electricidad centros de transformacion

UD. 5 LNEAS AREAS Y SUBTERRNEAS DE B.T. P.I.E.

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UD 5 CENTROS DE TRANSFORMACIN.

1. Generalidades Un centro de transformacin es un elemento que pertenece a las redes de distribucin de energa, dedicado a transformar la tensin de dicha energa para que tenga unas caractersticas adecuadas para su consumo.

Transforma la tensin de las lneas de distribucin de media tensin (entre 1 y 30 KV) a la tensin de consumo de la red de baja tensin (0,4 KV). En general est formado por los siguientes elementos:

2. Clasificacin de los centros de transformacin Los centros de transformacin los podremos clasificar segn distintas caractersticas:

CARACTERSTICAS TIPO DE CENTRO DE TRANSFORMACIN Segn su emplazamiento - Interior (ed. Independiente o ed. Dedicado a otros usos)

- Intemperie: sobre poste, S 160 KVA Segn su disposicin constructiva - Abierto o celdas de obra

- Celdas metlicas prefabricadas - Compactas

Segn su conexin en la red - En punta. - En anillo - En doble derivacin

Segn su propiedad - De compaa - De abonado.


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3. Partes fundamentales Todos los centros de transformacin estn formado por tres componentes generales:

a) Aparamenta de maniobra y proteccin en MT

b) Transformador c) Cuadro general de B.T. con su

aparamenta de maniobra y proteccin.

La composicin y la forma de cada una de estas partes vara en funcin del tipo de centro de transformacin. Por la naturaleza de stas partes distinguiremos entre C.T. de interior o de exterior (P.I., poste intemperie), y dentro del primer grupo distinguiremos en que se trate de C.T. de compaa o C.T. de abonado.

Definiremos primero el ms completo de ellos, que ser el C.T. de interior para abonado particular.

3.1.- Centro de transformacin en poste intemperie Estos centros de transformacin deben cumplir la MIE RAT 15.

La potencia mxima de este tipo de centro es de 160 KVA. No obstante los transformadores utilizados habitualmente son de 25, 50, 100 y 125 KVA a 20 KV.

Este centro se dispone sobre poste de hormign o metlico, en el que se coloca el transformador sobre un soporte metlico.

Los elementos en media tensin son:

Seccionadores en M.T.

Elementos de corte y conexin de la lnea en vaco. Son unipolares y consiste en una cuchilla metlica soportada mediante aisladores. Estos seccionadores son de hierro galvanizado y el circuito principal de cobre.

La tensin nominal es de 24 KV y la intensidad nominal es de 400-630 A.


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Fusibles de MT para exterior

Utilizados para la proteccin de los transformadores de distribucin contra cortocircuitos. Se suelen colocar en apoyos distintos a los del trafo.

El calibre del fusible se escoge en funcin de la potencia nominal del transformador. Los fabricantes dan curvas de y tablas de seleccin.

Fusible expulsin-seccionador (fusibles XS)

Actualmente se prefiere utilizar el seccionador con fusible, con el que se puede dejar el trafo sin tensin y al mismo tiempo protegerlo contra cortocircuitos.

Tienen una tensin nominal de 24 KV, intensidad nominal entre 100-200 A.

Son de fusin rpida y se escogen segn la potencia nominal del trafo, con poder de corte de 10 KA.

Pararrayos autovlvulas

Son pararrayos de resistencia variable para proteccin contra sobretensiones. De tensin nominal 24 KV y 10 KA de intensidad de descarga.

Se pueden sujetar a los portes mediante soporte metlico o a la carcasa del trafo.


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Se unen entre s mediante varilla de cobre de 8 mm de dimetro y a tierra mediante conductor de cobre de seccin 50 mm2.

Proteccin en BT

Los elementos de baja tensin son los necesarios para la proteccin del transformador contra sobrecargas y la lnea de conexin entre el transformador y dicha proteccin.

Estar formado por un cuadro de proteccin de intemperie conteniendo un interruptor tetrapolar con fusibles o interruptor automtico, calibrados para la potencia nominal del transformador.

Los conductores en BT sern los que unirn los bornes de BT del trafo con el cuadro de proteccin. Dichos conductores estarn formados por cable RZ de aluminio, de seccin 95 mm2 para transformadores de potencia igual o inferior a 100 KVA y de seccin mnima de 150 mm2 para los de 160 KVA.

3.2.- Centro de transformacin de abonado Los elementos que forman parte de la aparamenta de maniobra y proteccin del centro de transformacin, se disponen en forma de celdas prefabricadas (armarios) que contienen en su interior el elemento de maniobra y proteccin correspondiente.

Estas celdas se enlazan, se conectan, entre s, para conseguir un conjunto que ofrezca las posibilidades de maniobra y proteccin necesarias. El fabricante, mediante ensayos y certificaciones de calidad, asegura que dicho conjunto, si se instala segn sus prescripciones, cumple las condiciones de seguridad suficientes.

Un centro de transformacin de abonado para tres transformadores podra ser el siguiente:


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Las celdas que forman parte de ste centro de transformacin son:

a) Celdas de lnea: Disponen de un interruptor de corte en carga, seccionador de puesta a tierra, aisladores capacitivos y pilotos sealizadores. El interruptor tiene apertura y cierre simultneo en los tres polos, tensin nominal 24 KV e intensidad nominal de 400 A. El seccionador de puesta a tierra est situado entre el terminal del cable y el aparato de proteccin y maniobra. sta celda es propiedad de la compaa suministradora, que es la nica que tiene acceso a ellas segn MIE RAT 19

b) Celda de seccionamiento: Es una celda que sirve para dejar sin servicio el centro de transformacin sin afectar al anillo de MT. Dispone de un seccionador que desconecta, slo sin carga, y deja al circuito.

c) Celda de proteccin: Se trata de una cabina con un interruptor automtico capaz de abrir el circuito en carga y en cortocircuito.

El interruptor debe contar con una cmara de ruptura con algn dielctrico adecuado (aire, aceite o gas SF6). El interruptor es de 24 KV y 400 A de corriente nominal. Puede estar formada por un interruptor automtico o disyuntor, o un interruptor con fusibles (ruptofusible). El primero protege contra sobrecargas y cortocircuitos mediante rels, y se utiliza normalmente como proteccin de todos los transformadores. El segundo se suele utilizar como proteccin cada uno de los transformadores. Se utiliza la timonera del fusible como activador del sistema de apertura del interruptor, y protege nicamente contra cortocircuitos. Para que proteja al transformador contra sobrecargas se coloca una bobina de emisin conectada a las protecciones del mismo, que luego veremos. Se denomina de proteccin general si protege ms de un transformador o de proteccin del transformador si protege nicamente un transformador.

d) Celda de medida: La celda de medida es la utilizada para la ubicacin de los transformadores de medida, necesarios para la tarificacin de energa. Se utilizan dos o tres transformadores de tensin 20000/110 V y dos o tres trafos de corriente X/5 A, con doble devanado, para la medida y para la proteccin. Dichos transformadores se conectan con el equipo de medida de energa mediante dos cables de 2,5 mm2 por trafo de tensin y de intensidad.

e) Celda de remonte: nicamente tienen las barras de remonte, los soportes de las barras y los elementos de conexin con las otras celdas.


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Adems de las celdas, como hemos dicho, el centro dispondr de transformador, que veremos ms adelante e ste mismo tema, y la aparamenta de baja tensin, formada por el cuadro de baja tensin, CBT, y el equipo de medida:

a) Cuadro de baja tensin, CBT. En el caso del CT de abonado, dicho cuadro coincide con el Cuadro General de Baja Tensin, CGBT, de la instalacin a la que alimente. Si dicho cuadro no se encuentra en la interior del centro de transformacin, ser necesario colocar en dicha sala un interruptor de corte omnipolar con proteccin contra sobreintensidades, de forma que desde el mismo recinto se pueda dejar el transformador sin carga.

b) Equipo de medida: Se trata de un mdulo normalizado por la compaa con los equipos necesarios para la tarifa contratada. Se trata de un equipo de medida indirecta y normalmente estar compuesta por un contador de energa activa de doble o triple tarifa, maxmetro, contador de reactiva y reloj de conmutacin. ltimamente la compaa suministradora tiene normalizados unos equipos en los que un nico aparato realiza todas esas funciones. Adems de estos elementos dispondr de regleta de verificacin.

3.3.- Centro de transformacin de compaa El centro de transformacin de compaa ser de iguales caractersticas al anterior solo que no llevar equipo de medida, por lo que no dispondr tampoco de celda de medida. De igual manera tampoco ser necesaria la colocacin de celdas de seccionamiento, ni proteccin general, ni de remonte.


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4.- Transformadores Son mquinas estticas de induccin electromagntica destinada a transformar un sistema de corrientes variables en otro de intensidades y tensiones generalmente distintas.

En la actualidad, los tipos constructivos de los transformadores de distribucin para CT son prcticamente los dos siguientes:

Transformadores en bao de aceite mineral, de llenado integral o con depsito de expansin,

Transformadores de aislamiento slido a base de resinas, denominados transformadores secos.

Se designan por la potencia, tensin nominal y grupo de conexin. Las principales caractersticas son las indicadas en la placa de caractersticas:

Los transformadores de distribucin acostumbran estar equipados con un conmutador o cambiador de la tensin primaria (MT), para poder ajustarla a la tensin real de alimentacin en aquel punto

de la red.

Estos conmutadores son para maniobrarlos sin tensin, tanto en MT como en BT, y acostumbran a ser de 5 posiciones: la nominal ms 4 posiciones. Resultan pues, escalones del 2,5%. Ejemplos 2,5%, 5%, o bien: 2,5%, +5%, +7,5, o tambin +2,5%, +5%, +7,5, +10%, etc.

En la realidad, estos conmutadores se actan en muy pocas ocasiones a lo largo de la vida del transformador. Pueden pasar bastantes aos sin ser actuados.

En el caso de los transformadores de aceite la cuba lleva en su parte superior Los bornes con aisladores pasatapas, los cncamos de elevacin, el dispositivo de llenado de aceite y el alojamiento del termostato. En la parte inferior tiene ruedas y en un lateral el indicador del nivel de aceite.

Potencia nominal (KVA) 10, 25, 50, 100, 160, 250, 400, 630, 800, 1000, 1250, 1600 y 2500 KVA

Tensin secundaria (V) Tipo B1: 230 V Tipo B2: 400 V Regulador de tensin 2,5%, 5% o 7,5%

Tensin de cortocircuito Entre 4% y 6%

Grupo de conexin Hasta 160 KVA: Yz11 Mayor de 160 KVA: Dy11


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VENTAJAS TRAFO EN ACEITE VENTAJAS TRAFO EN SECO menor coste unitario. En la actualidad su precio es del

orden de la mitad que el de uno seco de la misma potencia y tensin,

menor nivel de ruido, menores prdidas de vaco, mejor control de funcionamiento, pueden instalarse a la

intemperie, buen funcionamiento en atmsferas contaminadas,

mayor resistencia a las sobretensiones, y a las sobrecargas prolongadas.

menor coste de instalacin al no necesitar el depsito colector en la obra civil, antes mencionado,

mucho menor riesgo de incendio. Es su principal ventaja frente a los transformadores en bao de aceite. Los materiales empleados en su construccin (resina epoxy, polvo de cuarzo y de almina) son autoextinguibles, y no producen gases txicos o venenosos. Se descomponen a partir de 300 oC y los humos que producen son muy tenues y no corrosivos.

4.1.- Determinacin de la potencia del transformador El dato de partida en el diseo de un centro de transformacin es la potencia del transformador. Para determinar la potencia del mismo ser necesario estudiar cul va a ser la carga que va ha tener que suministrar en el funcionamiento normal. O sea, establecer cual va a ser el conjunto de receptores que se le van a conectar, cual es su potencia, y cuales de ellos funcionarn simultneamente.

Para la determinacin de dichas potencias distinguiremos entre los dos tipos de centros antes mencionados: el de abonado y el de compaa.

Centro de transformacin de abonado:

En este caso, en el momento de dimensionar el centro de transformacin ya son conocidos los receptores que se van a conectar a l, puesto que se dimensiona para una necesidad determinada. En este caso la potencia del transformador vendr dada por la expresin:

suins KKPP = Siendo: P= potencia del transformador en vatios Pins= Suma de potencias de los receptores en vatios Ku= coeficiente de utilizacin. Ks= coeficiente de simultaneidad.

El coeficiente de utilizacin es la relacin entre la potencia absorbida en la utilizacin y la absorbida a plena carga. Y el coeficiente de simultaneidad viene dado por el nmero de receptores que pueden funcionar al mismo tiempo.

Tanto un coeficiente como el otro tienen mucho de estimacin por parte del Tcnico en funcin del tipo de receptores y la aplicacin que se les da a los mismos. No obstante existen unas tabla de orientacin, de las que introducimos una muestra.


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Para el caso en que los receptores no sean conocidos totalmente, existen igualmente tablas para estimar dicha potencia y poder calcular la potencia del transformador.

Centro de transformacin de compaa:

Para estos casos el reglamento de BT, en su instruccin ITC-BT-10, indica los distintos factores a tener en cuenta para la determinacin de dicha potencia.

Dicha instruccin se ver ms adelante.

Igualmente, siempre que se disee un centro de transformacin para la compaa suministradora ser necesario el estudio de su normativa adems de la reglamentacin vigente.

Ejemplo 1.- Una industria tiene una potencia instalada de 1.670 KW. Calcular: a) Potencia necesaria en la alimentacin para un Ku de 0,7 y un Ks de 0,5 b) Potencia aparente necesaria para un fdp de 0,85 y un factor de ampliacin de 1,25

Ejemplo 2.- Calcula la potencia aparente del trafo necesario para alimentar una instalacin que consume una potencia de 1.050 kW con un Ks de 0,45. El fdp es de 0,9 y se prev un aumento del 30%.


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Ejemplo 3.- Determinar la potencia aparente de un trafo que alimente a un edificio de oficinas con los siguientes receptores:

Alumbrado: 250 tubos de 36 W fdp=0,9 y 100 lmparas incandescentes de 100 W Tomas de corriente: 120 repartidas en 10 circuitos, todas ellas de 230V/16 A Aire acondicionado: 130 kW / 400 V/ fdp=0,8 Ascensores: 3 de 10, 7 y 6 kW, todos de 400V/fdp=0,8

Ejemplo 4.- Determinar cual ser la potencia aparente del transformador de la industria cuyo esquema se representa en la siguiente figura. Considerar que dicho transformador es de tensiones 20000/400 V y 50 Hz, y que los factores de potencia son: Alumbrado fluorescente: 0,9 Tomas de corriente: 1 Mquinas: 0,8


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4.2.- Clculos elctricos del centro de transformacin Una vez determinada la potencia del transformador, el clculo del C.T. exige conocer las corrientes de cortocircuito en el punto de conexin con la lnea distribuidora de M.T. y en los bornes de B.T. A partir de estos valores se escoge la aparamenta y los cables de conexin:

Intensidades en Media Tensin:

Intensidad nominal en el primario 1

1 3 Ln

n VSI

=

Intensidad de cortocircuito permanente en el primario 1

11 3 L

CCCC V

SI

=

SCC1: Potencia de cortocircuito en el punto de entronque con la red de M.T. segn la empresa distribuidora de energa (VA)

Intensidad de cortocircuito de choque 111 55,228,1 CCCCS III ==

IS1: Intensidad de cortocircuito de choque o de pico, considerando el cortocircuito en el caso ms desfavorable (A).

Intensidades en Baja Tensin:

Intensidad nominal en el secundario 2

2 3 Ln

n VSI

=

Intensidad de cortocircuito permanente en el secundario 10022cc

n

CCu

II =

ICC2: Intensidad de cortocircuito permanente (A) ucc: Tensin de cortocircuito porcentual del transformador (%)

Intensidad de cortocircuito de choque 222 55,228,1 CCCCS III ==

IS2: Intensidad de cortocircuito de choque o de pico, considerando el cortocircuito en el caso ms desfavorable (A).

Impedancia del transformador referida al secundario: Esta impedancia total (ZCC) se calcula a partir de la potencia nominal del transformador y su tensin de cortocircuito:

100

22

=

n

CCLCC S

uVZ

y las componentes: 100

22

=

n

RLCC S

uVR y

100

22

=

n

XLCC S

uVX


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Solicitaciones dinmicas: Se calcula el esfuerzo sobre barras conductoras considerando la fuerza electrodinmica sobre conductores rectilneos paralelos:

La fuerza mxima sobre las barras b

bS D

LIF 82 1004,2 = siendo:

La fuerza sobre los soportes de las barras debe ser menor que la carga mxima de rotura que admiten los aisladores utilizados.

Solicitaciones trmicas:

La densidad de corriente en rgimen nominal: s

I n=

Esta densidad de cte. Ha de ser menor a la que puede soportar el conductor.

Seccin necesaria para soportar el incremento de la temperatura del conductor en rgimen de cortocircuito:

Para el cobre:

=

tIs CC

13 siendo:

La temperatura alcanzada por el conductor debe ser menor que la permitida segn el fabricante.

Ejemplo 5.- En un CT se utiliza un transformador de 630 kVA, 20/0,4 kV y ucc = 4%. Calcular siendo Scc de la red de 450 MVA:

a) Intensidad de cortocircuito en el primario, despreciando la impedancia de la lnea. b) Intensidad de cortocircuito en el secundario.

Ejemplo 6.- Un CT tiene un transformador de 1.000 kVA, 20/0,4kV y ucc % = 6%, y que tiene unas prdidas en el cobre a plena carga de 10,5 kW. La potencia de cortocircuito en el punto de conexin, segn la compaa suministradora, es de 400 MVA. Calcular:

a) Intensidad de cortocircuito en el primario. b) Impedancia, Resistencia y reactancia del trafo respecto al secundario. c) Intensidad de cortocircuito en bornes del secundario, considerando solamente la impedancia

del trafo. d) Reactancia de la red de MT referida al secundario, despreciando la resistencia. e) Intensidad de cortocircuito en bornes del secundario del transformador, considerando la

reactancia de la red de MT. f) Intensidad de cortocircuito en el cuadro de BT si la lnea de alimentacin desde el

secundario del transformador tiene una resistencia de 0,6 y una reactancia de 0,02

F: Fuerza (kp) Lb: Long. mxima de la barra (m) Db: Distancia entre barras (m)

s: Seccin del conductor (mm2) : Incremento de temperatura permitida en el conductor (C) t: tiempo de duracin del cortocircuito. Se suele considerar 0,1 s.


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Ejemplo 7.- Un CT tiene un transformador de 1.000 kVA, 20/0,4kV y ucc % = 6,5 %. Calcular: a) Intensidad de cortocircuito en el primario si la Scc = 500 MVA b) Intensidad de choque en el primario. c) Resistencia y reactancia interna del trafo respecto al secundario, sabiendo que las prdidas

en el cobre a plena carga son de 12 kW. d) Reactancia de la red de MT referida al secundario, despreciando la resistencia. e) Intensidad de cortocircuito en bornes del secundario, considerando la reactancia de la lnea

de alimentacin. f) Intensidad de cortocircuito choque en bornes del secundario del transformador

5.- Proteccin de los transformadores Los transformadores, al igual que todo aparato elctrico, debern estar protegidos contra fenmenos elctricos que puedan surgir en un mal funcionamiento de las instalaciones. Estos pueden ser:

5.1.- Proteccin contra sobreintensidades Para la proteccin frente a estos calentamientos producidos por las sobreintensidades se utilizan distintos sistemas; unos la hacen controlando el aumento de la temperatura y otros controlando la aparicin de los gases que este aumento produce. Se utilizan unos u otros segn el tipo de transformador que queramos proteger y el tipo de sobreintensidad:

TIPO DE TRANSFORMADOR CONTROL DE TEMPERATURA CONTROL DE GASES

TRAFO. EN ACEITE

CON DEPSITO DE EXPANSIN

TERMMETRO DE ESFRA REL BUCHOLZ

DE LLENADO INTEGRAL

TERMMETRO DE ESFRA DGP

DGPT TRAFO EN SECO SONDAS PTC No procede

PROTEGEN CONTRA SOBRECARGAS

Actan sobre Interruptor

PROTEGEN CONTRA CORTOCIRCUITOS

Actan sobre Disyuntor

PROTECCIN TRAFOS

SOBREINTENSIDADES

SOBRETENSIONES

SOBRECARGAS

CORTOCIRCUITOS

Calentamientos e incendios

Prdidas de rigidez dielctrica


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5.1.1.- Proteccin contra sobrecargas. Sobrecalentamientos.

En todo transformador en servicio, hay dos focos principales de calor. Uno est en el ncleo magntico debido a las prdidas por histresis y por corrientes de Foucauld, en conjunto denominadas prdidas magnticas, y el otro, en los arrollamientos, debido a las prdidas por efecto Joule (I2 R).

Termmetro de esfera

En los transformadores en bao de aceite, la proteccin se efecta mediante un termmetro con contactos elctricos ajustables, o un termostato, que vigilan la temperatura del aceite en la capa superior del mismo (la ms caliente debido a la conveccin) y actan al sobrepasar el valor de ajuste.

Los termmetros (ms usados que los termostatos) suelen tener dos escalones de actuacin, ambos regulables. Uno para dar seal de aviso (alarma) y otro, regulado a una temperatura ms elevada, para provocar la apertura del interruptor de alimentacin.

Rel Bucholz

En los transformadores con depsito conservador este aparato queda intercalado en el tubo de conduccin entre el depsito y la cuba del transformador. Es el denominado rel Buchholz. Detecta la acumulacin de gas o aire en el aceite. Y tambin el nivel bajo de aceite.

Rels DPG y DPGT

En los transformadores de distribucin MT/BT de llenado integral, sin depsito conservador, el rel de deteccin de gases est situado en la tapa superior del transformador. Se denomina Detector de Presin de Gas (DPG) Detecta tambin el nivel bajo de aceite mediante flotadores.

Algunos modelos de DGP llevan incorporado un termmetro con contactos elctricos, formando as, un dispositivo de proteccin integrada contra sobretemperaturas y gases. Se les denomina DGPT.


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Sondas PTC

En los transformadores secos, el control y vigilancia de la temperatura se efecta mediante sondas PTC (termistores) situados sobre la parte activa del transformador, dos en cada fase (columna), en alojamientos para ello, que permiten una posible sustitucin. Estn colocados en la parte superior de las columnas, que es la ms caliente.

Para la proteccin contra sobretemperaturas, en ambos tipos de transformadores (secos y en aceite), el elemento de interrupcin de la alimentacin puede ser un interruptor-seccionador, ya que la intensidad a cortar es la corriente de consumo de los receptores (corriente de carga o de sobrecarga). En cambio, en caso de avera interna detectada por un rel de gases, sta puede ser muy importante, y dar lugar a una corriente de cortocircuito de valor superior al poder de corte de un interruptor-seccionador. Se requiere pues un interruptor automtico.

5.1.2.- Proteccin contra cortocircuitos

En la proteccin contra cortocircuitos o grandes sobrecargas distinguiremos entre los distintos tipos de centros de transformacin, esto es en los de compaa y los de abonado:

CT de compaa:

En estos centros la proteccin contra cortocircuitos la realizan los fusibles MT asociados al interruptor-seccionador para maniobra del transformador. Las lneas de salida en BT estn protegidas cada una por sus correspondientes fusibles seccionadores.

CT de abonado:

La proteccin la realizar la proteccin contra sobretemperaturas en cada transformador. Si los transformadores son en bao de aceite, proteccin con detector de gases (Buchholz o DPG) que actan sobre el disparador del interruptor automtico propio (si lo hay), o bien sobre el interruptor automtico general de entrada. (Rels directos)

Asimismo, a cada interruptor automtico est asociado un rel de sobreintensidad (tiempo inverso), cortocircuito, y corrientes de defecto a tierra, conectado a tres transformadores de intensidad MT.

La proteccin contra sobreintensidades y cortocircuitos en y entre fases la efectan los elementos F del rel. La proteccin contra corrientes de defecto a tierra la realiza el elemento N del rel. (Rel indirectos)

De este esquema se desprende que an en el caso de corrientes desequilibradas, por el elemento N no circular intensidad. sta circular solamente cuando haya una corriente fase y tierra. Es pues una proteccin de tipo diferencial.


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5.2.- Proteccin contra sobretensiones Las sobretensiones que pueden producirse en un sistema de AT o de MT pueden ser:

De origen interno en el propio sistema, debido a la maniobra de interruptores y/o cortocircuitos fase-tierra.

De origen externo al sistema, debidas a causas atmosfricas, sobretensiones electrostticas y rayos.

Por su naturaleza, las sobretensiones de origen interno guardan una relacin de proporcionalidad con la tensin de servicio de la lnea o instalacin donde se producen. Por el contrario, el valor de las sobretensiones de origen externo (sobretensiones atmosfricas) no guarda ninguna relacin con la tensin de servicio. Por su naturaleza, su valor es aleatorio y puede llegar a ser muy elevado respecto al de la tensin de servicio.

Se denomina Nivel de Aislamiento (NA) de un elemento elctrico, a su aptitud para soportar una sobretensin, sin deteriorarse.

El nivel de aislamiento de un elemento, queda definido por las tensiones de prueba que pueden soportar sin averiarse. Para los elementos y aparatos de MT, estas tensiones de prueba son:

Tensin a frecuencia industrial (50 Hz) aplicada durante 60 segundos.

Impulsos de tensin tipo rayo, onda de forma segn la figura. Se denomina onda 1,2/50 s.

Para proteger al centro de stas sobretensiones de origen atmosfrico se utilizan los pararrayos de proteccin o autovlvulas:

Se trata de una serie de discos de xido de Zinc apilados en el interior de un cuerpo cilndrico de material aislante, por ejemplo un aislador de porcelana. Estos discos, cada uno en contacto con su superior y su inferior, estn elctricamente conectados en serie. El conjunto se conecta entre la lnea y tierra, tiene pues un borne superior conectado a la lnea y un borne inferior conectado a tierra.

Estos elementos de OZn presentan una resistencia variable con la tensin, de forma que a la tensin de servicio su resistencia es del orden de millones de Ohm (M) por lo cual la corriente a tierra que circula por ellos en una lnea de MT es del orden de miliamperio (mA) o sea, despreciable.

Ahora bien, al llegar a un determinado valor de sobretensin, su resistencia baja bruscamente a valores del orden de unos pocos ohmios (10 a 20 ), con lo cual se produce una corriente de descarga a tierra, normalmente del orden de algunos kA, que amortigua la sobretensin por disipacin de su energa. Se trata de un impulso de corriente en forma de onda de frente brusco de breve duracin (unos pocos microsegundos).


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Una vez desaparecida la sobretensin el pararrayos recupera su resistencia inicial del orden de M.

Las caractersticas bsicas que definen un pararrayos de OZn son, pues:

intensidad nominal de descarga, onda 8/20 s (kA), tensin residual (kV), tensin de servicio de la instalacin donde se conecta (kV).

Como ejemplo, se especifican, en la siguiente figura las caractersticas de un pararrayos para redes de 20 kV.

Para la instalacin de los pararrayos en los CT cabe distinguir tres casos:

CT alimentados por una red de cables subterrneos, por ejemplo una red urbana. En este caso no precisa instalar pararrayos, pues por su naturaleza en este tipo de red no pueden aparecer sobretensiones de tipo atmosfrico.

CT alimentados directamente por lnea area. Deben instalarse pararrayos en el punto de acometida de la lnea area al CT. Habitualmente se colocan en la cara exterior de la pared por donde entra la lnea, para que la eventual explosin de un pararrayos, no afecte a los aparatos o elementos instalados en el interior del CT.

CT alimentados por un corto tramo de cable subterrneo conectado por su otro extremo a una lnea area.

Las sobretensiones atmosfricas que llegan al cable por la lnea area, penetran en el mismo en aproximadamente un 20% de su valor y llegan hasta el CT. Por tanto, deben colocarse pararrayos en el punto de conexin del cable subterrneo a la lnea area, fsicamente en el poste donde se efecta la conexin.

Estos pararrayos protegen en primer lugar el tramo de cable subterrneo pero protegen tambin los elementos del CT (equipo de MT y transformadores), cuando la distancia entre los pararrayos y el CT es inferior a 25 m aprox. Para distancias superiores debe instalarse otro juego de pararrayos en el propio CT


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5.3.- Proteccin contra incendios En los CT con uno o varios transformadores en bao de aceite, dado que se trata de un lquido inflamable, debe preverse una proteccin contra incendios, segn MIE-RAT 14. Esta proteccin no sern necesarios cuando los transformadores son del tipo seco aislados con resinas.

Entran en consideracin dos sistemas o niveles de proteccin contra incendios:

Un primer nivel denominado pasivo, de aplicacin general en todos los casos. Un segundo nivel denominado activo, que refuerza y complementa el anterior, de

aplicacin obligatoria a partir de ciertas cantidades de aceite.

El sistema o nivel de proteccin pasivo consiste en:

Pozo colector para recogida de aceite, con dispositivo apagallamas, uno por cada transformador.

Obra civil resistente al fuego (techo y paredes). Puertas y sus marcos, aberturas de ventilacin con

sus marcos y persianas, ventanas, etc., todas de material metlico (normalmente acero). Esta precaucin se adopta tambin habitualmente en los CT con transformadores secos.

Tambin es conveniente disponer tabiques metlicos o de obra civil resistente al fuego entre el transformador y el resto del CT, que acten como separadores cortafuegos.

El sistema o nivel de proteccin activo, debe de aplicarse como complemento del sistema o nivel pasivo, cuando en el CT se sobrepasan las siguientes cantidades de aceite:

600 litros por transformador individual del CT, 2400 litros, para el total de los transformadores instalados en el CT. Si se trata de CT ubicados en locales de pblica concurrencia, los anteriores valores se

reducen a 400 litros por transformador individual, y 1 500 litros para el total de los transformadores del CT.

Este sistema de proteccin activa consiste en:

Equipo de extincin de fuego de funcionamiento automtico, activado por los adecuados sensores y/o detectores,

Instalacin de compuertas de cierre automtico de las aberturas de ventilacin (entradas y salidas del aire) en caso de incendio,

Separacin de la celda del transformador del resto de la instalacin del CT.


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6.- Alumbrado, sealizacin y material de seguridad Los CT debern cumplir las siguientes prescripciones:

Las puertas de acceso al CT y las puertas y pantallas de proteccin de las celdas, llevarn el cartel de riesgo elctrico, segn dimensiones y colores que especifica la Recomendacin AMYS 1.4.10, modelo AE-10.

En un lugar bien visible del interior del CT se situar un cartel con las instrucciones de primeros auxilios a prestar en caso de accidente de una persona.

En el interior del CT se instalarn las fuentes de luz necesarias para conseguir, cuanto menos, un nivel medio de iluminacin de 150 lux existiendo por lo menos dos puntos de luz. Los interruptores de alumbrado estarn situados en la proximidad de las puertas de acceso. Independientemente de este alumbrado, deber existir un alumbrado de emergencia con generacin autnoma que tendr una autonoma mnima de 2 horas, con nivel luminoso no inferior a 5 lux.

Aquellos CT en los que sea necesario realizar maniobras con prtiga estarn equipados con un taburete de aislamiento sobre el que se colocar el operario al utilizar la prtiga. Existir igualmente un par de guantes aislantes de MT guardados en un pequeo armario o cofret, acondicionados con polvo de talco.

La instalacin elctrica de BT para el servicio propio del CT llevar en su origen un interruptor diferencial de alta sensibilidad (10 mA o 30 mA).

7.- Ventilacin del centro de transformacin Los recintos destinados a centros de transformacin deben tener renovacin de aire para evacuar el calor originado por las prdidas de potencia en el transformacin, que se transforman en energa calorfica. La renovacin de aire puede ser natural o forzada con ventiladores.

La ventilacin natural se realiza mediante una rejilla de entrada de aire situada como mximo a 0,3 m del suelo y la salida mediante rejilla de seccin ligeramente superior a la de la entrada, situada a una separacin vertical mnima con respecto a sta de 1,3 m.

Caudal de aire necesario: a

PPQ

=

16,1 siendo:

Seccin mnima de la rejilla: s

rv

QS = siendo:

La seccin total mnima de la rejilla (St) ser:

La seccin total es superior a la neta debido a que las lminas de la rejilla disminuyen el paso del aire. La velocidad de salida del aire es funcin de la distancia vertical entre los centros de las rejillas:

Q: Caudal de aire (m3/s) PP : Perdida de potencia del trafo a plena carga PFe + PCu (kW) a: Incremento de temperatura del aire (C)

Sr : Seccin neta de rejilla (m2) vs: Velocidad de salida del aire (m/s)

a

s

Hv

= 6,4

rt SS 4,1


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Ejemplo 8.- Calcular el caudal necesario para ventilacin de un transformador de 1600 KVA con prdida de potencia a plena carga de 19,6 kW, para un incremento de temperatura del aire de 15 C.

Ejemplo 9.- Un centro de transformacin utiliza un transformador de 1000 KVA con prdida de potencia a plena carga de 12,2 kw, para ventilacin se considera un incremento de temperatura del aire de 15 C, y la altura entre las rejillas de entrada y salida del aire es de 2 m. Calcular:

a) Caudal de aire necesario. b) Seccin neta necesaria en las rejillas de ventilacin.

8.- Puesta a tierra de los centros de transformacin En general, se denomina puesta a tierra a la conexin metlica de uno o varios puntos de una instalacin a uno o varios electrodos enterrados, con el fin de permitir el paso a tierra de corrientes de fallo o descargas atmosfricas, evitando adems que existan tensiones peligrosas entre la instalacin y superficies prximas del terreno.

En el caso de los centros de transformacin vamos a tener dos tomas de tierra distinta, como veremos a continuacin.

8.1.- Sistemas de puesta a tierra Segn MIE-RAT 13, en principio, hay que considerar dos sistemas de puesta a tierra diferentes:

Puesta a tierra de proteccin

Puesta a tierra de servicio

8.1.1.- Puesta a tierra de proteccin

Se conectan a esta toma de tierra las partes metlicas interiores del CT que normalmente estn sin tensin, pero que pueden estarlo a consecuencia de averas, accidentes, descargas atmosfricas o sobretensiones:

las carcasas de los transformadores, los chasis y bastidores de los aparatos de maniobra, las envolventes y armazones de los conjuntos de aparamenta MT (cabinas, celdas), los armarios y cofrets con aparatos y elementos de BT, las pantallas y/o blindajes de los cables MT.

Se exceptan de conectar a esta toma de tierra de proteccin, los elementos metlicos del CT accesibles desde el exterior, y que no contienen ni soportan partes en tensin. Por tanto, las puertas y sus marcos, las persianas con sus rejillas, para la entrada y la salida del aire de ventilacin, etc.


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8.1.2.- Puesta a tierra de servicio

Se conectan a esta puesta a tierra los siguientes elementos:

en los transformadores, el punto neutro del secundario BT, cuando esto proceda, o sea, directamente cuando se trata de distribuciones con rgimen de neutro TN o TT, o a travs de una impedancia cuando son con rgimen IT.

en los transformadores de intensidad y de tensin, uno de los bornes de cada uno de los secundarios,

en los seccionadores de puesta a tierra, el punto de cierre en cortocircuito de las tres fases y desconexin a tierra.

Ms adelante, se expondrn los criterios y/o las condiciones para disponer dos redes de puesta a tierra separadas; cada una con su electrodo; una para las tomas de tierra de proteccin, y otra para las de servicio, o bien para reunirlas en un solo sistema y electrodo comunes, constituyendo una instalacin de tierra general.

8.1.3.- Configuracin de los electrodos de conexin a tierra

En este procedimiento UNESA las configuraciones consideradas son:

cuadrados y rectngulos de cable enterrado horizontalmente, sin picas,

cuadrados y rectngulos de cable enterrado como las anteriores pero con 4 u 8 picas verticales,

configuraciones longitudinales, o sea, lnea recta de cable enterrado horizontalmente, con 2, 3, 4, 6 u 8 picas verticales alineadas.

Para cada una de estas configuraciones, se consideran dos profundidades de enterramiento, de 0,5 y de 0,8 m, y, para las picas, longitudes de las mismas de 2, 4, 6 u 8 m.

Como medida adicional, UNESA recomienda en el piso del local destinado a centro de transformacin la realizacin de un mallazo electrosoldado con redondos de dimetro inferior a 4 mm, formando retcula no superior a 0,3x0,3 m. Este mallazo se cubrir de una placa de 0,1 m de hormign como mnimo. Y se conecta a la red de tierras en dos puntos.


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8.2.- Clculo de la toma de tierra

8.2.1.- Tensiones de paso y contacto

La corriente pasa al terreno repartindose por todos los puntos de la superficie del electrodo en contacto con la tierra, por tanto, en todas las direcciones a partir del mismo.

En los sistemas de MT esta tensin U suele hacerse prcticamente cero a una distancia del electrodo de unos 20 a 30 m. Entre dos puntos de la superficie del terreno, habr pues una diferencia de tensin funcin de la distancia entre ellos y al electrodo.

Esta diferencia de tensin entre dos puntos de la superficie del terreno, se denomina tensin de paso pues es la que puede quedar aplicada entre los dos pies separados de una persona que en aquel momento se encuentre pisando el terreno. La tensin de paso se expresa para una separacin de 1m entre los dos pies, y puede llegar a ser peligrosa, por lo cual, en el MIE-RAT 13, se indica el valor mximo admisible, en funcin del tiempo de aplicacin.

Este tiempo es el que transcurre entre la aparicin de la corriente a tierra, y su interrupcin por un elemento de corte (interruptor, fusible, etc.). En las redes pblicas espaolas de MT este tiempo es habitualmente indicado por la compaa suministradora. stas acostumbran a dar valores del orden de 1 segundo.

Cuando hay una circulacin de corriente del electrodo al terreno circundante, adems de la tensin de paso explicada, aparece tambin una denominada tensin de contacto, Uc, que es la diferencia de tensin que puede resultar aplicada entre los dos pies juntos sobre el terreno, y otro punto del cuerpo humano.


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8.2.2.- Clculo de los principales factores

Resistividad del terreno: Se toma un valor de (m) segn el tipo de terreno entre los indicados en la MIE-RAT 13. Tambin se puede medir la resistividad.

Configuracin de la toma de tierra: Se escoge una configuracin de las inluidas en las tablas de UNESA y , a partir de dichas tablas, se obtienen los principales valores.

Actualmente entre las disposiciones ms utilizadas es realizar la toma de tierra mediante un rectngulo de 5 x 3 m, con conductor de cobre desnudo de 50 mm2, y una pica de acero cobreada de 2 m de longitud y 14 mm de dimetro, colocada en cada esquina del rectngulo, y enterrada a 0,8 m de profundidad. Para ella las tablas seran:

Para una configuracin con picas en hilera a una profundidad de 0,8 m y separacin de 6 m entre picas.

Resistencia de puesta a tierra: rT KR =

Intensidad de defecto a tierra: 223 CT

Ld

XRVI

+=

Siendo XC la reactancia capacitiva () wC

X C

=

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, la pulsacin es w = 2f= 100 rad/s y la

capacidad C(F) = 0,006La + 0,25Lb ; tomando valores de La la longitud de la lnea area de MT(km) y Lb la longitud de la lnea subterrnea de MT (km)


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Tensin de paso mxima: dppmx IKV =

Tensin de paso admisible: Segn la MIE-RAT 13:

+=

10006110

np t

KV

Los valores de K y n dependen del tiempo de duracin del defecto. Dicho dato es un valor que da la empresa distribuidora de energa, que suele ser inferior a 0,9 s. En este caso K=72 y n=1.

Esta tensin de paso debe ser mayor que la tensin de paso mxima.

Tensin de paso admisible en el acceso del CT

Es la tensin a la que puede quedar expuesta una persona cuando tienen un pie en el terreno y otro en el pavimento del CT.

++=

1000'33110)(

naccp t

KV

Siendo la resistividad del terreno y la resistividad del hormign.

Esta tensin de paso debe ser mayor que la tensin de paso mxima.

Tensin de contacto mxima: dccmx IKV =

Tensin de contacto admisible: Segn la MIE-RAT 13:

+=

10005,11

nC t

KV

La tensin de contacto mxima debe ser menor que la admisible. Esto no se cumple en muchos casos por lo que adoptan las siguientes medidas de seguridad:

Las puertas y rejillas metlicas que den al exterior del centro no tendrn contacto con masas conductoras que pueden quedar bajo tensin en un defecto.

Realizacin en el piso del local del centro de un mallazo tal como hemos comentado.

Realizacin de una acera de un metro de ancho en todo el permetro del edificio prefabricado.

Tensin de defecto: dTd IRV =

Esta tensin debe ser inferior al nivel de aislamiento de la instalacin de B.T. que suele ser de 10 KV. Si esta tensin de defecto es menor o igual a la tensin de contacto mxima aplicada, se puede colocar una sola toma de tierra para neutro de BT y proteccin.

ncad t

KVV =


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Separacin entre tomas de tierra:

La separacin D(m) entre tomas de tierra de neutro y proteccin del CT ser como mnimo de 15 m, para terrenos de poca resistividad (

electricidad centros de transformacion

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