Las subestaciones son nodos críticos en los sistemas de energía eléctrica, que permiten una transmisión y distribución eficientes de la electricidad. Desempeñan funciones esenciales como la transformación de la tensión, el encaminamiento de la energía y la protección del sistema. El diseño y la aplicación de las subestaciones varían mucho en función de factores como los niveles de tensión, la ubicación y los requisitos operativos. Este artículo explora los distintos tipos de subestaciones, sus principios de funcionamiento, ventajas y aplicaciones, proporcionando a los ingenieros una comprensión completa de su papel en la infraestructura eléctrica moderna.
Principio de funcionamiento o concepto de diseño
Las subestaciones funcionan modificando los niveles de tensión y dirigiendo el flujo de energía. En esencia, constan de transformadores, disyuntores, barras colectoras y relés de protección. El diseño de una subestación depende de su finalidad:
- Transformación de la tensión:
- Subestaciones elevadoras: Situadas cerca de centrales eléctricas, aumentan la tensión (por ejemplo, de 11 kV a 400 kV) para minimizar las pérdidas durante la transmisión a larga distancia.
- Subestaciones reductoras: Reducir la tensión (por ejemplo, de 132 kV a 33 kV) para la distribución local o el uso final.
- Configuración:
- Subestaciones exteriores: Utilizan aparamenta aislada en aire (AIS) y son ideales para aplicaciones de alta tensión gracias a sus amplias distribuciones.
- Subestaciones interiores: Emplear aparamenta aislada en gas (GIS) en espacios compactos y cerrados, adecuada para zonas urbanas.
- Subestaciones subterráneas: Construido bajo tierra para ahorrar espacio en ciudades densamente pobladas.
- Función:
- Subestaciones de transmisión: Interconectar las líneas de transmisión y gestionar la transferencia de energía a granel.
- Subestaciones de distribución: Suministrar energía a consumidores residenciales, comerciales e industriales.
- Subestaciones colectoras: Energía agregada procedente de fuentes renovables, como parques solares o eólicos.
- Movilidad:
- Subestaciones móviles: Instalaciones temporales montadas sobre remolques para el suministro eléctrico de emergencia o el mantenimiento de la red.
Principales ventajas
Cada tipo de subestación ofrece ventajas distintas adaptadas a su aplicación:
- Subestaciones elevadoras/bajadoras:
- Permiten una transmisión eficaz a larga distancia y una distribución localizada.
- Reduzca las pérdidas de energía mediante una regulación óptima de la tensión.
- Subestaciones GIS:
- Tamaño compacto ideal para entornos urbanos con limitaciones de espacio.
- Seguridad mejorada con aislamiento de gas SF6, que minimiza los riesgos de incendio.
- Subestaciones colectoras:
- Integrar las energías renovables intermitentes en la red.
- Proporcionar apoyo de potencia reactiva para estabilizar los niveles de tensión.
- Subestaciones móviles:
- Despliegue rápido para recuperación en caso de catástrofe o actualización de la red.
- Soluciones temporales rentables sin infraestructura permanente.
Ámbitos de aplicación
Las subestaciones se despliegan en diversos escenarios:
- Subestaciones de transmisión:
- Se encuentran en las redes nacionales, conectando las centrales eléctricas a las redes regionales.
- Subestaciones de distribución:
- Presta servicio a barrios urbanos, polígonos industriales y comunidades rurales.
- Subestaciones industriales:
- Instalaciones dedicadas para fábricas, minas o centros de datos con grandes demandas de energía.
- Energías renovables:
- Las subestaciones colectoras conectan los aerogeneradores o los paneles solares a la red.
- Transporte:
- Las subestaciones ferroviarias suministran energía de tracción a los trenes eléctricos.
Normas del sector
El diseño y el funcionamiento de las subestaciones se ajustan a normas reconocidas en todo el mundo:
- Normas IEEE:
- Serie IEEE C37: Cubre interruptores, disyuntores y relés de protección.
- IEEE 80: Guía de diseño de sistemas de puesta a tierra para la seguridad.
- Normas CEI:
- IEC 61850: Define los protocolos de comunicación para la automatización (por ejemplo, SCADA).
- IEC 62271: Especifica los requisitos para la aparamenta de alta tensión.
- Normas de seguridad:
- NESC (Código Nacional de Seguridad Eléctrica): Garantiza la seguridad de la instalación y el mantenimiento.
- OSHA: Obliga a garantizar la seguridad de los trabajadores durante la construcción de subestaciones.
- Cumplimiento de la normativa medioambiental:
- Directrices de la EPA: Regular la contención del aceite y la manipulación del gas SF6 para evitar fugas.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Por qué hay subestaciones elevadoras cerca de las centrales eléctricas?
Las subestaciones elevadoras aumentan la tensión para reducir las pérdidas resistivas durante la transmisión de energía a granel. Su ubicación cerca de las fuentes de generación maximiza la eficiencia.
P2: ¿Qué distingue a las subestaciones GIS de las AIS?
GIS utiliza gas SF6 para el aislamiento en compartimentos estancos, lo que permite instalaciones urbanas compactas. El AIS se basa en cámaras de aire y es adecuado para espacios exteriores amplios.
P3: ¿Cómo elegir entre subestaciones interiores y exteriores?
Hay que tener en cuenta la disponibilidad de terreno, los niveles de tensión y los factores ambientales. Las subestaciones GIS de interior ahorran espacio pero cuestan más, mientras que los diseños AIS de exterior son económicos para los sistemas de alta tensión.
En este artículo se ofrece una visión general de los tipos de subestaciones, haciendo hincapié en su adaptabilidad para satisfacer las cambiantes demandas de energía. Los ingenieros deben equilibrar las especificaciones técnicas, las normas y las limitaciones del emplazamiento para optimizar el rendimiento de las subestaciones en diversas aplicaciones.
