Ensayo

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Tramos y Esquemas de una Subestación
 Autor: Salomón Alberto Pino Pérez 
 Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (IUPSM) 
 Maracay Aragua, Venezuela
 Resumen
 La subestación eléctrica está vinculada a los equipos utilizados para dirigir el flujo de energía en un sistema de potencia y garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automáticos de control y protección para redistribuir el flujo de energía a través de vías alternas. 
 Estos dispositivos de acuerdo a la función que cumplen se clasifican en tramos, los cuales son:
Tramo de Generación 
Tramo de Transformación
Tramo de Salida de Línea
Tramo de Acople y-o seccionamiento de barra 
Tramo de Compensación (los cuales definiré en el presente trabajo, desarrollando su diagrama unifilar, el cual es el punto de partida para el diseño de una subestación eléctrica, este diagrama debe mostrar la conexión y arreglo de todos los equipos eléctricos simplificados, donde se inicia el arreglo propuesto de barras y su posición relativa.
Estas barras son: 
Barra Simple
Barra seccionada por un disyuntor 
Barra Simple con seccionadores en derivación
Barra doble
Barra principal y transferencia, cada una de ellas tienen tanto ventajas como desventajas.
 Introducción
Una subestación eléctrica es la exteriorización física de un nodo de un sistema eléctrico de potencia, en el cual la energía se transforma a niveles adecuados de tensión para su transporte, distribución o consumo, con determinados requisitos de calidad. Está conformada por un conjunto de equipos utilizados para controlar el flujo de energía y garantizar la seguridad del sistema por medio de los dispositivos automáticos ele protección. Una subestación puede estar asociada con una central generadora, controlando directamente el flujo de potencia al sistema, con transformadores de potencia convirtiendo la tensión de suministro a niveles más altos o más bajos, o puede conectar diferentes rutas de flujo al mismo nivel de tensión. Algunas veces una subestación desempeña dos o más de estas funciones, lo cual la convierte en uno de los elementos más importantes en un sistema eléctrico de potencia. En los últimos años, el reto de las empresas del sector eléctrico en todo el mundo ha sido poder incorporar los desarrollos tecnológicos a sus instalaciones para mejorar el servicio de suministro de energía a sus clientes, procurando siempre las mejores condiciones de calidad y precio. 
Teniendo en cuenta que estos sistemas están enfocados a optimizar el manejo y operación de una subestación con escasa intervención de personal operativo, es necesario que evolucionen de forma simultánea con el avance tecnológico, de tal forma que permita reducir el uso de componentes o equipos distintos, esto puede lograrse mediante la implementación de redes de alta velocidad para la transmisión de datos y el uso de dispositivos electrónicos inteligentes micro procesados, que permiten interconectar las subestaciones eléctricas de las empresas a los centros de control y operación, creando nuevas posibilidades de incrementar la eficiencia en el proceso operativo. Por consecuencia, el acceso remoto a los dispositivos para obtener la ubicación.
Actualmente se están implementando sistemas de redes inteligentes a nivel de las subestaciones, ya no quedan relegadas únicamente al cuarto de control. Una subestación digital ofrece una infraestructura flexible de comunicaciones, que reduce las limitaciones de los sistemas de cableado punto a punto y permite compartir bidireccionalmente la información y el estado de los dispositivos en tiempo real, mejorando la capacidad de respuesta y la flexibilidad del sistema en su conjunto. 
TRAMOS DE GENERACION
Es el espacio físico de la subestación conformado por dispositivos de maniobra y equipos de potencia asociados
Componentes:
 Unidad generadora 
 Disyuntor de salida
 Transformadores de corriente 
 Transformador-elevador de potencia
TRAMOS DE TRANSFORMACION
Según el nivel de tensión del tramo, existen dos (2) tipos de tramos de transformación con el mismo diseño: 
 Tramo llegada de transformador a barra (lado alta tensión): está integrado por: 
• Transformador de Potencia 
• Disyuntor 
• Seccionadores de línea y barra
• Transformadores de corriente
 • Seccionadores rompearco
 • Pararrayos
De igual manera el Tramo llegada de Transformador a Barra (lado Baja Tensión): Está constituido por: 
• Transformador de potencia 
• Disyuntor 
• Transformadores de corriente
 • Transformador de potencial 
• Seccionadores (para autotransformadores) 
• Pararrayos.
TRAMOS DE SALIDA DE LINEAS
El tramo de salida de línea está integrado por): 
 Un disyuntor 
 Un seccionador de línea
 Un seccionador de puesta a tierra 
 Dos (2) seccionadores de barra
 Tres (3) transformadores de corriente 
 Trampa de onda 
 Transformadores de potencial 
 Pararrayos (opcional)
TRAMOS DE ACOLE Y7O SECCIONAMIENTO DE BARRA
Dependiendo del esquema de barra existente en la subestación, el tramo puede estar constituido por componentes diferentes:
 Por un seccionador
 Por un disyuntor extraíble
 Por un disyuntor y sus dos 2) seccionadores asociados
 ESQUEMA DE BARRA SIMPLE
Así mismo como su nombre lo indica, es la configuración más simple que puede tener una subestación eléctrica. Además, es la más económica, pero a su vez la menos segura. Esta configuración no se utiliza para subestaciones eléctricas de gran envergadura. Esto último se debe a que la dependencia de una única barra en la subestación puede causar una prolongada interrupción del servicio, de todos los puntos de conexión a la barra, en caso de existir una falla en la barra misma o por efecto de una falla de interruptor.
También en caso de necesitar realizar algún trabajo de mantenimiento, o bien, en un proyecto de ampliación de la subestación, es necesario desenergizar la subestación eléctrica completamente.
Aplicación
Aéreas donde los cortes de servicio no afectan a cargas poco importantes
En el diseño normalizado de las subestaciones tipo Radial I, Radial II y Nodal III
VENTAJAS 
Instalación Simple
Maniobras simples
Bajo costo
DESVENTAJAS 
Una falla en la barra o en alguno de sus interruptores principales, tiene como resultado, la necesidad de interrumpir el servicio eléctrico en toda la subestación.
Para realizar la mantención de un interruptor, se debe interrumpir el servicio completamente del consumo asociado al equipo.
Es imposible realizar una ampliación de la subestación, sin tener que interrumpir el servicio completamente.
 ESQUEMA DE BARRA SECCIONADA POR UN DISYUNTOR
De igual forma está constituido por dos (2) barras principales, con posibilidad de acoplamiento entre sí mediante un disyuntor y sus seccionadores asociados.
Aplicación
En las instalaciones relacionadas directamente con la red troncal del sistema interconectado.
Ventajas:
Mayor continuidad del servicio Fácil mantenimiento de los tramos conectados a la barra Requiere poco espacio físico para su construcción. Para fallas en barra, queda fuera de servicio el tramo de la sección de barra afectada
Desventajas: 
Falla en barra puede originar racionamiento. El mantenimiento de un disyuntor deja fuera de servicio el tramo al cual está asociado.
ESQUEMA DE BARRA SIMPLE CON SECCIONADORES EN DERIVACIÓN
Ventajas
Similar al esquema de barra simple, pero permite realizar labores de mantenimiento en los tramos para interrumpir el servicio, a través del seccionador en derivación. Requiere poco espacio físico para su construcción.
Desventajas
Falla en barra interrumpe totalmente el suministro de energía. Las ampliaciones de barra exigen la salida de la subestación en su totalidad.
ESQUEMA DE DOBLE BARRA
Asimismo este esquema consiste básicamente de dos barras simples conectadas por medio de un interruptorcentral, pero a diferencia de la barra simple seccionada, aquí la instalación de una línea, tiene la capacidad de conectarse a ambas barras. Es uno de los esquemas más utilizados en subestaciones eléctricas que contienen gran cantidad de circuitos pasando una gran cantidad de potencia a través de ellas.
Además las instalaciones de línea poseen desconectadores exclusivos para conectarse a cada una de las barras, permitiendo así que el circuito tenga flexibilidad de conexión.
Aplicación 
El interruptor central, el cual conecta-secciona las dos barras, permite que los circuitos puedan ser traspasados de una barra a otra bajo carga, permitiendo y garantizando así, la continuidad de los servicios.
Ventajas 
Cualquiera de las barras puede ser asilada para mantención sin necesidad de interrumpir el servicio de los circuitos conectados.
Mayor flexibilidad con dos barras de operación.
Un circuito puede ser fácilmente transferido de barra por medio del interruptor seccionador de barra y de los desconectadores selectores de barra.
Desventajas 
Se requiere de un interruptor extra para el enlace de barras
Se requiere de un desconectador adicional por circuito para conectarse a las barras.
El esquema de protección de barra puede ocasionar pérdida de subestación cuando opere, si todos los circuitos se conectan a esa barra.
Existe una alta exposición a fallas de barra.
Una falla de un interruptor principal deja fuera de servicio a todos los circuitos conectados a esa barra.
Una falla en el interruptor seccionador- acoplador de barras, deja fuera de servicio a toda la subestación.
 
ESQUEMA DE BARRA PRINCIPAL Y TRANSFERENCIA
Igualmente este esquema agrega mayor flexibilidad a ya mencionada (esquema de doble barra), ya que, si bien es posible conectarse a cualquiera de las dos barras por sus desconectadores selectores de barra, además, es posible aislar los interruptores principales para mantenimiento, por medio del circuito de transferencia.
 Ventajas 
Cualquiera de las barras puede ser asilada para mantención sin necesidad de interrumpir el servicio de los circuitos conectados.
Mayor flexibilidad con dos barras de operación.
Un circuito puede ser fácilmente transferido de barra por medio del interruptor seccionador de barra y de los desconectadores selectores de barra.
Un interruptor principal puedo ser asilado por la barra de transferencia y el interruptor de transferencia, permitiendo así la mantenibilidad.
Desventajas 
Se requiere de un interruptor extra para la transferencia del circuito.
Se requiere de un desconectador adicional por circuito para conectarse a la barra de transferencia.
El esquema de protección de barra puede ocasionar pérdida de subestación cuando opere, si todos los circuitos se conectan a esa barra.
Existe una alta exposición a fallas de barra.
Una falla de un interruptor de transferencia y/o principal deja fuera de servicio a todos los circuitos conectados a esa barra.
Una falla en el interruptor seccionador- acoplador de barras, deja fuera de servicio a toda la subestación.
Conclusión
En las subestaciones actuales existe una clara tendencia a la automatización de sistemas, y se comienza a extender el uso de tecnologías digitales para los sistemas automáticos de la subestación tradicional. En este ámbito, la diversidad de fabricantes se manifiesta en una gran variedad de equipos y protocolos diferentes, que se ve agravada por el continuo desarrollo de las tecnologías eléctricas y la aparición de nuevos estándares. Por tanto, uno de los principales problemas que aparece es la incompatibilidad entre dispositivos de diferentes fabricantes. La norma IEC 61850, convertida en un estándar de facto, viene a solucionar este problema, y su introducción gradual ha de permitir la coexistencia entre las mejoras propuestas y el equipamiento del que se dispone. La gran cantidad de información digitalizada en el nivel de bahía y su intercambio entre este nivel y de proceso requieren cierto ancho de banda. Además, se requiere una gran cantidad de cableado para interconectar los transductores con los dispositivos de protección y control. Para disminuir este cableado, soportar el ancho de banda necesario, y de paso facilitar la adición de nuevos elementos, se ha propuesto utilizar una red Ethernet, compatible con la norma IEC 61850. De esta forma, los diversos elementos de la subestación quedarían conectados mediante un bus, con la notable simplificación de la red que esto supone. En este Proyecto Fin de Carrera se ha realizado una propuesta de diseño de la merging unit o unidad de comunicaciones de una subestación de baja y media tensión. Este dispositivo, reflejado en la norma IEC 61850, tiene la misión de tomar los valores de los transformadores, y enviarlos muestreados y de forma coherente a los equipos de protección, control y monitorización. El protocolo existente entre los transductores de tensión y corriente y la unidad de comunicaciones es privado, mientras que la salida de la merging unit a través del puerto Ethernet, cumplirá la norma IEC 61850-9-1. La posibilidad de incorporación del soporte a otros protocolos en esta merging unit mediante un cambio en el software queda totalmente abierta, gracias a la versatilidad de la arquitectura propuesta. Esta propuesta de diseño abarca todos los niveles, tanto el software como el hardtware.