre El funcionamiento del fusible en caso de de él. la ruptura total del circuito por parte del contacto cortocircuito radica en la fusión de los Al ocurrir una falla, atraviesa por el fusible tubular, el cual es guardo en la cámara de gases cuando conductores fusibles al paso de una una corriente que produce un calentamiento el seccionador esta desconectado. corriente elevada, con la ruptura del en el tensor produciendo el desprendimiento El contacto tubular es movido en la conexión y fusible se generan una diferencia de de este. desconexión por dos brazos de giro, los cuales se potencial que es ahogada por el medio encuentran acoplados al interruptor de corte el cual extintor. acciona a la vez los tres contactos del seccionador para evitar los equipos conectados trabajen en dos fases. TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TC) Un transformador de corriente es un instrumento que reduce la corriente eléctrica de una red a valores manejables no peligrosos para la utilización de equipos de medida, puede ser instalado a la intemperie o en interiores. Su función principal es alimentar equipos de medida, protección y control como contadores, voltímetros y amperímetros. El devanado primario del transformador de corriente se conecta en serie con el circuito al que se desea hacer la medición y el devanado secundario a los equipos de medida. Los transformadores de corriente se pueden clasificar de acuerdo a su construcción y a su conexión eléctrica. Según su construcción existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los principales son: • Tipo Devanado: es aquel que tiene su núcleo recubierto por el devanado primario. Fusible Tipo Hilo • Tipo Barra: es aquel en el que el devanado primario es un conductor tipo barra y atraviesa la ventana del núcleo. • Tipo Ventana: es aquel que carece de devanado primario y el devanado secundario esta recubriendo el núcleo, el cual posee una abertura atravesada por un conductor que forma el circuito primario.
    • SELECCIÓN DE SUBESTACIONES (2.5.3.) INFORMACIÓN REQUERIDA Para seleccionar la configuración de una subestación es necesario reconocer o evaluar entre otros los siguientes aspectos: •Oficio que desempeña la subestación en el sistema de interconectado para determinar su necesidad de flexibilidad, confiabilidad y seguridad. •Tipo de la subestación, es decir: generación, transformación o maniobra, o bien cual de estas funciones es prioritaria si en un caso dado concurre mas de una. •Características de las configuraciones. •Facilidad de extensión y modulación. •Simplicidad en el control y protección. •Facilidad de mantenimiento. •Área disponible •Costos. Oficio Que Desempeña La FLEXIBILIDAD CONFIABILIDAD SEGURIDAD Subestación En El Sistema De Es la propiedad de la Se define como la La seguridad es la Interconectado instalación para acomodarse probabilidad de que una propiedad de una Para la selección de la a las diferentes condiciones subestación pueda instalación de dar configuración de una subestación que se puedan presentar suministrar energía continuidad del servicio es necesario no analizarla como un especialmente por cambios durante un periodo de sin interrupción alguna punto independiente, sino como una operativos en el sistema, y tiempo dado, bajo la durante fallas de los parte integral de todo el sistema además por contingencias y/o condición de que al menos equipos de potencia, interconectado, de tal forma que mantenimiento del mismo. un componente de la especialmente por fallas no se afecte la seguridad subestación este fuera de interruptores y barrajes. o capacidad operativa de este. servicio. Es decir, que cuando De acuerdo al papel que cumple ocurra una falla en un dentro de un sistema elemento de la interconectado, la subestación subestación requiere disponer de un mayor o (interruptores, barrajes, menor grado de flexibilidad, etc.) se continué con el confiabilidad y seguridad. suministro de energía sin que ocurra interrupción alguna. La seguridad implica confiabilidad.
    • TIPOS DE SUBESTACIONES SUBESTACIONES DE SUBESTACIONES DE SUBESTACIONES DE GENERACIÓN MANIOBRA TRANSFORMACIÓN Es aquella que sirve de Es aquella que sirva para Se consideran subestaciones de patio de conexiones a una interconectar sistemas o dentro de transformación, aquellas cuyo objetivo central generadora. La un sistema es la que distribuye la primordial es e de suministrar energía a un necesidad primordial de energía a subestaciones de sistema secundario o con un nivel de una subestación de transformación. En este caso la tensión diferente. Puede llamarse también generación es la necesidad primordial es la de subestación elevadora cuando la tensión de confiabilidad; la seguridad flexibilidad; las necesidades salida es mas alta que la tensión de y flexibilidad están dadas adicionales de confiabilidad y entrada, lo contrario seria una subestación por la importancia de la seguridad estarán dadas por el papel reductora, de distribución o de carga. La subestación y por su que desempeña en el sistema. necesidad de la subestación de ubicación en el sistema. transformación reductora es primordialmente de confiabilidad, aunque puede llegar a ser importante la seguridad dependiendo de las necesidades del sistema secundario y de la disponibilidad de transformación.