Subestación eléctrica
Es el nudo donde la alta tensión se vuelve media. Llegan las líneas de 115 kV, un transformador baja el voltaje a 13.8 kV y las barras lo reparten a los circuitos que van a la ciudad. Los interruptores cortan las fallas, y las cuchillas dejan dar mantenimiento sin peligro.
En palabras simples
- La figura usa el diseño de la subestación Coatepec, en Veracruz, que el Instituto de Investigaciones Eléctricas hizo para la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y que describe una tesis de la UNAM de 1993. Recibe dos líneas de 115 kV, un transformador de 12/16/20 MVA baja el voltaje a 13.8 kV y salen cuatro circuitos.
- Con la misma potencia, del lado de 13.8 kV pasa 8.3 veces más corriente que del lado de 115 kV, porque 115 entre 13.8 da 8.3. Por eso la energía viaja lejos en alta tensión, y por eso los equipos de 13.8 kV llevan más amperes.
- El transformador se calienta con la carga. El aceite sube a los radiadores, se enfría y regresa, y con ventiladores aguanta más: 12 MVA sin ellos, 16 con un paso y 20 con dos. Su aislamiento se gasta el doble de rápido por cada 6 °C más en su punto más caliente.
- En este modelo, en un día de 30 °C con 15 MW de demanda máxima, el punto más caliente llega a 89 °C y el transformador gasta unas 3 horas de vida. Sin ventiladores llega a 118 °C y gasta 47 horas: 16 veces más.
- Con más carga, el voltaje baja en el transformador y a lo largo de cada circuito. El cambiador de derivaciones lo corrige sin cortar la corriente, en pasos de 0.625 %. En este modelo, con 15 MW y sin cambiador, a la última casa de un circuito de 10 km le llegaría 89 % del voltaje; el cambiador sube 10 pasos y le llega cerca de 96 %. Con 22 MW ya no alcanza: 94 %.
- Los motores y muchos aparatos piden, además de energía, una corriente que va y viene sin hacer trabajo. Los capacitores la dan ahí mismo, en vez de que viaje desde las centrales: en este modelo, con 15 MW, el factor de potencia pasa de 0.90 a 0.93.
- Si una rama cae sobre un circuito, la corriente se dispara: en este modelo, 5.2 kA junto a la subestación y 2.5 kA a 4 km. El relevador cuenta, y entre más corriente, menos espera: a 4 km, el interruptor abre en poco más de medio segundo. Dos segundos después vuelve a cerrar solo, porque de 80 a 87 de cada 100 fallas en las líneas aéreas son pasajeras.
- Si la falla sigue, el interruptor lo intenta otra vez y después se queda abierto: se bloquea hasta que alguien revise. Las cuchillas no cortan corriente: para dar mantenimiento, primero abre el interruptor y después ellas.
- Con la barra de interconexión, el interruptor de un circuito lleva a dos mientras el otro se revisa, y nadie se queda sin luz. En este modelo se puede hasta con 19.4 MW de demanda en toda la subestación: con más, el interruptor 1 pasaría de los 600 A de sus transformadores de corriente.
- Bajo la grava, una malla de 1,051 m de cobre une todo lo metálico. Si una falla manda corriente a la tierra, la malla la reparte para que el voltaje entre los pies, o entre la mano y los pies, no lastime a nadie. En Coatepec se diseñó para 10,041 A durante medio segundo.
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