centros de transformación

 SALESIANOS MANUEL LORA T AMAYO CENTROS DE TRANSFORMACIÓN Salesianos Manuel Lora Tamayo
Módulo: Instalaciones Eléctricas y Automáticas.
2 Centros de transformación................................................................................................ 2 2.1 Introducción. ................................................................................................................ 2 2.2 Clasificación de los centros de transformación........................................................... 2 2.2.1 Centro de transformación en función de la alimentación. ....................................... 3 2.2.2 Centros de transformación en función de la propiedad. .......................................... 3 2.2.3 Centros de transformación en función de su emplazamiento. ................................. 3 2.2.4 Centro de transformación en función de su acometida. ........................................... 3 2.2.5 Centro de transformación en función de la obra civil. ............................................. 4 2.2.5.1 C.T. convencional. ............................................................................................. 4 2.2.5.2 C.T. prefabricado. .............................................................................................. 4 2.2.5.3 Centro de transformación compacto. ................................................................. 7 2.2.6 Partes de un centro de trasformación. ...................................................................... 8 2.3 Elementos de un centro de transformación. ................................................................ 9 2.3.1 El transformador de distribución. .......................................................................... 14 2.3.1.1 Constitución externa del transformador. ......................................................... 14 2.3.1.2 Placa de características de un transformador................................................... 15 2.3.1.3 Constitución interna del transformador. .......................................................... 16 2.3.1.4 Grupo de conexión e índice horario. ............................................................... 16 2.3.2 Red de puesta a tierra. ............................................................................................ 18 2.3.2.1 Elementos de la puesta a tierra. ....................................................................... 18 2.4 Montaje de un centro de transformación. .................................................................. 19 2.4.1 Puesta en servicio del CT. ...................................................................................... 20 2.5 mantenimiento y averías en un Centro de Transformación. ...................................... 21 2.5.1 Mantenimiento de un C.T. ..................................................................................... 21 2.5.2 Averías en un centro de transformación. ............................................................... 21 1
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2 Centros de transformación
2.1 Introducción.
Los centros de transformación son los encargados de reducir la tensión de las redes de
distribución en A.T. a valores de consumo de baja. Así pues, como se indicó en el tema anterior, los
centros tienen entrada en alta, fundamentalmente líneas de 3ª categoría (6, 10, 15, 20 Kv...) y salida en
baja tensión (380/220 V).
Definimos “Centro de transformación” como:
La instalación provista de uno o varios transformadores reductores de
alta a baja tensión con la aparamenta y la obra complementaria precisa.
E
n el reglamento electrotécnico de baja tensión se especifica que en la construcción de un edificio o
agrupación de éstos, si la previsión de carga de potencia es superior a 50 kVA, o cuando la demanda
de un nuevo edificio supere esta potencia, el propietario del edificio debe reservar un local destinado al
montaje de un C.T., con las características apropiadas a la red suministradora existente (aérea o
subterránea), con las dimensiones necesarias para el montaje de todo su equipamiento.
Así pues la función que realiza el centro de transformación es reducir la tensión que llega a los
a valores de usuario y distribuir la energía a los abonados de baja tensión.
2.2 Clasificación
transformación.
de
los
Alimentación Propiedad Centros de transformación Emplazamiento Acome3da centros
En punta De paso De empresa De abonado Intemperie o aéreo Interior Aérea Subterranea Convencional Obra civil Prefabricado Compacto De maniobra 2
de
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2.2.1
Centro de
alimentación.
transformación
en
función
de
la
Nos encontramos con dos tipos de alimentación principalmente en los centros de
transformación:
•
En Punta: El centro de transformación tiene una sola línea de alimentación, con lo que la red
de alta tensión termina en el centro de transformación.
•
De paso: También conocido como “en bucle” o “anillo”. Dispone de una línea de entrada y
una de salida hacia otro centro de transformación o hacia un centro de reflexión.
2.2.2
Centros
propiedad.
de
transformación
en
función
de
la
Existen dos tipos bien diferenciados:
•
De empresa: Cuando el propietario del centro es la compañía suministradora de energía.
Normalmente poseen varias celdas de línea y una celda de protección para el transformador.
•
De abonado: Propiedad del cliente, siendo la red de entrada a la subestación de la compañía
suministradora, lo que supedita el montaje de la red a lo que establezca la compañía en su línea
de alta. Existen dos variantes:
ü Con equipo de medida en B.T., para pequeñas potencias.
ü Con equipos de medida en A.T. para mayores potencias, en la que parte del centro es
propiedad de la empresa suministradora, siendo el resto propiedad del abonado.
2.2.3
Centros de
emplazamiento.
transformación
en
función
de
su
•
De intemperie o aéreo: Transformadores montados sobre postes o estructuras metálicas, con
potencias inferiores a 160 kVA, con protecciones mediante fusibles y seccionadores.
•
De interior: Ubicados en recintos cerrados a tal efecto. Pudiéndose habilitar en la zona
construida o mediante edificio prefabricado. Se pueden clasificar a su vez en centros de
superficie y centros subterráneos.
2.2.4
Centro de
acometida.
transformación
en
función
de
su
•
De acometida aérea: La alimentación llega a través de una línea eléctrica de alta tensión de
tipo aérea, (Cables desnudos que entran en el centro de transformación a través de aisladores
pasamuros)
•
De acometida subterránea: A través de una línea de alta tensión de tipo subterránea, con
cables aislados y entrada de alta tensión en el centro de transformación por la parte inferior de
éste.
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2.2.5
Centro de
obra civil.
transformación
en
función
de
la
En este apartado vamos a estudiar los distintos tipos de edificios y construcciones en las que
podemos ubicar un centro de transformación. Podemos clasificar estos edificios en cuatro tipos
fundamentalmente, que pasamos a detalla en los siguientes apartados.
2.2.5.1
C.T. convencional.
Construidos especialmente para la instalación de los transformadores y los elementos de
protección y distribución de la energía. Suelen ser de ladrillo piedra u hormigón, según un proyecto de
obra civil.
Este tipo de centros de transformación debe
cumplir la normativa referente a instalación de
equipos de alta y movimiento de los operarios para
el mantenimiento, siendo necesario diseñar pasillos
de seguridad y elementos que impidan el acceso
a las partes de la instalación que se encuentran
en tensión.
También es necesario prever la ventilación
del centro, siendo ésta, según lo recogido en la
normativa de subestaciones y centros de transformación, de tipo natural, con rejillas de ventilación
de entrada de aire en la parte inferior y salida en la
superior, de las dimensiones necesarias para
evacuar el calor generado por el transformador y el
resto de aparamenta.
2.2.5.2
C.T. prefabricado.
Este sistema de construcción de centros de transformación es el más utilizado en la actualidad,
desplazando a los centros de tipo convencional.
Aparecen por la necesidad de ahorrar espacio en las zonas edificadas, así como por la facilidad
de instalación que presenta este tipo de edificación respecto a las ya existentes.
Este centro de transformación consiste en una envolvente de hormigón, de tipo monobloque, en
cuyo interior se alojan todos los elementos necesarios para su funcionamiento. Normalmente
incorpora, los aparatos de alta y baja tensión de tipo corte al aire o en SF6, cuadros de baja tensión,
transformador o transformadores, dispositivos de control, etc.
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Estos centros de transformación presentan como ventajas:
•
Construcción y montaje interior íntegros en fábrica, lo que aumenta la
calidad de montaje y reduce el trabajo en la obra.
•
Pueden representar cualquier esquema de distribución y montar hasta 2
transformadores de 1.000 kVA máximo.
•
Instalación especialmente sencilla, que se reduce la excavación,
posicionamiento y conexionado de los cables de acometida y salida en baja.
A continuación, su muestra una tabla con los trabajos que son necesarios a realizar en la zona
donde se instala el centro de transformación.
Estos trabajos vienen divididos en trabajos previos a la instalación y trabajos posteriores a la
colocación del centro de transformación, correspondiendo, en orden descendente con la secuencia de
trabajos a realizar.
Trabajos previos a realizar
Trabajos posteriores a realizar
•
Preparación del terreno para el CT.
•
Conexionado de las instalaciones de
puesta a tierra de protección y servicio.
•
Excavación para el CT.
•
Realización de puentes de AT y BT.
•
Excavación para las canalizaciones.
•
Rellenado de la excavación
•
Inst. electrodos de puesta a tierra de
protección y servicios.
•
Construcción de acera perimetral en el
caso de que no existiera.
•
Acceso para la grúa y camiones.
En este tipo de centros de transformación podemos encontrar con una o dos puertas para la
instalación de los transformadores y con una para el acceso del personal autorizado.
La parte exterior está compuesta por
hormigón armado y vibrado, dividida en dos
partes: Una formada por el fondo y las paredes,
en la que también podemos encontrar lo huecos
de las puertas y la ventilación, y otra constituida
por el techo de una sola pieza.
Por último indicar que todas las
estructuras metálicas del centro de transformación
están puestas a tierra: Desde la estructura de acero
situada en el interior del hormigón, pasando por
las rejillas de ventilación, hasta las puertas de
acceso del personal y de los transformadores.
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•
CT prefabricados subterráneos.
Dentro de los centros de transformación prefabricados existe también la modalidad de centros
diseñados para ser instalados en el subsuelo de las cercanías a las zonas a instalar. Son usados
fundamentalmente en zonas urbanas en donde el impacto visual cobra especial importancia, por lo que
es necesario instalar centros que no rompa el entorno paisajístico. Un ejemplo de este tipo de centro lo
encontramos en núcleos urbanos donde es necesario respetar el casco histórico artístico a la vez que
existe una elevada demanda de energía.
Se pueden clasificar a su vez estos centros de transformación en función de su sistema de
ventilación. Así podemos encontrar:
•
Rejillas de ventilación horizontales no salientes.
•
Rejillas de ventilación verticales salientes.
Para la instalación de estos centros de transformación será necesario realizar una excavación
para alojar la envolvente, quedando la parte superior del centro a ras de la cota de la calle
(normalmente situados en aceras o zonas ajardinadas). Bajo el centro de transformación se colocará
una capa de arena compactada y una placa de hormigón que le conferirán estabilidad sobre el
terreno.
En la parte superior, con acceso desde la calle, se instalará una puerta de acceso que se podrá
abrir por un solo operario, dando paso a través de una escalera con un ángulo máximo de 68º de
pendiente, al interior del CT. La apertura de la puerta de acceso incluirá una valla perimetral de
protección.
También sobre la superficie de la acera se dispondrá de una tapa para la colocación del
transformador en el centro.
Al igual que el modelo de superficie, este centro de transformación se realiza de hormigón
armado vibrado de alta resistencia mecánica y a agentes externos.
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2.2.5.3
Centro de transformación compacto.
Los centros de transformación compactos son una variante de los centros prefabricados. Son al
igual que los anteriores, de estructura monobloque de hormigón.
Las diferencias fundamentales de este tipo de centros de transformación con respecto a los
prefabricados son las siguientes:
•
El centro de transformación viene completamente montado desde fábrica, con toda su
aparamenta correspondiente para su instalación. NO se puede modificar su estructura y es
necesario indicar al fabricante las especificaciones de las características que queremos
incluir.
•
Se realiza en un espacio mínimo. Está
diseñado para ser accionado y realizar el
mantenimiento desde el exterior, por lo que no
existen pasillos en el interior del centro, como
aparecen en los prefabricados. Se instalan una
serie de puertas en las caras exteriores del
centro. Una destinada para el acceso al transformador, otra para registro del cuadro de baja
tensión y otra para el mantenimiento y
operación de las celdas de alta tensión.
Este tipo de centro monta un solo transformador e interruptores en corte SF6 de tipo modular,
permitiendo la instalación de un centro de transformación en un espacio mínimo.
Dentro de los centros compactos podemos realizar la siguiente clasificación:
•
CT compacto de superficie.
•
CT compacto semienterrado.
•
CT compacto de maniobra.
El primero es el centro compacto más convencional en donde la instalación del centro de
transformación se realiza a la cota del suelo donde se instala. El segundo presenta la particularidad de
que parte de la estructura del centro se encuentra bajo el nivel de la acera, reduciendo aún más el
impacto visual. Quedaría sobre el nivel de la calle las puertas de acceso a los equipos y al
transformador, quedando la acometida en AT y la salida en BT bajo el nivel de la acera.
Por último destacar el centro de maniobra, en el que solo se instalarán 3 interruptores en
carga en baño de SF6 que tienen como función realizar conmutación entre varias redes de distribución.
El acceso a estos interruptores se realiza desde el exterior, para minimizar sus dimensiones, mediante
dos puertas de apertura hacia el exterior, desde donde se realiza el mantenimiento y las maniobras.
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2.2.6
Partes de un centro de trasformación.
De forma general, en un centro de transformación podemos hacer una clasificación de las
partes que lo componen en orden a la misión que realizan y a sus características eléctricas de
funcionamiento. Así pues atendiendo a la funcionalidad podemos encontrar dentro del centro:
•
Celda de entrada de remonte.
Celda encargada de llevar los cables de alimentación hacia el embarrado. Únicamente posee
una envolvente metálica que oculta y protege de la manipulación los cables normalmente de M.T.
Como único elemento de maniobra puede poseer seccionador de puesta a tierra y es aconsejable que
posea señalización de presencia de tensión. Podemos encontrar celdas de remonte de líneas y celdas de
remonte de embarrado
•
Celda de línea.
Pueden ser de entrada o de salida de línea. Las de entrada se encargan de recibir el conductor
de alimentación en el centro de transformación. Por su parte las de salida de línea tienen por misión la
de cortar el suministro de energía en AT a otro centro de transformación, en el caso de que no se
encuentre en punta. Al igual que el centro de entrada, está equipada con un interruptor de corte en
carga y un seccionador de puesta a tierra.
•
Celda de seccionamiento.
Celda encargada de dejar sin suministro eléctrico a la parte del abonado, es decir, encargada de
cortar el suministro en alta al transformador. Si la potencia del centro es inferior a 1.000 kVA, se
instalará un seccionador, en caso de ser superior, será necesaria la instalación de un interruptor
automático.
•
Celda de seccionamiento y protección general.
Se sitúa en aquellos CT en donde existe más de un transformador y se encarga de proteger al
conjunto. Posee un interruptor automático general que protege de posibles fallos aguas arriba de la
protección individual de los transformadores. Se montarán los interruptores automáticos de corte en
SF6 o aceite y en los casos en que la potencia supere los 1.000 kVA, se instalará un relé homopolor
contra derivaciones a tierra con un transformador toroidal, con disparo programable.
•
Celda de medida.
Compuesta por tres transformadores de intensidad y uno de tensión conectados a los
contadores, placas de comprobación y reloj de discriminación. Estos equipos se encuentran en el
exterior del CT pasa su fácil lectura y para evitar cualquier riesgo. También indicar que la celda se
encuentra precintada por la compañía suministradora.
•
Celda de protección del trasformador.
Protección individual de cada transformador, compuesta por interruptor y fusibles asociados o
combinados, o bien por interruptor automático gobernados por relés directos o indirectos. En centros
de transformación de más de 1.000 kVA se instalará protección contra defectos a tierra, como en el
caso de las celdas de seccionamiento y protección general.
•
Celda de transformación.
Zona destinada a situar el transformador de potencia. Estará separado del resto para evitar la
proyección de aceite y material en caso de avería. También debe situarse una cuba de recogida de
aceite bajo el transformador que garantice que no se derrame y afecte al resto de aparamenta.
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•
Cuadro de baja tensión.
Se instala en centros de transformación de empresa. De la salida de cada transformador se
deriva a estos cuadros desde donde parte, protegidas por cortacircuitos fusibles, las líneas de baja
tensión que alimentan a las distintas cajas generales de protección.
2.3 Elementos de un centro de transformación.
Dentro de cada centro de transformación encontraremos una aparamenta específica tanto en
alta como en baja tensión. No en todos los centros de transformación encontraremos todos los
elementos aquí expuestos, pero sí que muchos de ellos formarán parte de su configuración. Pasamos a
detallar los más comunes.
− Seccionador:
Según el reglamento de líneas eléctricas de alta
tensión, es un aparato mecánico de conexión manual, que
en posición abierta debe satisfacer una distancia de
seguridad acorde con la tensión que soporta. Están
diseñados para apertura y cierra de circuitos sin carga o con
cargas muy pequeñas. Es capaz de soportar por diseño la
corriente nominal y la corriente de cortocircuito,
pudiéndose ser de tipo unipolar o tripolar.
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− Interruptor:
Aparato dotado con poder de corte, que puede realizar la apertura y cierre de circuitos en carga,
en dos posiciones bien diferenciadas.
Este aparto puede soportar corrientes de cortocircuito, pero no interrumpirlas en caso de avería.
La extinción del arco eléctrico en la apertura del interruptor se puede realizar de las siguientes
formas:
-
Aéreos con apagachispas o cuernos.
-
De soplado magnético.
-
De soplado por aire autoneumático.
-
En baño de aceite, gas (SF6), pequeño
volumen de aceite.
Aparte de sus características eléctricas de tensión e intensidad, es fundamental conocer su:
•
Poder de corte: Valor de la intensidad que el aparato puede cortar bajo una tensión de
restablecimiento determinada y en las condiciones de funcionamiento. Se expresa en kA y en
MVA.
•
Poder de cierre: Valor de intensidad que el aparato es capaz de restablecer en condiciones de
funcionamiento nominal.
− Interruptor-Seccionador:
Interruptor que en posición de abierto satisface las especificaciones de aislamiento de un
seccionador, fundamentalmente las distancia entre los contactos en posición abierto.
− Interruptor automático:
Interruptor capaz de abrir o cerrar un circuito en
condiciones normales además de cortar de forma automática
cualquier sobreintensidad, causada por una avería, hasta el
punto de soportar la corriente de cortocircuito en el punto de
conexión.
Su uso en fundamental para la protección de
instalaciones y de los transformadores del centro.
Su accionamiento puede ser manual o automático,
siendo éste último comandado por relés de sobreintensidad
(directos o indirectos), relés de corriente homopolar o bobinas
de disparo, relés de mínima tensión...
− Seccionador de puesta a tierra:
Aparato destinado a poner a tierra determinadas parte del circuito o instalación. Normalmente
el seccionador actúa cuando la carga del circuito se ha desconectado, pero puede soportar la intensidad
nominal durante un corto espacio de tiempo.
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Su funcionamiento suele estar condicionado al de un interruptor, interruptor automático o
seccionador, de forma que solo se puede accionar si estos están desconectados, mediante un
enclavamiento mecánico. También existen modelos de interruptor que incluyen el seccionador de
puesta tierra, encontrando en estos casos tres posiciones de funcionamiento; cerrado, abierto y
puesto a tierra.
− Auto-válvulas:
Pararrayos de resistencia variable que pueden
proteger al transformador y a la línea de sobretensiones
superiores al nivel de aislamiento seleccionado en la autoválvula. El cuerpo principal del pararrayos lo componen
discos de óxido de zinc, con un soporte epoxídico
reforzado con fibra de vidrio y sellado en todo su entorno
una pieza moldeada termorretractil. Todo el pararrayos
constituye una pieza compacta sin aire en su interior.
con
Gracias a su constitución el pararrayos es capaz de absorber altas energías durante las
sobretensiones y al mismo tiempo limitar las corrientes de fuga a valores muy pequeños de
funcionamiento normal
− Relés directos:
Estos relés tienen como función desconectar el interruptor asociado a éstos en el caso de que la
corriente que circula a través de ellos supere el valor en el que se ha tarado. Su denominación
“directo” atiende a la característica de que la corriente que circula por él es la propia que alimenta al
transformador o a la línea.
− Relés indirectos:
En este caso la excitación que produce el disparo del relés está reducida, siendo esta imagen de
la corriente primaria que circula por el transformador. Para obtener esta intensidad reducida se recurre
a transformadores de intensidad.
La saturación magnética de los transformadores impiden las puntas de intensidad que pueden
dañar a los equipos, siendo lo suficientemente precisos para las necesidades industriales.
− Termómetros:
Los termómetros se suelen utilizar para el control de la
temperatura del aceite de los transformadores. Si la potencia es
pequeña, se suelen utilizar termómetros de columna de
mercurio o alcohol coloreado, sobre la tapa del transformador.
El mercurio o el alcohol se alojan en una ampolla de vidrio
donde se marca la escala graduada de temperatura.
Para potencias mayores se utiliza un termómetro de
esfera. Este termómetro presenta la ventaja de que es posible
conectar unos contactos eléctricos que pueden accionar:
-
Alarma de a un determinado valor de temperatura.
-
Desconexión del transformado en caso de sobrepasar una
temperatura de tarado.
Estos termómetros presenta también la ventaja de que la lectura
se puede hacer directa sobre la escala indicando los valores máximos de
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temperatura, pudiendo registrarse, mediante una aguja conducida, el valor máximo de temperatura que
ha alcanzado el transformador.
El sistema de control de temperatura y disparo a través de los contactos del termómetro es apto
para sobrecargas en el transformador, pero no para cortocircuitos, ya que el termómetro tardaría
mucho tiempo en desconectar este tipo de fallo, teniendo antes que calentarse todo el aceite a causa del
cortocircuito, que para el caso de un transformador de 1.000 kVA tardaría del orden de 10 a 15
minutos.
− Relé Buchholz:
Dispositivo de protección, situado en el conducto de unión
entre la cuba y el depósito de expansión, destinado a proteger al
transformador de posibles defectos por aumento de temperatura y
descomposición del aceite.
El transformador, cuando sufre algún defecto eléctrico,
genera pequeños arcos eléctricos en los bobinados, que a su vez
descomponen el aceite, liberando gases. Estos gases son indicadores
de posible fallo en la máquina y pueden servir como sistemas de
detección de averías.
El relé buchholz es una cámara, que en condiciones normales está llena de aceite. Dentro de
esta cámara se sitúan dos flotadores que actúan sobre dos contactos
de tipo ampolla de mercurio.
La primera función que tiene el relé es la de recoger las
posible burbujas de aire que se puedan desprender en la puesta en
servicio del transformador. Cuando se produce una pequeña avería,
los gases desprendidos se acumulan en la parte superior del relé,
desplazando el aceite hacia el depósito de expansión. Cuando se
acumula una determinada cantidad, el flotador, al descender el nivel
de aceite, se desplaza el flotador cerrando el contacto que activa una
alarma.
Cuando la avería es de cierta importancia, el
desprendimiento de gases por descomposición del aceite es más
violento. En este caso, es la presión que ejerce el propio gas el que
desplaza el segundo flotador cerrando un contacto que desconecta la
alimentación y la salida del transformador.
En la parte superior del relé existe una válvula que tiene
como función la recogida de los gases desprendidos para su
posterior análisis, a fin de determinar las posibles causas de avería.
En transformadores de tipo llenado total, se instalan bloques
de protección de tipo DGPT, capaces de detectar fugas de gas,
excesos de presión y termostato en dos puntos de regulación.
A través de un pequeño visor se pueden observar pequeños descensos de nivel. A la vez
incorpora un termómetro que indica el valor instantáneo de temperatura del aceite. Posee una serie de
contactos eléctricos que disparan alarma o desconectan el transformador en caso de acumulación de
gas, perdida de dieléctrico, sobrepresión interna de gas, temperatura anormal de aceite dieléctrico.
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− Relé integrado de seguridad (DGPT 2)
En los nuevos transformadores de tipo hermético
de llenado integral, es necesaria la utilización de
elementos de protección capaces de realizar las
siguientes funciones:
•
•
•
Detección de la emisión de gases del líquido
dieléctrico (disparo de desconexión)
Detección del aumentos excesivo de la presión del
aceite dentro de la cuba (disparo de desconexión)
Lectura de la temperatura del aceite dieléctrico y
visualización del nivel de líquido (contactos de
alarma y disparo regulable)
Todas estas funciones las realizan los relés
integrados de seguridad en un solo elemento.
− Fusibles.
Es uno de los elementos fundamentales para la
protección de cortocircuitos y sobrecargas en media tensión, pudiendo ser combinado con
seccionadores e interruptores.
Consta de un cilindro aislante,
normalmente de cerámica al que en
los extremos se le colocan dos
casquillos metálicos que son los que
se unen al portafusibles. Interiormente
el fusible contiene una o varias
láminas de cobre o aluminio
calculadas para que se fundan al paso
de cierto valor de intensidad. Este
elemento a su vez va unido a un
sistema de muelle que en condiciones normales está tenso. Cuando el fusible se funde libera el muelle
que actúa sobre un percutor colocado en uno de los casquillos.
El percutor indica la fisión del fusible y cuando se monta en sistemas con interruptores asociados,
permite abrir en interruptor en caso de fallo de una fase, dejando sin tensión toda la instalación.
¡Importante!
•
•
Fusibles
Combinados:
El
Interruptor desconecta las tres
fases en caso de fusión de uno o
más fusibles (disparo por acción
del percutor del fusible).
Fusibles asociados: La fusión
de un fusible permite la
continuidad de servicio en el
resto de fases.
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2.3.1
El transformador de distribución.
Máquina estática de inducción electromagnética, encarga de reducir la tensión de distribución
primara, fundamentalmente líneas de alta tensión de tercera categoría, a tensión de distribución de
baja, es decir, a 400/230 V.
Podemos clasificar los transformadores de distribución en función de su aislamiento existiendo
los siguientes tipos:
− Transformador con aislamiento de aceite:
Es el tipo más común de transformador. El
aislamiento de las bobinas y la refrigeración se realiza
mediante un aceite especial aislante.
Dentro de este tipo a su vez se puede distinguir
entre transformadores con depósito de expansión y
transformadores de tipo llenado integral. Este último es
el que se está imponiendo en la actualidad por su
mínimo mantenimiento y al que corresponde la imagen
de la derecha.
− Transformador encapsulado en resina:
En este caso las bobinas del transformador se encuentran
aisladas mediante una resina especial, que impide el acceso al
interior del transformador.
Tiene como ventaja la disminución en el peso del
tranformador y su menor volumen, además se pueden realizar
cambiós en las conexiones de las bobinas facilmente.
Su principal inconveniente es que en caso de avería hay
que sustituir el conjunto de bobinas puesto que el aislamiento
de resina no se puede retirar, lo que impide rebobinar la parte
dañada.
2.3.1.1
Constitución externa del transformador.
Pasamos ahora a describir las partes fundamentales que forman un transformador de potencia
de tipo aislado en aceite.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Pasatapas de media tensión.
Pasatapas de baja tensión.
Mando conmutador de bobinados de AT.
Radiadores de refrigeración.
Cuba.
Depósito de expansión.
Indicador de nivel de aceite.
Tapón de llenado.
Placa de características.
14
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•
Ruedas de transporte.
Los pasatapas de alta y baja tensión son aisladores encargados de evitar derivación entre los
conductores y el exterior del transformador. El mando conmutador es una rueda que desliza unos
contactos sobre el bobinado de alta tensión. La maniobra de regulación solo se podrá realizar con el
transformador desconectado, es decir sin tensión en la entrada y la salida.
Los bobinados se alojan en el interior de una cuba o depósito, que posee un tapón de llenado en
la parte superior y una válvula de salida en la inferior, que permite el vaciado del aceite dieléctrico.
Sobre la cuba se sitúa un pequeño depósito,
denominado depósito de expansión, destinado a rellenar
con pequeñas aportaciones de aceite las posibles
pérdidas y mantener los bobinados totalmente
sumergidos en aceite. En el lateral del depósito de
expansión se coloca un pequeño visor de cristal con una
marca de nivel o un reloj indicador, que nos sirve para
comprobar si existen fugas de aceite y para determinar si
la temperatura es mayor del valor nominal, dado que al
aumentar ésta aumenta el volumen de aceite.
Alrededor de la cuba se sitúan unas aletas o radiadores que tiene como misión evacuar el calor
que se genera en el transformador. Dentro de ella circula el aceite en un movimiento natural, que hace
que se desplace el aceite caliente a la parte superior de la cuba y el aceite más frío a la zona inferior.
Sobre la cuba del transformador se designara:
n
2.3.1.2
a
A
b
B
c
C
BT
MT
Placa de características de un transformador.
Se trata de una placa metálica, situada en el lateral del transformador, en la que están indicadas
las características eléctricas más importantes del transformador. Se pueden observar:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Designación.
Tensión nominal primaria y secundaria.
Potencia nominal.
Intensidad nominal primaria y secundaria.
Tensión de cortocircuito.
Grupo de conexión e índice horario.
Niveles de aislamiento.
Peso (total y del aceite).
Calentamientos (del cobre, del aceite, temperatura
ambiente).
15
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2.3.1.3
Constitución interna del transformador.
Básicamente los transformadores en general están constituidos en su interior por dos partes
bien diferenciadas, el núcleo magnético y los arrollamientos o bobinados.
− Núcleo magnético.
Forma el camino que toman las líneas de campo magnético para inducir la tensión del primario
al secundario del transformador. Está compuesto por chapas de tipo ferromagnético de acero aleado de
unos 0,35 mm de espesor, con una base de silicio del 3 al 5% y aisladas eléctricamente entre sí con
una capa de barniz.
Se pueden distinguir dos tipos de chapa magnética.
-
Chapa normal, laminada en caliente.
-
Chapa de grano orientado, laminada en frío.
El núcleo está formado por las columnas, culatas y yugos.
− Arrollamientos.
Los arroyamientos son bobinas de hilo de cobre o aluminio de sección rectangular o circular.
Los arroyamientos de alta y baja tensión pueden ser realizados de dos modos diferentes, de
forma alternada o concéntrica.
El arroyamiento alternado consiste en disponer un determinado número de vueltas de baja
tensión, para posteriormente colocar una capa de alta y así sucesivamente desde abajo hasta arriba de
la columna de chapas metálicas hasta cubrir su totalidad.
Por su parte, en el bobinado de tipo concéntrico se realiza primero el de baja tensión, ocupando
la totalidad de la columna, y una vez que se ha terminado de bobinar, se comienza el de alta sobre el
bobinado de baja ya realizado.
2.3.1.4
Grupo de conexión e índice horario.
Se denomina grupo de conexión a un convenio que se utiliza para designar los distintos tipos
de conexiones que se puede hacer en el primario y el secundario. Se pueden realizar varias
combinaciones, tanto en estrella, en triangulo o en zig-zag. En la tabla siguiente se recogen las letras
utilizadas para designar a cada tipo de bobinado.
AT
BT
Conexión triángulo
D
d
Conexión estrella
Y
y
Conexión zig-zag
Z
z
Por ejemplo: La conexión Yd indica que el arrollamiento primario se ha conectado en estrella
y el secundario se conectó en triangulo.
En referencia al índice horario, es un sistema por el cual definimos el desfase que existe entre
las tensiones primaria y secundaria análogas.
Para el cálculo del índice horario se toma como referencia la esfera de un reloj. La manecilla
grande se coloca a las doce indicando la fase A del bobinado de alta tensión. La posición de la manilla
pequeña, que coincide con la fase análoga de baja tensión, indica el ángulo de desfase entre ambos.
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Clase de aislamiento para máquinas eléctricas
Clase de aislamiento
Y
A
E
B
F
H
C
Temperatura máxima admisible ( en ºC)
90
105
120
130
155
180
Más de 180
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2.3.2
Red de puesta a tierra.
Los centros de transformación deberán estar provistos de una instalación de puesta a tierra, con
objeto de limitar las posibles tensiones de defecto a tierra que pueden aparecer en caso de avería. Este
sistema de tierra debe ser complementado con dispositivos de interrupción de corriente, deberá
asegurar la descarga a tierra de la intensidad de defecto, contribuyendo a la eliminación del riesgo
eléctrico.
Para la realización del diseño de la red de tierra se aplicará el “Método de cálculo y Proyecto
de Instalaciones de Puesta a Tierra para CENTRO DE TRANSFORMACIÓN conectados a Redes de
Tercera Categoría” de UNESA.
Según la instrucción MIE-RAT 13, se pondrán a tierra de protección, todas las partes
metálicas de la instalación que no estén en tensión en condiciones normales, pero que puedan estarlo
en caso de accidente.
La misma instrucción dispone que se conecten a tierra de servicio los elementos de la
instalación que lo necesiten, entre los que se puede destacar:
•
Los neutros de los transformadores.
•
Los circuitos de BT de los transformadores de medida.
•
Los elementos de derivación a tierra de los seccionadores.
•
Las auto-válvulas, limitadores, descargadores, etc.
El sistema de puesta a tierra puede ser de dos tipos:
-
Instalación de tierra general.
-
Instalación de tierras separadas.
Se monta la instalación de tierra general cuando la tensión de defecto a tierra es inferior a
1.000 V, estando unidas las tierras de protección y de servicio.
En caso contrario, cuando la tensión de defecto a tierra es superior a 1.000 V, se montan las
tierras de protección y servicio por separado, instalación de tierras separadas, conectando a la tierra
de servicio los neutros de los transformadores de potencia y medida.
2.3.2.1
Elementos de la puesta a tierra.
Dentro de la instalación de puesta a tierra podemos distinguir dos elementos fundamentales:
− Línea de tierra.
− Electrodo de puesta a tierra.
La línea de tierra estará constituida por conductor de cobre o de otro material de sección
equivalente, capaz de soportar la corriente de defecto a tierra en unas condiciones de temperatura
establecidas.
En tierras separadas, la tierra de neutro o de servicio deberá tener un aislamiento de 10 kV a
frecuencia industrial (1 minuto) y 20 kV a impulso de rayo de onda (1,2/50 µs).
Por su parte, el electrodo de puesta a tierra puede estar constituido de los siguientes elementos:
•
Picas.
•
Conductores enterrados horizontalmente.
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En el caso de montaje de picas, estas se clavarán quedando la parte superior a una profundidad
no inferir a 0,5 metros, aconsejándose en terrenos donde se prevean heladas una profundidad de 0,8 m.
En el caso de instalar electrodos horizontales, la profundidad será igual a la parte superior de
las picas, es decir, 0,5 metros.
La superficie total de electrodos se obtendrá en función de la intensidad de defecto, la
resistividad del terreno y el tiempo de duración del defecto medido en segundos.
2.4 Montaje de un centro de transformación.
El montaje e instalación de un centro de transformación va a depender del tipo de centro y de
las condiciones del entorno. No obstante existen una serie de procedimientos de instalación comunes a
cualquier tipo de centro de transformación. Vamos a centrarnos en la instalación de un centro de tipo
prefabricado, dado que este tipo de centro es el más común en la actualidad.
Podemos distinguir los trabajos de instalación en dos:
Trabajos previos a la colocación del centro.
Los trabajos previos a la colocación del centro indican las maniobras que se han de realizar
antes que se sitúe el centro de transformación prefabricado. Dentro de este apartado podemos
distinguir:
•
•
•
•
•
Preparación del terreno para el CT.
Excavación para el CT. Realizando la excavación y nivelación de este, situando un
lecho de arena de río compactada que nos facilite el drenaje y el acceso de las
líneas eléctricas por la parte inferior.
Excavación de las canalizaciones eléctricas. Se realizarán sendas zanjas para los
conductores de media tensión y para los de baja, de modo que la entrada al centro
resulte cómoda y no se fuercen los radios de curvatura de los conductores.
Instalación de los electrodos de puesta a tierra. Tanto los de servicio como los de
protección, en caso de que ambos se instalen por separado.
Acceso de grúa y camiones. Acondicionamiento de las inmediaciones al terreno
para el acceso del camión de transporte al lugar de instalación.
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Trabajos posteriores a la colocación del centro.
Los trabajos posteriores a la instalación del centro de transformación serán los siguientes:
•
•
•
•
Conectar las instalaciones de puesta a tierra de protección y servicio a los
terminales del centro de transformación.
Realizar los puentes con el cableado o las barras, tanto para el circuito de alta
tensión como para el de baja tensión.
Rellenar la excavación circundante al centro, que permita su consolidación
definitiva.
Construir una acera perimetral, en el caso de que sea necesaria.
Todos estos pasos previos y posteriores a la instalación del CT prefabricado no incluyen el
montaje de los elementos interiores dado que este tipo de centros traen la aparamenta instalada de
fábrica. No obstante, para centros de tipo convencional, se debería proceder, una vez situado el centro
a la instalación de:
•
La aparamenta de las celdas.
•
Las protecciones y equipos de medida de alta tensión.
•
Los cuadro de salida en baja tensión.
•
El transformador.
•
Los cables conductores que interconectan cada elemento.
2.4.1
Puesta en servicio del CT.
Una vez instalado el centro de transformación se procedería a la realización de pruebas de
funcionamiento y protección para posteriormente poner en servicio el centro. Entre las operaciones
previas a la puesta en funcionamiento podemos destacar:
Revisión de las normas de explotación.
Comprobar los circuitos y tomas de tierra.
Limpiar todas las instalaciones, aisladores, soportes, etc.
Revisar normas y manuales de cada aparato.
Comprobar el buen funcionamiento de dispositivos de mando y enclavamientos.
Limpieza y revisión de todos los contactos, presión de cierre, etc.
Comprobar las conexiones de embarrados y cableado, bien realizadas y con apriete suficiente.
Asegurar el aislamiento de la instalación y verificar que las condiciones de explotación son
acordes a reglamento.
− Observar los niveles de aceite del transformador (si procede).
−
−
−
−
−
−
−
−
También se deberán realizar las siguientes pruebas.
•
Medida de resistencia del terreno.
•
Medida de la tensión de paso y de contacto.
•
Medida del tarado de relés y del tiempo de actuación.
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2.5 Mantenimiento y averías en un Centro de
Transformación.
2.5.1
Mantenimiento de un C.T.
Antes de realizar cualquier maniobra en un centro de transformación es necesario tener en
cuenta una serie de normas de suma importancia. El no cumplimiento de estas normas básicas puede
acarrear una avería o un accidente de consecuencias muy graves para el operario o para terceras
personas:
1º) No accionar nunca un seccionador en carga.
2º) Siempre que tengamos que cortar el servicio en un circuito en carga, se deberá accionar
primero el interruptor de apertura en carga o interruptor automático.
3º) Antes de cerrar el seccionador de puesta a tierra comprobar la ausencia de tensión.
4º) Antes de restablecer el servicio, comprobar que están abiertos los seccionadores de
puesta a tierra.
5º) Familiarizarse con el centro, observando detenidamente las señalizaciones.
6º) Utilizar el material de seguridad necesario en cada maniobra.
Dentro de las operaciones de mantenimiento que se suelen realizar en los centros de
transformación destacamos las siguientes:
•
•
•
•
•
2.5.2
Revisión de la aparamenta eléctrica (interruptores, seccionadores, fusibles,
auto-válvulas, etc.)
Estado de las celdas (limpieza, engrase, etc.)
Estado de los transformadores (cables, aisladores, foso, posibles pérdidas de
aceite.
Comprobación del estado de las tierras (arquetas, picas, conexiones, medición
de los valores)
Comprobación de alumbrado interior, exterior y demás elementos auxiliares y
de seguridad.
Averías en un centro de transformación.
En los centros de transformación actuales las averías son cada vez menos frecuentes,
fundamentalmente debido al grado de tecnificación y los exhaustivos controles de calidad a los que se
someten aparatos e instalaciones. No obstante pasaremos a indicar las averías más usuales en función
del tipo de transformador y de la configuración del centro.
− C.T. intemperie:
Estos centros, que normalmente están situados sobre apoyos, suelen dar averías a causa de los
agentes atmosféricos a los que están expuestos (lluvia, viento, nieve, etc.). Otra causa de averías en
estos C.T. son los actos vandálicos. Ambas causas dan como resultado la rotura y deterioro de
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aisladores, auto-válvulas y fusibles en la mayoría de los casos, averías que se pueden localizar
visualmente desde el suelo, siendo su reparación igualmente sencilla, realizándose ésta sin tensión en
la mayoría de los casos.
− C.T. interior:
Una gran mayoría de las averías que encontramos en este tipo de centros de transformación se
debe a rotura de timonería (manivelas y elementos de apertura cierre y control). Para este tipo de
avería la reparación pasa por contactar con el proveedor del material y sustituir los elementos
defectuosos.
Otra avería común que podemos encontrar en este tipo de centros es la perforación de alguna
botella terminal en los conductores que van al centro. Si la avería resulta visible, la reparación pasa por
la sustitución de estos terminales por unos nuevos, siendo necesario realizar ensayos en el resto de
terminales para comprobar que su estado es bueno, si no es así se procederá a sustituir la totalidad de
los terminales conectados al mismo lugar en el que encontramos el deteriorado.
También es común la destrucción de los portafusibles en baja tensión por aflojamiento de los
tornillos de estos. En este caso se procederá a sustituir el portafusible defectuoso.
− Termografía
En muchas ocasiones la avería no es detectable a simple vista hasta que sus consecuencias no
son muy graves. Por lo que es recomendable realizar inspecciones de las conexiones con equipos que
sean capaces de detectar pequeñas anomalías, como problemas de apriete en tornillería, malas
conexiones, recalentamientos en puntos determinados, etc. Para ello se utilizarán equipos específicos
que detectan las variaciones de temperatura en la instalación a cierta distancia, denominados cámaras
termográficas.
Estos equipos presentan una imagen en colores que van del negro al blanco pasando por
violeta, azul, verde, amarillo, rojo y blanco. Estos colores indican la temperatura de los objetos que
estamos visualizando y nos dan idea de los puntos calientes de nuestra instalación, que podrían
originar una avería futura.
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