UD3 Centros de transformación.

Tipología elementos y normativa de aplicación

Módulo: Desarrollo de redes eléctricas y centros de transformación

3.1. Finalidad de los centros de transformación

• El objetivo de un centro de transformación de distribución es reducir la “media tensión (MT)” a baja tensión (BT) para que pueda ser utilizada por los usuarios.

• El valor usual para las redes de distribución ”MT” en Barbastro es de 25 KV.

• Actualmente los valores usuales de BT, son:

• Tensión de fase: 230 V (entre fase y neutro).

• Tensión de línea: 400 V (entre fase y fase).

• Los valores de la tensión más elevadas para el material del CT en función de la tensión nominal de la red “MT”, son:

3.2. Situación de los centros de transformación

• Los centros de transformación están situados en la red eléctrica entre las líneas (aéreas o subterráneas) de la red de distribución de “MT” y las líneas ( aéreas o subterráneas) de la red de BT.

3.3. tipos de centros de transformación

• Atendiendo a su emplazamiento:

– Intemperie: normalmente sobre apoyo metálico.

–De interior en edificio destinado a otros usos: en planta baja o subterráneo.

–De interior en edificio independiente: actualmente son de uso común los edificios prefabricados (en superficie o subterráneo)

Atendiendo a su alimentación: - Alimentado en punta con 1 celda de línea (1 entrada) - Alimentado en paso o en anillo con 2 celdas de línea. (2 entradas)

• Atendiendo a la propiedad

– De compañía: Propiedad de la compañía suministradora.

– De abonado: Propiedad del cliente que opta por la tarificación de energía eléctrica en media tensión. Llevará celda de medida y contadores.

3.4. Principales elementos de los centros de transformación

• Obra civil.

• Celdas de “MT”.

• Transformadores de potencia.

• Equipos de medida.

• Equipos de mando y protección de BT.

• Puestas a tierra de protección y de servicio

• Renovación de aire.

• Protección contra incendios.

3.5. Equipos e instalaciones auxiliares

• Equipo de corrección del factor de potencia.

• Alumbrado.

• Señalización.

• Material de seguridad.

• Instalación de BT para servicio propio del CT.

• Insonorización y medidas antivibratorias.

3.6. Obra civil

• Para los centros de interior pueden usarse edificios prefabricados.

• En general, los edificios prefabricados de hormigón suelen ser hasta 24 KV o 36 KV, con la siguiente designación:

– EP-1 = Edificio prefabricado con un transformador.

– EP-1T = Edificio prefabricado con un transformador telemandado.

– EP-2 = Edificio prefabricado con dos transformadores.

(Obra civil 2)

• Para edificios prefabricados para CT subterráneo:

– EPSH = Envolvente prefabricada con ventilación por rejillas horizontales.

– EPSV = Envolvente prefabricada con ventilación por rejillas verticales.

• El lugar elegido para la construcción del centro debe permitir la colocación y posición de todos los elementos.

• Los accesos al centro deben tener las dimensiones adecuadas para permitir el paso de dichos elementos.

(Obra civil 3)

• El emplazamiento del centro estará protegido de inundaciones y filtraciones.

• En el caso de terrenos inundables, el suelo del centro debe estar como mínimo 0,20 m por encima del máximo nivel de aguas conocido.

• El local que contiene el centro debe estar construido en su totalidad con materiales incombustibles.

• Una vez realizada la excavación se extenderá una capa de arena de 10 cm de espesor.

(Obra civil 4)

• En los edificios prefabricados de hormigón se preverán orificios practicables en la solera, para el paso del interior al exterior de los cables destinados a la toma de tierra, cables de “MT” y BT.

• Dichos orificios estarán inclinados y desembocarán hacia el exterior a una distancia mínima de 0,60 m entre la parte superior del orificio y el suelo (donde se pisa).

(Obra civil 5)

• Previa recepción del edificio prefabricado en la excavación:

– Se instalarán los electrodos de puesta a tierra.

– Se realizarán los pozos de aceite, sus conductos de drenaje, las tuberías para conductores de tierra, registros para las tomas de tierra y canales para los cables de “MT” y BT.

– En todos los pozos de aceite se preverán apagafuegos superiores, tales como guijarros de 5 cm de diámetro o sifones en caso de varios pozos con colector único.

(Obra civil 6)

• En los centros de transformación tipo intemperie, las cimentaciones se realizarán con hormigón.

• Los macizos de cimentación quedarán como mínimo 10 cm por encima del nivel del suelo en terrenos normales y 20 cm en terrenos cultivables.

• La parte superior del macizo estará terminada en forma de punta de diamante con una pendiente mínima del 10% como vierte-aguas.

(Obra civil 7)

• En el macizo de hormigón se tendrá la precaución de dejar un conducto para poder colocar el cable de tierra del apoyo.

• Este conducto deberá salir unos 30 cm bajo el nivel del suelo.

3.7. Celdas de “MT”

• Las cabinas o celdas metálicas son conjuntos de aparamenta de maniobra de “MT”, ya montados y conexionados entre sí, dentro de recintos metálicos.

• Existen celdas con aislamiento al aire y celdas con aislamiento de gas diferente que el aire (SF6: hexafluoruro de azufre a presión ) de dimensiones notablemente más reducidas que las primeras.

(Celdas de “MT” 2)

• Las celdas pueden ser de dos tipos:

– Celdas extensibles (CE): formadas por una o varias funciones, con posibilidad de conectarse entre sí por acoplamiento de embarrados. También llamadas modulares.

– Celdas no extensibles (CNE): formadas por una o varias funciones, sin posibilidad de conectarse con otra celda por acoplamiento de embarrados. También llamadas compactas.

(Celdas de “MT” 3)

• Las funciones que pueden realizar las celdas son múltiples:

–Celda de línea.

–Celda de protección con fusibles.

–Celda de protección con interruptor automático.

–Celda de medida.

–Celda de seccionamiento pasante.

–Celda de remonte.

3.8. Transformadores

• Tipos constructivos:

– Transformadores en baño de aceite mineral.

– Transformadores tipo seco de aislamiento sólido a base de resinas.

– Transformadores en baño de silicona líquida en lugar de aceite mineral.

– Transformadores en baño de éster vegetal biodegradable en más de un 99 %. El éster vegetal amplía la vida del transformador entre 5 y 8 veces, debido a su capacidad de absorción de la humedad.

(Transformadores 2)

• Valores característicos de los transformadores:

– Relación de transformación: relación entre la tensión primaria y secundaria.

– Tensión secundaria en vacío: valor de la tensión estando sin carga el secundario.

– Conmutador-regulador de tensión: la conmutación se realiza en el primario y sin tensión. Permite una variación de la tensión nominal de hasta el ± 5%.

(Transformadores 3)

– Tensión de cortocircuito: es la tensión que es necesario aplicar al primario para hacer circular la corriente nominal (primaria o secundaria) con el secundario en cortocircuito (ensayo de cortocircuito). Su valor oscila entre el 4 % y 10 %.

– Pérdidas en vacío: también llamadas pérdidas en el hierro. Es la potencia activa absorbida cuando la tensión asignada se aplica a los bornes de uno de los dos arrollamientos, estando a circuito abierto el otro (ensayo de vacío).

(Transformadores 4)

– Corriente de vacío: valor eficaz de la corriente que llega a un a un borne de un arrollamiento cuando se aplica a este arrollamiento la tensión asignada, estando a circuito abierto el otro.

– Pérdidas debidas a la carga: también llamadas pérdidas en el cobre. Son producidas por el efecto Joule al circular la corriente por los conductores de los devanados. Estas pérdidas se obtienen mediante el ensayo de cortocircuito.

– Pérdidas totales: es la suma de las pérdidas en vacío y de las pérdidas debidas a la carga.

(Transformadores 5)

– Grupos de conexiones: las conexiones más

usadas son: Dyn 11 Yzn 11

– Caída de tensión: es la diferencia entre las tensiones del secundario en vacío y en carga. Normalmente se expresa en tanto por ciento de la tensión secundaria en vacío y se llama coeficiente de regulación.

– Rendimiento del transformador: es la relación entre la potencia útil cedida por el secundario y la potencia absorbida por el primario de la red. Se indica en tanto por cien.

(Transformadores 6)

• Tipos de fallos de los transformadores:

– Sobrecargas: Producen un aumento de la temperatura en perjuicio de la conservación del aislamiento y de la vida útil del transformador.

– Cortocircuitos: Pueden producir daños en los bobinados y provocar incendios.

– Defectos a masa: Se producen por fallos de aislamiento entre las bobinas y las masas del transformador. Pueden provocar emisión de gases, daños en el transformador e incendios.

• El transformador dispone de elementos de protección contra los posibles fallos.

(Transformadores 7)

• El transformador dispone de elementos de protección contra los posibles fallos:

–Relé Buchholz: detecta la aparición de gases.

–Termostato: detecta temperaturas anormalmente altas.

–Nivel magnético: detecta pérdida de líquido de refrigeración (aceite en general)

• Dichos elementos producen el disparo del interruptor de “media tensión” en caso de fallo.

3.9. Aparamenta de “media tensión”

• Protección de personas:

– Seccionador.

– Seccionador de puesta a tierra (p.a.t.).

• Maniobra o conexión:

– Interruptor.

–Contactor.

– Interruptor-seccionador.

– Interruptor automático.

(Aparamenta de “media tensión” 2)

• Protección de la instalación:

– Fusible.

– Interruptor con fusible (ruptofusible).

– Interruptor automático.

–Autoválvulas-pararrayos

• Transformadores de medida:

–Transformadores de tensión.

–Transformadores de intensidad.

3.9.1. Aisladores

• Son piezas de material aislante que sirven para soportar o sujetar equipos eléctricos.

• En función de dónde se encuentren pueden ser de intemperie o interior.

• Los materiales más usados en los aisladores para equipos de maniobra son la esteatita y las resinas epoxy, por su gran capacidad para soportar los esfuerzos mecánicos que se producen en la apertura y cierre de los elementos de conexión.

3.9.2. Cables unipolares • En redes de “MT” se emplean conductores de aluminio, los

cables son unipolares, y en función del aislamiento usado, existen tres tipos:

– Cables aislados con papel impregnado (en desuso).

– Cables aislados con polietileno reticulado (XLPE).

– Cables aislados con etileno propileno (EPR).

(cables unipolares 2)

• En la designación normalizada del cable se indica el aislamiento, la cubierta exterior, la tensión asignada, denominaciones de su comportamiento frente a la humedad o el fuego, número de conductores y sección nominal, material del conductor + sección de la pantalla metálica.

• ENDESA utiliza cable unipolar con aislamiento seco de polietileno reticulado (XLPE) y cubierta de poliolefina (RHZ1-OL), con tensión asignada de 18/30 KV.

• La denominación OL significa “obturación longitudinal contra el agua” (se refiere a la cubierta del cable)

• Las secciones normalizadas más utilizadas son de 95, 150 y 240 mm2. (En Barbastro se utiliza 3x1x150 mm2)

3.9.3. Seccionador

• La ITC-RAT 01 define seccionador como: Aparato mecánico de conexión que, por razones de seguridad, en posición abierto, asegura una distancia de seccionamiento que satisface unas condiciones especificas de aislamiento.

• Un seccionador es capaz de abrir y cerrar un circuito cuando es despreciable la corriente a interrumpir o a establecer, o bien cuando no se produce cambio apreciable de tensión en los bornes de cada uno de los polos del seccionador.

(Seccionador 2)

• El seccionador es también capaz de soportar corrientes de paso en las condiciones normales del circuito, así como durante un tiempo especificado en condiciones anormales, tales como las de cortocircuito.

• Una variante es el seccionador de puesta a tierra, importante como aparato de protección para asegurar la puesta a tierra de la red en situación de descargo.

• El seccionador nunca se debe maniobrar (abrir o cerrar) en carga.

3.9.4. Interruptor

• Es un aparato de maniobra con poder de corte limitado y poder de cierre elevado.

• Debe interrumpir la intensidad nominal y soportar durante un tiempo intensidades anormalmente elevadas (sobrecarga y cortocircuito).

• Es capaz de establecer corrientes de cortocircuito (cerrar), pero no de interrumpirlas (abrir).

• Tiene un mecanismo de acumulación de energía, lo que le permite que la maniobra sea independiente del operador (la fuerza la hace el mecanismo, no el operador)

(Interruptor 2)

• Se debe instalar un seccionador aguas arriba del interruptor para obtener una apertura segura y visible de la línea tal como obliga el Reglamento.

• Si el interruptor está asociado al seccionador formando un único dispositivo se denomina interruptor-seccionador (maniobrable como un interruptor y permite ver la apertura segura).

• Como el interruptor es capaz de abrir y cerrar el circuito en carga, aparece en dicho momento un arco eléctrico muy perjudicial para el aparato; por ello debemos reducir el tiempo que actúa dicho arco sobre el mecanismo.

(Interruptor 3)

• Los interruptores usan diversos métodos de extinción del arco eléctrico:

– Aéreos con apagachispas o cuernos (en exterior)

– De soplado magnético.

– De soplado neumático o autoneumático.

– En baño de aceite, pequeño volumen de aceite

– De gas (SF6)

• En estos aparatos, además de la intensidad y tensión nominal, es fundamental conocer:

– Poder de corte: valor de la intensidad que el aparato es capaz de cortar. Se expresa en A.

– Poder de cierre: valor de la intensidad que el aparato es capaz de restablecer. Se expresa en KA y MVA.

(Interruptor 4)

• Aguas abajo del interruptor se debe instalar fusibles, así el conjunto es capaz de interrumpir corrientes de cortocircuito debido al elevado poder de corte de los fusibles.

• Dichos fusibles se dice que están asociados al interruptor si la fusión de uno de éstos no conlleva la apertura del interruptor.

• Los fusibles se denominan combinados si producen la apertura inmediata del interruptor mediante resortes cuando se produce la fusión de uno de éstos.

• El conjunto interruptor - fusibles se denomina también interruptor ruptofusible.

(Interruptor 5)

Interruptor-seccionador Ruptofusible

3.9.5. Interruptor automático o disyuntor

• Es un aparato de maniobra con poder de corte y de cierre elevado.

• Es capaz de realizar la apertura o cierre de un circuito en condiciones normales (sobrecarga o cortocircuito)

• Requiere de elementos de detección (relé) que provoque la actuación sobre la bobina de disparo.

• Se utilizan para la protección de instalaciones y transformadores.

• Su funcionamiento puede ser manual o automático a través de relés de sobreintensidad (directos o indirectos), relés de corriente homopolar o bobinas de disparo.

(Interruptor automático o disyuntor 2)

• Según el Reglamento el montaje del interruptor automático es obligatorio para protección y maniobra de transformadores e instalaciones de potencia aparente superior a 1000 KVA.

• No obstante, según las normativas particulares de las compañías distribuidoras, esta potencia aparente a partir de la cual es obligatorio el interruptor automático puede ser inferior.

• La ventaja del uso de interruptor automático frente al ruptofusible es la posibilidad de realizar las maniobras de forma automática y a distancia (telemando).

3.9.6. Resumen de los aparatos de maniobra

Aparato

Condiciones normales

Sobrecarga o cortocircuito Corte

visible Apertura Cierre Apertura Cierre

Seccionador NO NO NO NO SI

Interruptor SI SI NO SI NO

Interruptor-seccionador SI SI NO SI SI

Interruptor ruptofusible SI SI SI SI NO

Interruptor automático SI SI SI SI NO

3.9.7. Simbología aparatos de maniobra

3.9.8. Relés directos e indirectos

• El relé es un elemento de tipo magnetotérmico que puede provocar la apertura del interruptor al sobrepasar el valor de la intensidad prefijada.

• Es capaz de detectar las sobreintensidades y las corrientes de cortocircuito y mandar una orden de apertura al interruptor magnetotérmico.

• La diferencia entre los relés directos e indirectos, es si la corriente nominal pasa por él o pasa una parte reducida de ella

Relés directos

• Son excitados por la propia intensidad que pasa por cada fase que alimenta el transformador a proteger.

• Si dicha intensidad es superior a la prefijada dispara el interruptor asociado a él.

• Protegen contra sobrecargas (a través de un bimetal) y cortocircuito (a través de una bobina).

• Actualmente están en desuso por su pérdida de precisión al envejecer.

Relés indirectos

• Son de tipo electrónico y están excitados por una intensidad reducida proporcional a la intensidad primaria del transformador.

• Se usan transformadores de intensidad o captadores toroidales de relación In/5 A para obtener dicha intensidad.

• Al ser electrónicos permiten muchas más posibilidades en cuanto a su funcionamiento que los directos.

(Relés indirectos 2)

• Se les denomina de diferente forma dependiendo de la labor que realizan:

– 50: Relé instantáneo de sobreintensidad (cortocircuitos).

– 51: Relé de sobreintensidad y tiempo (sobrecargas).

– 50N-51N: Relé de protección homopolar (protección a tierra)

(Relés indirectos 3)

• Estos relés son capaces de realizar varias funciones de protección:

– Sobreintensidades de fase.

– Fugas a tierra.

– Sobrecalentamiento (disparo externo por termostato)

– Cortocircuitos entre fases y entre fases y tierra.

3.9.9. Conexionado interruptor automático

3.9.10. Fusibles

• El fusible es un elemento de protección directa basado en la fusión de un elemento conductor debido al calor producido por efecto Joule.

• Son adecuados para la protección contra cortocircuitos.

• Está compuesto en su parte central por un material cerámico aislante (envolvente) y metálico en sus extremos para su contacto con las bases preparadas al efecto (cazoletas)

(Fusibles 2)

• En su parte interna van dotados de uno o varios conductores o chapas metálicas preparados para que se fundan cuando por ellos pasa una intensidad elevada (pueden ser de plata).

• El interior suele estar relleno de sílice que actúa como disipador de calor cuando se produce la fusión.

• El calor generado produce la fusión del sílice formando un producto denominado fulgurito que es aislante y que enfría y extingue el arco inicial.

• Para cada fusible existe una familia de curvas de funcionamiento, en función de las cuales y teniendo en cuenta la intensidad nominal y tensión de servicio de la instalación, se hará la selección.

(Fusibles 3)

• La intensidad nominal del fusible debe ser bastante superior a la normal de servicio para evitar que se funda en el arranque del transformador.

• Cuando un fusible se funde, se libera un elemento percutor que accionado por la fuerza de un muelle produce el disparo del interruptor.

(Fusibles 4)

• Según sea la relación entre los fusibles y el interruptor en una celda de protección de un CT, se distinguen dos posibilidades:

– Fusibles asociados: no tienen relación con el interruptor, si se funde uno de ellos, las demás fases siguen conectadas al transformador.

– Fusibles combinados: al fundirse cualquiera de los fusibles se abre automáticamente el interruptor, cortando la alimentación al transformador.

(Fusibles 5)

(Fusibles 6)

• En instalaciones de intemperie se usan fusibles de expulsión (XS CUT-OUT), al producirse la fusión se desprende de la conexión superior y se produce la apertura visible.

• El elemento fusible va en el interior de un tubo aislante de fibra de vidrio.

3.10. Sistema de puesta a tierra

• Centro de transformación en edificio:

– Puesta a tierra de protección o de herrajes: donde se conectarán todas las masas del CT.

– Puesta a tierra de servicio: donde se conectará el neutro del transformador.

– Sistema de tierras separadas (mirar la siguiente diapositiva)

• Centro de transformación sobre apoyo:

– Puesta a tierra única (protección + servicio).

Sistema puestas a tierra CT en edificio

3.11. Cuadro de baja tensión

• El cuadro de baja tensión contendrá un sistema de seccionamiento en el embarrado general y bases tripolares verticales.

• Los cuadros de baja tensión suelen disponer de 4 salidas con un solo módulo de acometida y se puede usar una ampliación para llegar a 8 o 12 salidas.

• Los fusibles serán unipolares NH-2 (Intensidad nominal de las bases = 400 A) y NH-3 (Intensidad nominal de las bases = 630 A)

• Los conjunto de conductores de mayor sección que podemos conectar a la salida del cuadro será del tipo RV 0,6/1 KV 3x1x240 mm2 + 1x150 mm2

(Cuadro de baja tensión 2)

3.12. Esquemas CT CT de compañía alimentado en punta

(Esquemas CT 2)

CT de compañía alimentado en anillo

(Esquemas CT 3)

CT de compañía alimentado en anillo 2 transformadores

(Esquemas CT 4)

CT de abonado alimentado en anillo

(Esquemas CT 5)

CT de abonado alimentado en anillo 2 transformadores

3.13. WEBilandia

• Reglamento sobre condiciones técnicas y garantías de seguridad en instalaciones eléctricas de alta tensión y sus Instrucciones Técnicas Complementarias ITC-RAT 01 a 23

• Conociendo un CT de compañía

• Transformadores y centros de transformación