Directivas para el proyecto de subestaciones de alta tensión

2. Definiciones
3. Esquemas normalizados
4. Condiciones a respetar en el proyecto de una subestación
5. Condiciones de instalación del equipamiento
6. Servicios internos
7. Equipamiento de media tensión
8. Comando
9. Protecciones
10. Red de puesta a tierra de la subestación
11. Ampliabilidad de las subestaciones
12. Criterios de distribución de tensiones auxiliares
13. Tableros en las casetas
14. Nota final
15. Bibliografía

1.- OBJETO

Establecer las directivas generales del proyecto, la clasificación y las posibilidades de ampliación de las subestaciones que se desarrollarán en la red de de una empresa de distribución de energía, atendiendo a las facilidades de mantenimiento y operación, a la normalización de sus elementos y a la reducción del impacto ambiental en todos sus aspectos.

ALCANCE.

Las presentes Directivas alcanzan a todas las subestaciones de alta tensión de tipo intemperie.

2.- DEFINICIONES

Subestación: Instalación dedicada a la transformación de niveles de tensión de la energía eléctrica.

Aparatos: Cada uno de los elementos primarios (conectados a potencial) dedicados a la interrupción, transformación, seccionamiento y derivación a tierra de energía eléctrica de alta y media tensión.

Campo o equipo: Cada uno de los espacios funcionales, conformado por la agrupación de aparatos, dedicados a:

-Ingresar o extraer energía de la instalación (líneas o cables).

-Transformarla (transformadores).

-Cambiar la topología de la instalación (acoplamientos).

-Poner a tierra una barra colectora (o una porción de ella).

-Obtener alguna medición de las barras.

Celdas: Idem que el anterior exclusivamente en tableros metálicos.

Secciones: Conjunto de celdas de media tensión alimentadas desde un transformador.

Tableros de media tensión: Conjunto de dos secciones.

Vano: Espacio entre dos pórticos y los conductores tendidos o rígidos que lo vinculan.

Barra o barra colectora: Conductor que vincula campos distintos (o celdas distintas).

Entrada o disposición en bloc: El electroducto acomete directamente al transformador, sin barra colectora. En este caso suele designarse como campo o equipo al conjunto línea/ transformador.

Edificio de auxiliares: Es el que contiene los transformadores y los tableros de servicios internos, los tableros de baja tensión (para comando reducido, medición, alarmas, fronteras, protecciones, etc.), el equipamiento de telecontrol y de comunicaciones, la batería de acumuladores con su cargador y la fuente de tensión segura. Tiene, además, los servicios sanitarios para el personal.

Sala de celdas: Es el edificio que contiene el (los) tablero(s) de media tensión.

Casetas (o quioscos): Son pequeños edificios en las playas de las subestaciones con barras colectoras dobles de alta tensión que contienen armarios intermediarios, de protección, unidades remotas de captación distribuida, etc., correspondientes a dos (2) campos de alta tensión.

Control local digitalizado (C.L.D): Es el sistema computadorizado de control de la subestación que elimina el tablero de maniobra local y que es apto para el comando desde un centro de telecontrol. En media tensión puede estar integrado a la protección.

Tablero de comando reducido: Es el tablero de comando sintético que permite operar los distintos campos de la subestación en caso de:

– Indisponibilidad del sistema de control digitalizado.

– Mantenimiento.

Consola de comando. Es el monitor y el teclado que permite operar la subestación en forma local desde el edificio de auxiliares.

3.- ESQUEMAS NORMALIZADOS

3.1.- ESQUEMAS NORMALIZADOS DE M.T. (Para 33 ó 13.2 kV).

3.1.1.- Sección normalizada tipo 1 de 33 kV.

La sección normalizada tipo 1 se configura con cuatro (4) celdas de salida de cable, una (1) celda de acometida de transformador, una (1) celda de medición de tensión y puesta a tierra de barras y una (1) celda de acoplador longitudinal de barras.(En la sección que completa el tablero no se considera el acoplador longitudinal).

El tablero es de simple barra y de interruptor extraíble. La celda dedicada a la medición de tensión y puesta a tierra de barras puede evitarse agrupando estos elementos en la celda de transformador o de acoplamiento de barras.

3.1.2.- Sección normalizada tipo 2 de 13.2 kV.

La sección normalizada tipo 2 se configura con ocho (8) celdas de salida de cable, una (1) celda de acometida de transformador, una (1) celda de medición de tensión y puesta a tierra de barras y una (1) celda de acoplador longitudinal de barras. (En la sección que completa el tablero no se considera el acoplador longitudinal).

El tablero es de simple barra y de interruptor extraíble. La celda dedicada a la medición de tensión y puesta a tierra de barras puede evitarse agrupando estos elementos en la celda de transformador o de acoplamiento de barras.

3.2.- ESQUEMAS NORMALIZADOS EN A.T

ESQUEMA A. Son las SS EE de 132/13.2 kV de hasta 160 MVA de potencia instalada sin barra de alta tensión. Se configuran con dos transformadores de hasta 80 MVA cada uno, a los que acometen en bloc o a una barra colectora simple, sendos electroductos de 132 kV. El tablero de media tensión está configurado con hasta 4 secciones normalizadas Tipo 1 ó Tipo 2, de acuerdo con sus posibilidades de ampliación previstas.

ESQUEMA B. Son las SS EE de 132/13.2 kV de hasta 160 MVA de potencia instalada, con barra de alta tensión, con acoplamiento longitudinal de alta tensión. Se configura con una barra de alta tensión a la que pueden acometer hasta 4 electroductos. El tablero de media tensión es similar al del esquema A.

ESQUEMA C. Son las SS EE de 132/33/13.2 kV de hasta 200 MVA de potencia instalada, con barra de alta tensión, con acoplamiento longitudinal de alta tensión. Se configura con una barra de alta tensión a la que pueden acometer hasta 4 electroductos. Los tableros de media tensión se configuran con secciones normalizadas Tipo 2 (para 13.2 kV) y Tipo 1 (para 33 kV). En este último caso puede postergarse la instalación del número de celdas de cable saliente hasta completar el tablero normalizado.

ESQUEMA D. Son las SS EE de 132/33/13.2 kV con doble barra de alta tensión que pueden incorporar transformación (con o sín barra) en 220 kV. La potencia de transformación 132/13.2 kV es de hasta 120 MVA y el tablero se configura con 4 secciones Tipo 2. La transformación y el tablero de 33 kV es similar al esquema C.

4.- CONDICIONES A RESPETAR EN EL PROYECTO DE UNA SUBESTACIÓN

4.1.- Ampliabilidad de la subestación.

La adopción de uno de los esquemas normalizados debe permitir la ampliación total de la instalación hasta el último nivel de desarrollo previsto sin cortes del servicio en el sector en funcionamiento. Esto implica prever en la etapa inicial todos los trabajos que predispongan la situación futura (montaje de pórticos, edificios de auxiliares, bases de aparatos a construir cercanas a partes bajo tensión, red de puesta a tierra con conductores de sección adecuada a la corriente de falla normalizada para el último nivel de tensión previsto, etc.). Las salas de tableros de media tensión se pueden adecuar, cuando se estima una demora razonable para la ampliación total, de manera de construir solo el edificio con las dimensiones previstas para la etapa inicial y predisponer la instalación para construir oportunamente el resto del edificio.

4.2.- Seguridad del personal y del material.

Debe tenerse en cuenta en la disposición del equipamiento que se asegure la inaccesibilidad de todas las partes bajo tensión a las personas de altura normal que circulen por la instalación.

La distribución de los aparatos en la playa será ejecutada de manera tal que los operadores tengan una visión clara de la instalación, de manera de dificultar las maniobras erróneas y brindar seguridad al personal de operación para despejar rápidamente cualquier zona afectada por tareas de mantenimiento o eventuales siniestros.

Debe tenerse siempre en cuenta la posibilidad de trabajar en un campo con total seguridad estando energizados los campos anexos. Cualquier aparato de alta tensión debe poder ser retirado o instalado en la subestación sin desafectar del servicio ningún equipo anexo. Esto incluye la posibilidad de retirar o instalar transformadores de potencia.

4.3.- Operación de la subestación.

Se tenderá a la adopción de disposiciones planas sobre el terreno, que eviten las estructuras demasiado altas y permitan una vigilancia y mantenimiento racional de las barras colectoras y el equipamiento asociado. Este debe poder ser mantenido evitando, tanto como se pueda, el uso de medios de elevación potencialmente peligrosos.

Los mismos recaudos se tomarán para que los siniestros se autolimiten y no den lugar a cortes del servicio de gran magnitud, adoptando disposiciones suficientemente espaciadas del equipamiento para evitar que un incidente grave (incendio, explosión o caída) provoque deterioros en los elementos vecinos o se extienda a otras partes de la instalación..

Por estas razones en subestaciones con barras colectoras simples, dobles o triples se elige exclusivamente la disposición de barras horizontal.

Debe facilitarse, además, la circulación en la vecindad del equipamiento para permitir ganar tiempo en las maniobras y supervisar mejor todos los elementos de la instalación.

Los tableros de media tensión deben ubicarse sobre el límite de la instalación para minimizar el recorrido de los cables hacia el exterior de la subestación.

Debe tenerse presente que todas las instalaciones debajo del nivel del terreno son siempre susceptibles de anegamiento.

4.4.- Construcción de la subestación.

Deben adoptarse disposiciones que permitan una normalización de los elementos constituyentes (obra civil, conductores, bases de los aparatos, morsetería, etc.), tendiendo a la reducción de los tiempos de obra, los costos resultantes de los beneficios de una economía de escala y los estudios y cálculos particulares.

Es esencial que se dimensionen las bases de los aparatos para provisiones de distintos fabricantes, de manera de reducir las complicaciones consecuentes a una ampliación o un reemplazo.

Las demoliciones vinculadas a las ampliaciones deben evitarse tanto como sea posible y esto debe ser tenido en cuenta en el proyecto de la subestación.

El uso de material industrializado, con buenas características mecánicas y térmicas, debe ser tenido especialmente en cuenta en el desarrollo de la obra civil.

El impacto ambiental de la instalación debe reducirse tanto como sea posible. En este sentido los valores actuales son satisfactorios. Se conservan en estas directivas las mismas alturas de los conductores, módulos de potencia y niveles de tensión por lo que es esperable mantener o reducir los actuales niveles de perturbación (ruido y campos electromagnéticos). El tratamiento arquitectónico de las fachadas es actualmente muy satisfactorio y el impacto visual, favorable.

4.5.- Esquema de distribución de campos en planta.

4.5.1.- Esquema "A".

Dos pórticos por conjunto transformador-línea elevan los conductores por encima del camino de transformadores y permiten una distribución despejada del equipamiento. Cada uno de los dos vanos determinados por estos pórticos es del orden de 20 metros.

4.5.2.- Esquema "B"

Cuatro pórticos configuran dos vanos de alrededor de 20 m cada uno para las barras colectoras. Entre los dos pórticos centrales se instala el acoplador longitudinal, que consiste en un interruptor puente con dos seccionadores, dispuesto en un vano de alrededor de 10 m, sin barra encima de los aparatos.

4.5.3.- Esquema "C"

Cuatro pórticos configuran dos vanos de alrededor de 30 m cada uno para las barras colectoras. Entre los pórticos centrales se instala el acoplador longitudinal, desarrollado en alrededor de 10 m y formado por un interruptor y dos seccionadores. Siempre debe preverse la evolución a un esquema D, de manera de disponer las bases civiles y los pórticos para esta situación. En esa situación el acoplador longitudinal se convertirá en acoplador transversal de barras, mediante el tendido de barras colectoras superiores perpendiculares a las barras colectoras. Solo cuando se planifique llegar en intervalos cortos al esquema D, debe preverse un acoplador transversal desarrollado en dos campos anexos, con barras paralelas a las barras colectoras

4.5.4 .- Esquema "D"

Los pórticos para las barras de 132 kV configuran vanos de alrededor de 40 m, en cada uno de los cuales se instalan 4 equipos de 10 m cada uno, que se disponen en forma alternativa de manera de facilitar el mantenimiento.

Cuando se prevea la construcción de barras de 220 kV, partiendo de una entrada en block, deben construirse los pórticos intermedios de las futuras barras, de manera que los equipos en servicio no obstaculicen la ampliación prevista.

4.5.- Conductores normalizados.

La elección de los conductores de alta tensión para uso en subestaciones se ejecutará a partir de las tres consideraciones siguientes:

4.5.1.- Calentamiento máximo admisible. Se debe tener en cuenta el calentamiento del conductor por la acción de la corriente nominal, las sobrecargas y la acción de cortocircuitos. Es necesario considerar que la sección de los conductores de la subestación debe ser mayor que la sección de la línea asociada debido a:

– La morsetería por unidad de longitud es mucho mayor en una subestación y cada morseto puede significar un punto caliente.

– El incremento de la flecha con la temperatura tiene en las líneas una importancia menor en tanto no suele haber problemas de distancias disruptivas críticas. Si los hay en subestaciones con las cruzadas inferiores.

– Las subestaciones deben estar mucho más alejadas del colapso que las líneas.

4.5.2.- Tensión mecánica. No se deben superar los valores que establezcan las directivas correspondientes.

4.5.3.- Normalización existente y consideraciones adicionales. Deben evaluarse los aspectos siguientes:

– Secciones normalizadas actuales. (En líneas y subestaciones).

– Diámetros lo suficientemente distintos para apreciar su diferencia a simple vista.

– No incrementar (más bien reducir) la cantidad de matriculaciones vigente en cables y morsetería.

– Considerar que el colapso de una fase en una subestación puede llevar a que se cambie solo esa fase para reducir el tiempo de restablecimiento del servicio, con lo que una futura modificación puede derivar en errores en la elección de la morsetería.

4.5.4.- Conductores normalizados.

Debe tenerse siempre en cuenta en los esquemas C y D la necesidad de llegar a la última etapa de la ampliación prevista con los conductores previstos para el esquema final.

Las secciones normalizadas de conductores de alta tensión y de hilos de guardia son las que se detallan en la tabla siguiente: