Subestaciones Electricas
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE MORELIA.
SUBESTACIONES ELECTRICAS.
INTEGRANTES:
EDMUNDO GARCIA ARITZMENDI.
LEODEGARIO MARTINEZ GARCIA.
NÉSTOR ADOLFO MORALES GÁMEZ.
ANDREI SOLORIO VARGAS.
FERNANDO SALDAÑA SALAS.
1 DE ABRIL DEL 2011.
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Contenido
Introducción
Elementos de una subestación
Diseño de una subestación
Disposición física
Operación
2
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Introducción
Instalación con tres objetivos:
Transformación de tensiones (generación, transporte, reparto, distribución)
Redistribución de energía eléctrica (confluencia de líneas)
Alojar aparamenta
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Introducción
4
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Introducción Localización de las subestaciones
Depende de su función
Cercana a centros de consumo:
o Primarias Tensión de salida: 66, 110, 132 kV
o Secundarias Tensión de salida: 6.6, 15, 20 kV
Cercana a centros de generación
Dependiendo del nivel de tensión
Disponibilidad del terreno (urbano, rural)
5
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Introducción Clasificación según función
Interconexión:
Confluencia de varias líneas sin transformación
Seguridad del suministro y reducción de costes de generación
Utilización frecuente
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Introducción Clasificación según función
Transformación pura:
Típicamente 2 líneas de entrada y 1 transformación a un nivel inferior de tensión
Suministro de energía a niveles de subtransporte, reparto y distribución
Suministro a grandes consumidores conectados directamente a la red de transporte
Utilización reducida
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Introducción Clasificación según función
Interconexión con transformación a uno o varios niveles inferiores de tensión
Utilización frecuente
De central
Inyección en la red de la energía generada por las centrales
Emplazamientos con características muy especiales
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Subestación de central
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Introducción Clasificación según emplazamiento
Intemperie
Interior
Blindadas
Rurales
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Subestaciones de intemperie
Soportan condiciones atmosféricas adversas, aunque no todo está en el exterior:
V VDISTRIBUCIÓN (20 kV) Intemperie
VDISTRIBUCIÓN Edificio
o V Distancias menores
o protección y facilidad de reparación
Edificio de mando y control: cuadro de mando
y protecciones
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Subestaciones de interior
Mayor parte de la instalación dentro de edificio
Transformadores a la intemperie
Uso poco extendido (poco espacio, tensiones bajas, interior de industrias o comercios)
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Subestaciones de interior
Ventajas:
protección (contaminación, humedad, ambiente salino)
Distancias menores
Inconvenientes:
caras (compromiso con el precio del suelo en zona urbana)
Problemas con incendios (saltan las protecciones por ionización del aire)
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Subestaciones blindadas
Nuevo dieléctrico: Hexafluoruro de azufre
(SF6) Gas de alta capacidad dieléctrica, muy estable, no inflamable
Permite distancias mucho menores Uso en poblaciones o áreas de alta contaminación
Limitación de tamaño Transformadores (proporcional a potencia)
Mantenimiento reducido (menos problemas
que con el aceite de los transformadores)
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Comparación de tamaño
Nivel de 220 kV:
Intemperie: Separación de 4 m
Interior: Separación de 2 m
Blindada: Separación de 15 cm
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Subestaciones rurales
Instalaciones pequeñas (300 m2
vs. 110 m2)
Más simples
Menor calidad de servicio
No permiten demasiadas maniobras
Suelen ser de tensión de reparto/distribución (66/20 kV)
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Aparamenta de
Aparamenta
de
Elementos de una subestación (I)
Líneas
Barras o
embarrado
Transformador de potencia
maniobra y corte
transformación
Relés de protección (de línea, de transformador, de batería de condensadores)
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Elementos de una subestación (II)
Elementos de medida
Pararrayos
Celdas
Servicios auxiliares
Instalaciones de mando y control
Baterías (alimentación de protecciones)
Obra civil
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Elementos de una subestación Esquema
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Elementos de una subestación Barra o embarrado
Elemento conductor que recoge todas las intensidades que llegan a la subestación por las líneas
Intemperie Cable de cobre (flexible), tubo de cobre o aluminio (rígido)
Interior Tubo de cobre, pletina de cobre
(8 80 mm, 10 80 mm, 2 de 10 80 mm)
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Elementos de una subestación Barra o embarrado
Esquema unifilar:
LÍNEAS
66 kV
TRANSFORMADORES
LÍNEAS
20 kV
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Por intensidad
Por
esfuerzos
Elementos de una subestación Barra o embarrado
Cálculo de secciones:
máxima admisible
electrodinámicos
Cálculo de intensidad de cortocircuito
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Elementos de una subestación Barra o embarrado
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Elementos de una subestación Transformador de potencia
Transformación de tensión a distintos niveles:
Núcleo trifásico
Banco de transformadores monofásicos (transporte más fácil, mayor fiabilidad)
Autotransformador (más económico, más pequeño, relación de transformación
próxima a 1 220/132 kV)
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Control de
Control
de
Elementos de una subestación Transformador con tomas
tensión dentro de límites legales
flujos de P y Q en la red
Ajuste de tensión frente a Carga
66/20 kV Regulación en carga automática (Sistema Jansen)
132/66 kV Regulación en carga manual desde el despacho de maniobras
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Elementos de una subestación Transformador con tomas
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Elementos de una subestación Transformador de potencia
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Elementos de una subestación Transformador de potencia
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Elementos de una subestación Transformador de potencia
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Elementos de una subestación Aparamenta de maniobra y corte
Seccionador
Interruptor automático o disyuntor
Interruptor o interruptor en carga
Interruptor-seccionador
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Aparamenta de maniobra y corte Seccionador
Une o separa de forma visible dos partes de
un circuito Seguridad en trabajos de inspección, mantenimiento o sustitución
Usos:
Seccionador de interruptor
Seccionador de puesta a tierra (sólo en líneas)
Seccionador de by-pass 31
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Aparamenta de maniobra y corte Seccionador
Apertura y cierre sin carga normalmente
Apertura y cierre con cargas pequeñas Sólo en media tensión (1 kV – 36 kV)
No pueden interrumpir corrientes de
cortocircuito Interruptor automático
Mecanismo de enclavamiento Evita operaciones incorrectas
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Tipos de seccionador
De cuchillas giratorias
De cuchillas deslizantes
De columnas giratorias
De pantógrafo
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Aparamenta de maniobra y corte Seccionador
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Aparamenta de maniobra y corte Interruptor automático
Corte y establecimiento de corrientes en condiciones normales y anormales
Permite el paso de corrientes anormales durante un tiempo limitado
Permite el cambio de configuración de un sistema de energía eléctrica (conexión o desconexión prestablecida, condiciones anormales de servicio, averías repentinas)
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Aparamenta de maniobra y corte Interruptor automático
Proceso de corte:
Separación de contactos Arco eléctrico
Extinción del arco eléctrico
Reforzamiento dieléctrico del espacio entre
contactos Tensión de restablecimiento
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Interruptor automático Cámara de corte
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Tipos de interruptor automático Según el medio de extinción del arco
Aceite
Aire comprimido
Soplado magnético
Hexafluoruro de azufre (usado actualmente en media tensión y alta tensión)
Vacío (usado actualmente en media tensión)
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Aparamenta de maniobra y corte Interruptor automático
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Aparamenta de maniobra y corte Interruptor automático
40
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Aparamenta de maniobra y corte Interruptor automático
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![Page 42: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/42.jpg)
Aparamenta de maniobra y corte Interruptor automático
42
![Page 43: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/43.jpg)
Aparamenta de maniobra y corte Interruptor o interruptor en carga
Establece, conduce e interrumpe corrientes en condiciones normales
Establece y conduce corrientes en condiciones anormales durante un tiempo limitado
No puede cortar corrientes de cortocircuito
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![Page 44: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/44.jpg)
Aparamenta de maniobra y corte Interruptor-seccionador
Funciones idénticas a un interruptor en carga
Corrientes normales Establece, conduce
e interrumpe
Corrientes anormales Establece y conduce durante tiempo limitado, pero no las interrumpe
44
![Page 45: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/45.jpg)
Elementos de una subestación Aparamenta de transformación
Reducen las magnitudes de V e I para medición y para señales de entrada a los relés
de protección Economía y seguridad
Transformador de tensión
Transformador
de
corriente
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Elementos de una subestación Transformador de tensión
En paralelo
Mide VLÍNEA
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![Page 47: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/47.jpg)
Elementos de una subestación Transformador de corriente
En serie
Mide ILÍNEA
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Elementos de una subestación Relés de protección
Relés de protección: Captan señales y dan órdenes de apertura/cierre a interruptores
automáticos (en alta tensión separados de los interruptores)
Magnitudes eléctricas Tensión, corriente, frecuencia, potencia, impedancia
Magnitudes no eléctricas Temperatura (relé térmico, relé Buchholz)
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Elementos de una subestación Pararrayos autoválvulas
Limita sobretensiones transitorias debidas a:
Descargas atmosféricas
Maniobras
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Elementos de una subestación Baterías de condensadores
Compensación del factor de potencia
P1
cos 1
Q2
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Elementos de una subestación Celdas
Compartimento que puede contener:
Seccionador de puesta a tierra
Seccionador de aislamiento de la línea y puesta a tierra del interruptor
Terminales de las líneas
Interruptor automático
Transformadores de tensión y corriente
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Elementos de una subestación Celdas
Seccionador de barras y puesta a tierra del interruptor
Embarrado
Equipo de accionamiento, operación y maniobra
Equipos de protección, medida y telemando
52
![Page 53: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/53.jpg)
Elementos de una subestación Celda de línea (66 kV)
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Elementos de una subestación Celda de transformador
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![Page 55: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/55.jpg)
Elementos de una subestación Obra civil
Estructuras metálicas
Calles y pórticos
Parque intemperie
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Obra civil Estructuras metálicas
Construidas en acero galvanizado
Amarre de líneas y conexiones tendidas
Soporte de equipo eléctrico y embarrado
Estructuras y herrajes auxiliares
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Obra civil Calles y pórticos
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Obra civil Calles y pórticos
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![Page 59: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/59.jpg)
Obra civil Parque intemperie
Cimentaciones de hormigón
Canales de cables de control De hormigón y cubiertos con tapas
Transformadores y reactancias Bancadas de hormigón, camino de rodadura con raíles, muros cortafuegos
Drenaje
Edificio de mando y control y caseta de relés
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Diseño de las subestaciones
Determinado por:
Función de la subestación
Características de la zona de la red
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Criterios de diseño (I)
Adecuación a los requisitos del sistema (niveles de potencia y tensiones, potencia de cortocircuito, etc.)
Operación simple en condiciones normales y de emergencia
Seguridad, flexibilidad y fiabilidad en la operación
Economía (coste de inversión, operación y mantenimiento)
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Criterios de diseño (II)
Continuidad en el servicio (mantenimiento de interruptores)
Flexibilidad y complejidad del mantenimiento
Disponibilidad de espacio
Facilidad de ampliación y reforma
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![Page 63: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/63.jpg)
Criterios de diseño (III)
Estandarización de parámetros eléctricos
Reducción del impacto ambiental
Mantenimiento reducido
Seguridad y protección frente a agentes externos
63
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Esquema unifilar Simbología
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Esquema unifilar
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Configuraciones más habituales
Barra simple
Barra partida
Barra principal y barra de transferencia
Barra doble
Barra
doble
y
doble
interruptor
En anillo
De
interruptor
y
medio
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Barra simple
Pocos dispositivos y poco espacio Configuración más sencilla y económica
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Barra simple
Falta o mantenimiento en barra Pérdida total del suministro (fiabilidad baja)
Interruptor en mantenimiento Pérdida del suministro asociado
No se puede alimentar independientemente una o varias líneas
Ampliación Pérdida total del suministro
Uso en redes radiales de “poca importancia” (redes rurales)
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Barra simple con by-pass
Seccionador de by-pass Aísla al interruptor para su mantenimiento sin interrumpir el suministro
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Barra simple con by-pass
Enclavamiento entre seccionador de by-pass e interruptor
Falta en línea con seccionador de by-pass
cerrado Pérdida total del suministro
Interruptor de reserva
Resto de características Barra simple
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Barra partida
También permite seccionador de by-pass
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Barra partida
Seguridad y flexibilidad de operación y mantenimiento:
Reparto de líneas entre las secciones de la barra
Falta o mantenimiento en barra Pérdida del suministro sólo en la sección afectada
Posibilidad de dos fuentes de alimentación
Sistema de protección más complejo
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Barra principal y barra de transferencia
Barra principal
Interruptor de acoplamiento
Barra de transferencia
Esquema más caro (más dispositivos) y con mayores necesidades de espacio
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Barra principal y barra de transferencia
Funcionamiento normal Circuitos conectados a barra principal
Esquema más flexible y seguro:
Interruptor de línea abierto (mantenimiento
o falta) Restablecimiento del suministro mediante conexión a barra de transferencia y cierre de interruptor de acoplamiento
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Barra principal y barra de transferencia
Inconvenientes de operación:
Fallo en barra Pérdida total del suministro
Mantenimiento del interruptor de
acoplamiento Una barra fuera de servicio
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Barra doble
Mismo número de dispositivos que esquema de barra principal y barra de transferencia
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Barra doble
Las líneas se pueden conectar indistintamente a cualquier barra protegidas por su propio interruptor
Fallo o mantenimiento en una barra:
Disparo del interruptor de acoplamiento
Conexión a la otra barra (apagón momentáneo)
Interruptor de línea en mantenimiento Pérdida del suministro asociado
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Barra doble con by-pass
El interruptor de acoplamiento protege la línea con interruptor en mantenimiento
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Barra doble y barra de transferencia
Fallo de barra Barra simple con barra de transferencia tras operación del interruptor de acoplamiento
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Doble barra con dos barras de transferencia
2 interruptores de acoplamiento
Reparto de líneas en barras de transferencia
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Triple barra
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Barra doble y doble interruptor
Barra 1
Barra 2
El interruptor de acoplamiento se reemplaza por un interruptor por línea
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Barra doble y doble interruptor
Mayor fiabilidad:
Fallo o mantenimiento en barra Conexión de las líneas a la otra barra
Mantenimiento de un interruptor de línea
Línea en servicio por la otra barra con el otro interruptor
Coste elevado
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En anillo o polígono
Igual número de dispositivos por línea que el esquema de barra simple
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En anillo o polígono
Trayectorias alternativas alrededor del anillo
seguridad que barra simple:
Fallo o mantenimiento en barra Se aísla
la parte afectada abriendo dos interruptores (pérdida de una línea)
Mantenimiento de un interruptor
Protección garantizada mediante los interruptores restantes
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En anillo o polígono
Desventajas:
requerimiento de espacio
Apertura del anillo corriente por
interruptores operativos Posibles disparos intempestivos
Diseño de protecciones más complejo
Ampliación Pérdida total del suministro
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Interruptor y medio
Esquema de
barra doble con 3
interruptores por pareja de líneas
Sin interruptor de acoplamiento
Solución intermedia entre barra doble y barra doble y doble interruptor
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Interruptor y medio
Conexión indistinta a cualquier barra
Mantenimiento sin corte del suministro y con total protección
Posibles disparos intempestivos
Coordinación de interruptores más compleja
Solución de compromiso entre coste y seguridad de operación
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Configuraciones del esquema unifilar Resumen
Configuración
# Interruptores
# Seccionadores
Barra simple
# Líneas
1 + 3 # Líneas
Barra simple con by-pass
# Líneas
1 + 4 # Líneas
Barra partida
# Líneas
3 # Líneas + 3 # Barras 1
Barra principal y barra de transferencia
1 + # Líneas
4 + 4 # Líneas
Barra doble
1 + # Líneas
4 + 4 # Líneas
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Configuraciones del esquema unifilar Resumen
Configuración
# Interruptores
# Seccionadores
Barra doble con by-pass
1 + # Líneas
4 + 6 # Líneas
Barra doble y barra de transferencia
1 + # Líneas
7 + 5 # Líneas
Barra doble y doble interruptor
2 # Líneas
2 + 6 # Líneas
Anillo
# Líneas
4 # Líneas
Interruptor y medio
1.5 # Líneas
2 + 5 # Líneas
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![Page 91: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/91.jpg)
Configuraciones más usadas por REE en transporte
Interruptor y medio
Doble barra con doble interruptor
Barra simple para reactancias
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![Page 92: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/92.jpg)
Disposición física Distancias de seguridad
Mantenimiento en una posición no debe afectar a las contiguas
Circulación libre de personas por toda la
superficie de la instalación
Zócalos de aisladores a 2.3 m y elementos a tensión nominal a 6 m mínimo
Viales pavimentados para vehículos
Delimitación de la zona de trabajo
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![Page 93: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/93.jpg)
Disposición física. Embarrados
Flexibles:
Mayor altura de los pórticos
Mayor distancia entre fases
Rígidos:
Estructura más ligera
Menor volumen de obra civil
Material de conexión más simple
Mayor resistencia mecánica
Ausencia de efecto corona
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![Page 94: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/94.jpg)
Disposición física Subestaciones de intemperie
Válida para interruptor y medio, anillo (4 salidas) o doble interruptor
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![Page 95: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/95.jpg)
Disposición física Subestaciones de intemperie
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![Page 96: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/96.jpg)
Disposición física Subestaciones de intemperie
96
![Page 97: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/97.jpg)
Disposición física Subestaciones de intemperie
97
![Page 98: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/98.jpg)
Disposición física Subestaciones de interior
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![Page 99: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/99.jpg)
Disposición física Subestaciones de interior
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![Page 100: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/100.jpg)
Operación
Normalmente, en régimen abandonado (sin personal de servicio)
Posibilidad de operación local en caso de fallo
(sistema de control y cableado convencionales)
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![Page 101: Subestaciones Electricas](https://reader034.fdocuments.co/reader034/viewer/2022052307/5571fa3b497959916991a56b/html5/thumbnails/101.jpg)
Operación
Estructura de telecontrol (sistema de control digital, fibra óptica):
Transmisión de indicaciones y estados (señales digitales)
Medidas (señales analógicas)
Órdenes
Medidas de
energía
101