6 Tipos de Subestaciones Eléctricas. Concepto, Elementos.

Existen diferentes tipos de subestaciones eléctricas pero su elemento principal es el transformador, las subestaciones eléctricas son el resultado de una gran colaboración de ideas que se iniciaron desde que el físico Michael Faraday construyera el primer transformador eléctrico en el año 1831.

Descubriendo posteriormente la inducción electromagnética, de ahí la ley que lleva su nombre “Ley de inducción de Faraday”, es la que establece que un flujo magnético variable en el tiempo producirá a su vez una corriente variable en el tiempo en un circuito cerrado.

No fue hasta después del nacimiento del célebre inventor Nikola Tesla que se empezaron a usar en la transmisión de energía eléctrica alrededor del año 1886 haciendo uso de la corriente alterna que él mismo descubrió.

Antes de esto la energía eléctrica se transfería a través de corriente continua (corriente que fluye en un sólo sentido), pero esta era poco eficiente y no podía ser transmitida a gran escala, con la llegada de Tesla, creador de la corriente alterna (corriente que fluye en dos sentidos), se vencieron estas limitaciones, Tesla mejoró la transferencia de energía eléctrica permitiendo la transmisión a largas distancias, siendo el responsable del sistema usado hoy en día.

Concepto

La energía eléctrica se produce en grandes cantidades, esta energía debe ser transferida y transmitida apropiadamente sin que se generen grandes pérdidas, es decir, que la misma cantidad de energía generada sea la misma cantidad de energía que se entrega.

La cuestión aquí, es que las centrales que se encargan de generar esta energía se encuentran por lo general bastante alejadas de las zonas de consumo, por lo tanto, es necesario idearse algún tipo de mecanismo para transferirla y esto se logra con las subestaciones eléctricas, colocándose cada una de ellas en sitios específicos para la transmisión apropiada dependiendo de las necesidades que se requieran satisfacer, de ahí surgen los diferentes tipos de subestaciones eléctricas.

Las subestaciones eléctricas son indispensables en los procesos de generación, transformación, transmisión y distribución de la energía eléctrica hacia los centros de consumo como: casas, edificios, industrias.

Las subestaciones eléctricas contienen aparatos y dispositivos que hacen posible el cambio de las variables eléctricas como: tensión, corriente, frecuencia, entre otros. Las mismas interconectadas a gran escala forman el sistema eléctrico nacional de un país y operan en la administración de estas variables eléctricas a través de las diferentes líneas de un sistema eléctrico.

Tipos de subestaciones eléctricas

A continuación mostraremos los diferentes tipos de subestaciones eléctricas en cuanto a su funcionamiento:

Subestaciones eléctricas elevadoras

Son las responsables de cambiar el nivel de tensión entregado por los generadores a un valor superior, un ejemplo de ellas son las que se encuentran cerca de las centrales hidroeléctricas que elevan la magnitud de tensión a un valor apropiado para su posible interconexión con la red nacional. Por ende tienen un lado de baja tensión y un lado de alta tensión, en el lado de baja se encuentran los generadores  y en el lado de alta la carga.

Tipos de subestaciones eléctricas
Tipos de subestaciones eléctricas

¿Por qué la distribución eléctrica se hace a tensiones elevadas?

Para comenzar explicando la razón de esto, comenzaremos con la simple ecuación que explica la potencia en una resistencia, que es:

P = I 2*R

Esto quiere decir que toda resistencia consume una potencia que depende de la cantidad de corriente que fluye por ella, es decir, mientras más corriente fluya en la resistencia más potencia esta consumirá.

Como se dijo anteriormente los lugares donde se genera la energía eléctrica (centrales de generación) están alejados de los centros de consumos (industrias, edificios, casas), y por lo tanto es necesario transferir esta energía a través de conductores durante todo este trayecto, los conductores a su vez también tienen una resistencia y por ellos fluirá una corriente.

Por lo tanto, consumen potencia, esta potencia que consumen los conductores es pura potencia desperdiciada ya que no se quiere que los conductores consuman la potencia que se está enviando, lo que se quiere es que la transfieran para que la consuman cargas útiles como las casas, edificios, industrias, entres otros.

Por tal motivo, conviene que circule una mínima cantidad de corriente por los conductores para que no consuman potencia, esto se logra, con las subestaciones eléctricas elevadoras ya que ellas suben el nivel de tensión pero bajan el nivel de corriente, haciendo que la potencia que se pierde en los conductores por una corriente sea despreciable.

Subestaciones eléctricas reductoras

Son las encargadas de cambiar el nivel de tensión previamente aumentado por otra subestación a un valor inferior que pueda ser utilizado por cargas de consumo como: casas, edificios, industrias.

Subestaciones eléctricas de enlace

Estas subestaciones se utilizan para poner a funcionar circuitos en función de los requerimientos, y hacer operaciones de conexión adecuadas que permitan la flexibilidad y confiabilidad en el servicio.

Construcción: Tipos de subestaciones eléctricas

En cuanto a la construcción tenemos diferentes tipos de subestaciones eléctricas como:

Subestación aérea

En la siguiente figura se puede observar una estructura tipo H que es construida con dos apoyos o postes. Pueden ser alimentadas por una misma red aérea o una red subterránea.

tipos de subestaciones eléctricas
Subestación eléctrica tipo H

Subestación de piso y patio

La subestación de piso es utilizada para alimentar a cargas como: casas, edificios, industrias, centros comerciales, alumbrado público y residencial. Entre ellas se pueden encontrar las subestaciones tipo patio, tipo pedestal o padmounted y subestación capsulada.

A continuación se presentará la subestación pedestal o padmounted.

La ventaja de las subestaciones tipo padmounted es que pueden separar los equipos eléctricos del fácil acceso por parte de personas no autorizadas, además de que pueden ser instaladas en lugares donde existe el paso de personas como en parques o avenidas brindando seguridad, como también dentro de edificios.

Subestación por debajo del nivel del suelo

Las subestaciones subterráneas se instalan por debajo del suelo, en andenes, zonas verdes, entre otros, están conformadas por dos áreas, una para el transformador y otra para el seleccionar de las operaciones a maniobras, ambas áreas están unidas por un banco de ductos.

Tienen que ser resistente contra inundaciones, pudiendo soportar hasta tres horas bajo el agua, protegiendo también las conexiones de los cables, fusibles internos y sus accesorios externos y poder abastecer a una carga de 200 A, teniendo codos moldeados previamente sin zonas vivas expuestas, para poder conectar los terminales de media tensión.

Funcionamiento de una subestación eléctrica

A continuación mostraremos los diferentes puntos que abarcan el funcionamiento de una subestación eléctrica:

Medida

Las subestaciones eléctricas miden los voltajes, corrientes, frecuencia, energía, potencia activa, potencia reactiva, entre otros.

Supervisión y control

Se puede operar una subestación de forma remota, ya que cuenta con los elementos necesarios para poder observar las lecturas de las variables eléctricas y estado de los diferentes equipos importantes de forma distante.

Maniobra

Se pueden agregar o sacar del servicio circuitos y equipos para su proceso de mantenimiento, sin exponer a zonas peligrosas a los operadores garantizando su seguridad y conservando la continuidad del servicio.

Elementos principales de una subestación

A continuación mostraremos los elementos más comunes que puede tener una subestación eléctrica:

Transformador

Es una máquina eléctrica que solo se puede acceder a ella eléctricamente, por tal motivo es estática, transforma niveles de tensión y corrientes de unas determinadas magnitudes a unas magnitudes de tensión y corriente diferentes, manteniendo la frecuencia constante.

Es decir, los valores de tensión y corriente de uno de sus lados (por ejemplo lado primario) están en fase con los valores de tensión y corriente del otro lado (por ejemplo lado secundario), sirven para la interconexión entre las diferentes líneas de un sistema eléctrico.

Interruptor de potencia

Abre o cierra un circuito, interrumpiendo y restableciendo la continuidad del mismo.

Restaurador

También es un interruptor, la diferencia es que posee tres contactos que se encuentran dentro de un mismo tanque y que funciona con capacidades de interrupción bajas. Son diseñados para operar con tres formas de recierre y cuatro aperturas con un tiempo preestablecido entre una y otra; en la última apertura el cierre debe ser manual debido a que la falla se muestra permanentemente.

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