Subestaciones de media a baja tensión

EL TRANSFORMADOR es un aparato estático destinado a transformar un sistema de corrientes alternas en uno o más sistemas de corrientes alternas de igual frecuencia y de intensidad y tensión generalmente diferentes. Un transformador en servicio en un sistema eléctrico, tiene ciertas características nominales que han sido en parte fijadas por el usuario, y en parte adoptadas por el proyectista.

Condiciones normales de servicio Las normas fijan condiciones normales de servicio, a saber: ● altitud de la instalación (hasta 1000 metros sobre el nivel del mar) ● temperatura del refrigerante, por ejemplo para aparatos refrigerados por aire, la temperatura del aire ambiente no debe exceder los 40 °C.

Por ejemplo los transformadores de distribución que se utilizan para la alimentación de baja tensión (380/220 V) desde la red de media tensión 13,2 kV, son de relación 13.2/0.4 kV y conexión Dy 11; la tensión de columna es respectivamente 13.2 kV y 380/220 V para media y baja tensión.

Para potencias de 10 MVA o mayores la reducción que se aplica a la sobretemperatura coincide con el exceso de temperatura del aire de refrigeración. Para potencias menores la sobreelevación se deberá reducir del siguiente modo: ● si el exceso de temperatura es menor o igual a 5 °C se reduce en 5 °C. ● si el exceso de temperatura es mayor de 5 °C y como máximo igual a 10 °C se reduce en 10 °C.

● Potencia en kVA ● Frecuencia ● Número de fases ● Tensión en bornes ● Tipo de conexión Si el transformador es trifásico sus arrollamientos pueden estar conectados en: ● Estrella (Y) ● Triángulo (D)

Tipos y descripción de S/E Se pueden clasifican dependiendo a su disposición constructivas: ● Subestaciones tipo intemperie Aérea Nivel de suelo

● Subestaciones aéreas monofásicas Se instalan preferente en un solo poste debido a su peso, puede ser utilizado en zonas urbanas o rurales. Para consumos pequeños preferentemente es de uso residencial, alumbrado público o pequeños talleres. Los transformadores de las subestación emplean resina epóxica que es de gran resistencia a los impactos

● Subestaciones aéreas trifásicas Están diseñadas para ser utilizadas al intemperie, por lo tanto deben ser capaces de soportar el funcionamiento en condiciones atmosféricas adversas, tales como lo son, lluvia, viento, contaminación aérea, descargas atmosféricas, etc. Se instalan preferentemente en postes de hormigón armado, ya sea en uno o dos postes dependiendo de su peso.

● Subestaciones pad mounted Su construcción modular y compacta la hace apropiada para suministrar energía eléctrica en edificios, hospitales, centros comerciales, cines y en general en cualquier construcción urbana en donde se requiera un alto grado de seguridad y confiabilidad de servicio.

La tecnología ha permitido disminuir paulatinamente el tamaño de los gabinetes; es decir, los fabricantes en competencia han reducido el volumen de los transformadores con el propósito de hacerlo más atractivo a la vista.

● Subestaciones subterráneas Se emplean transformadores tipo sumergibles y están destinados a ser instalados en cámaras o bóvedas bajo el nivel del suelo. Los transformadores tipo sumergible radial se suministran con tres terminales, aptos para la conexión de los conductores de media tensión mediante conectores tipo codo.

Los transformadores tipo sumergible network incorporan un desconectador en el lado de media tensión, de tres posiciones (conectado, desconectado y tierra). El desconectador es operado manualmente desde el exterior

●Subestaciones unitarias Este tipo de subestaciones está proyectada para ser montada sobre radier, y para trabajar bajo techo o a la intemperie.

Estas subestaciones son fabricadas de acuerdo a los requerimientos particulares del cliente como también de acuerdo a las normas y dimensiones de los fabricantes.

Naturaleza de las cargas a alimentar ● Cargas residenciales Aspectos que influyen en el diseño Naturaleza de las cargas a alimentar ● Cargas residenciales ● Cargas comerciales ● Cargas industriales

Elementos de protecciones de una S/E Todas las subestaciones, se deben proteger por imperativo legal, contra los efectos perjudiciales de sobrecargas y cortocircuitos. El fusible es el medio más sencillo de interrupción automática de corriente en caso de cortocircuito o sobrecargas en media o baja tensión y existen varios tipos de fusibles de acuerdo al material usado y a su disposición.

● Concreto de Polímero ● Goma de Silicón ● Resorte de Expulsión

Los interruptores termomagnéticos según la norma IEC 889, estos se clasifican en dos grupos: ● Por capacidad de ruptura de cortocircuito nominal que es el valor de corriente máximo (1500 - 3000 - 4.500 - 6.000 - 10.000) (A). ● Por características de desconexión instantánea B Mayor de 3 veces In, hasta e incluyendo 5 In C Mayor de 5 veces In, hasta e incluyendo 10 In D Mayor de 10 veces In, hasta e incluyendo 20 In

Características Técnicas de S/E Aspectos constructivos y de montaje ● Subestaciones aérea monofásica En el nivel de 12-25 kV se permiten transformadores que no superen los 600 kg de peso, instalados sobre un poste de concreto de 14 metros para el recibo de la línea y de 12 metros como auxiliar.

1 Conector cuna Al / Cu 2 Cruzeta de madera 3 Desconectador fusible 23 Kv 4 Desconectador fusible 12 Kv 5 Diagonal pletina 6 Cable al desnudo 7 Golillas de presión 8 Golillas de presión 9 Pernos de anclaje 10 Transformador 12 Kv 11 Radiadores 12 Plano identificación 13 Toma de tierra

● Subestaciones aérea trifásica Transformadores hasta de 100 kVA se sujetarán con collarín fabricado en platina de 3/8" y con tornillos de carruaje de 3/4". De acuerdo con el fabricante existen transformadores que requieren una repisa para ayudar a su adecuada sujeción a la estructura.  Transformadores de capacidad superior a 100 kVA y sobrepasen un peso de 600 kg. se montarán en una camilla con dos postes de concreto que pueden ser de 14 o 12 metros.

1 Amarra central 2 Afianza transformador 3 Aislador espiga 15 Kv 4 Aislador espiga 23 Kv 5 Cruzeta de madera 6 Cruzeta de madera 7 Conectador cuna Al / Cu 8 Desconectador fusible 12 Kv 9 Desconectador fusible 23 Kv 10 Diagonal pletina 11 Diagonal pletina 12 Espiga 15 Kv 13 Diagonal pletina 14 Golillas de presión 15 Golillas de presión 16 Golillas de presión 17 Golillas de presión 18 Poste hormigón armado 11,5 mt 19 Pernos de anclaje 20 Pernos de anclaje 21 Pernos de anclaje 22 Pernos de anclaje 23 Pernos de anclaje 24 Pernos de anclaje 25 Pernos de anclaje 26 Porta viga 27 Toma de tierra 28 Transformador 12 Kv 29 Porta viga transformador 30 Diagonal pletina

● Subestaciones pad mounted La parte activa del transformador va montada en un gabinete metálico con amplias celosías para la entrada y salida del aire, además con paneles apernados. El gabinete va a su vez montado en una base formada por perfiles de acero laminados.

1 Conector tipo pozo de M.T. 2 Aislador B.T. 3 Portafusible tipo bayone 4 Portafusible tipo caniste 5 Conmutador 6 Indicador de nivel 7 Termómetro 8 Válvula de alivio de seguridad 9 Válvula de alivio de presión 10 Válvula de drenaje y muestreo 11 Soporte de descanso para codos 12 Barra de conexión a tierra 13 Soporte para cables 14 Base de anclaje 15 Cáncamo de izado 16 Cáncamo de izado para tapa 17 Terminal tierra 18 Celda M.T. Y B.T. 19 Radiadores de refrigeración 20 Tapón de llenado 21 Interruptortermomagnético 22 Placa de características

● Subestaciones subterráneas Se pueden diferenciar dos clases de subestaciones subterráneas: Sumergibles ocasionalmente: puedenfuncionar durante algún tiempo en condiciones de inundación de la cámara.  Sumergibles permanentemente: pueden permanecer sumergidas por largos períodos de tiempo.

Subestación subterránea tipo network 1 Conector tipo pozo de M.T. 2 Aislador B.T. 3 Aislador neutro de B.T. 4 Conmutador 5 Indicador de nivel 6 Termómetro 7 Válvula de alivio de seguridad 8 Válvula de drenaje y muestreo 9 Placa de características 10 Caja de conexión de B.T. 11 Tapón de llenado 12 Cáncamo de izado transformador 13 Cáncamo de izado tapa 14 Radiadores de refrigeración 15 Terminal tierra 16 Base de apoyo 17 Soporte para desconectador de B.T. 18 Desconectador tripular de B.T Subestación subterránea tipo network Subestación subterránea tipo radial

● Subestaciones encapsuladas Su instalación es simple y solo requiere protección contra contactos accidentales y ventilación. Se recomienda utilizar en lugares donde la seguridad del medio ambiente y el suministro de energía eléctrica son fundamentales, como por ejemplo:

 Edificios de vivienda Centros comerciales Hoteles Hospitales

● Tipos de refrigeración de transformadores Uno de los problemas más serios en la construcción de transformadores es la evacuación del calor generado como resultado del servicio del transformador. Es por ello que para prevenir el rápido deterioro de los materiales aislantes, se deben proveer los medios de refrigeración adecuados, tanto para el núcleo como para los devanados del transformador.

El aceite cumple distintas funciones en los transformadores , siendo las principales el aislamiento, la refrigeración por convección de las partes activas y la protección de los aislantes sólidos para que no absorban humedad del ambiente.

Las principales características de estos aceites son: Actúa como agente refrigerante y aislante. Bajo índice dieléctrico relativo, por lo que tiende a rebajar los gradientes de tensión de los aislantes sólidos.  El aceite sufre un proceso de envejecimiento, es decir, que con el tiempo se altera, se oxida, forma productos ácidos y puede llegar a crear lodos. Las principales causas de envejecimiento son: el aire (oxígeno), temperaturas elevadas y las radiaciones ultravioletas.

● Designación de la Norma IEC 354 ● Designación de la Norma IEC 354.1991 para transformadores sumergidos en aceite Designación según agente refrigerante. Designación según naturaleza de la circulación.

Aspectos Teóricos en la ventilación

Transferencia de Calor en Transformadores Sumergidos en Aceite Cuando se esta en presencia de temperaturas diferentes en un cuerpo o entre cuerpos de un sistema, se habla de Transferencia de Calor. El proceso de transferencia de calor en un transformador, sumergido en aceite, se efectúa por conducción, convección y radiación.

● Conducción Es el mecanismo de traspaso de energía entre moléculas vecinas; desde la de mayor temperatura a la que posee menor temperatura. ● Convección Es un fenómeno de transferencia a través de moléculas de una sustancia, que arrastran consigo su contenido calórico sin existir traspaso de energía entre ellas.

● Radiación Esta se produce en todo cuerpo, cuya temperatura es superior a la del ambiente que lo rodea, irradia energía calórica en forma de ondas.

Proceso Termodinámico en Transformadores Inmersos en Aceite Esquema de Ventilación Forzada y Circulación del Aceite

Proceso Termodinámico en Transformadores Inmersos en Aceite Transferencia de Calor Desde el Devanado al Aceite