Equipos de las subestaciones

Los equipos básicos que conforman una subestación son el transformador, el descargador de sobretensión, el cortacircuitos, el fusible tipo hilo, el fusible tipo HH, el seccionador, transformador de corriente, transformador de potencial y la malla de puesta a tierra.

TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN ::.

El transformador es la parte primordial de una subestación de distribución, ya que realiza la conversión del nivel de tensión de media a baja par alimentar a los usuarios finales, los transformadores de distribución varían de un tipo de subestación a otra. Por ejemplo los transformadores utilizados en subestaciones aéreas pueden ser monofásicos o trifásicos, con las siguientes características de potencia y tensión.

Tabla 2.5.3. Características de potencia y tensión para transformadores de subestaciones aéreas

Para las subestaciones tipo patio se manejan los siguientes transformadores:

Tabla 2.5.4. Características de potencia y relación de transformación para transformadores de subestaciones tipo patio

En las subestaciones pedestal los transformadores trifásicos con conexión Dyn5 manejan las siguientes potencias y relaciones de transformación:

Tabla 2.5.5. Características de potencia y relación de transformación para transformadores trifásicos con conexión Dyn5 en subestaciones pedestal

En las subestaciones capsuladas los transformadores trifásicos con conexión Dyn5 manejan las siguientes potencias y relaciones de transformación:

Tabla 2.5.6. Características de potencia y relación de transformación para transformadores trifásicos con conexión Dyn5 en subestaciones capsuladas

Descargadores de Sobretensión DST:

El descargador de sobretensión es el dispositivo encargado de proteger el transformador de sobretensiones externas que surgen por descargas atmosféricas. El DST limita la tensión que llega a los bornes del transformador enviando a tierra la sobretension.

Actualmente se emplean DST de oxido de zinc (ZnO) conformados por varistores de ZnO en serie ubicados en el interior de un cilindro de porcelana, los cuales disminuyen su resistencia interna ante la presencia de una sobretensión, dirigiéndola a tierra, retornando a su estado de alta resistencia a la señal de potencia a frecuencia industrial.

Figura 2.5.8. Descargador de Sobretensión

Características eléctricas de los Descargadores de Sobretensión son:

Tensión Nominal: es el valor máximo de tensión a frecuencia nominal que se puede aplicar al Descargador de Sobretensión para que opere eficientemente y cumpla con los parámetros de diseño. Las tensiones normalizadas de los Descargadores de Sobretensión de ZnO según la norma IEC 99-3 son los siguientes:

Tabla 2.5.7. Tensiones normalizadas de los DST de ZnO - Norma IEC 99-3 -

Tensión máxima de operación en régimen continuo (MCOV): hace referencia al valor máximo de tensión en el cual el descargador de sobretensión opera continuamente.

Frecuencia Nominal: Es la frecuencia de trabajo para la cual se diseño el pararrayo.

Corriente de descarga de un pararrayo: Es la corriente que pasa por el descargador de sobretensión en un impulso.

Corriente de descarga nominal de un pararrayo: Es el valor pico de la corriente de descarga en un impulso de 8X20 µs.

Corriente continua de un Descargadores de Sobretensión: Es la corriente que circula por el descargador de sobretensión cuando se aplica entre sus terminales la tensión de operación.

Tensión residual de un Descargadores de Sobretensión: Es el valor pico de la tensión que hay en los terminales del Descargadores de Sobretensión en el momento que circula la corriente de descarga.

Cortacircuitos: El cortacircuito es un dispositivo empleado para aislar el transformador de la red primaria en caso de falla o voluntariamente cuando la carga esta desenergizada. No están diseñados para interrumpir circuitos bajo carga; son fabricados en materiales anticorrosivos para hacerlos resistentes a cualquier ambiente, no necesitan mantenimiento frecuente y tienen una amplia vida útil.

El cortacircuito esta conformado por una parte fija (aislador) fabricada en porcelana, con herrajes en la parte inferior para asegurar el conductor y el tubo portafusible fabricado en fibra de vidrio en el cual se instala un fusible tipo hilo hasta de 100 A, en la parte superior cuenta con un contacto en cobre con resorte para el libre movimiento en caso de falla y una argolla para el empleo de pértiga en caso de manipulación voluntaria.

	Figura 2.5.9. Cortacircuitos de 15kV 100A

Cuando ocurre una falla circula una corriente excesiva por el fusible produciendo en él un sobrecalentamiento que lo hace fundir y en el interior de tubo portafusible se generan gases que interrumpen rápidamente el paso de esta corriente debido a un revestimiento con el que cuenta; en este momento la parte móvil del cortacircuito (contacto en cobre superior) se abre, dejando descolgado el tubo portafusible lo que indica que el cortacircuitos fue accionado.
Para poner el cortacircuito de nuevo en funcionamiento se debe reemplazar el fusible y si es necesario el contacto superior, para luego asegurar el tubo portafusible al aislador.

Algunos de los datos técnicos de un cortacircuito son:
Tensión nominal (kV)
Corriente nominal (A)
Capacidad de interrupción (A): es el valor máximo de corriente en el que el cortacircuito se acciona.
BIL (kV): es el nivel de aislamiento que presenta ante impulso de tipo rayo.

Fusible tipo hilo: Este fusible es utilizado para proteger el transformador de corrientes de cortocircuito, de sobrecarga y de corrientes transitorias (las generadas en la conexión de los transformadores y/o arranque de motores).

El fusible está conformado por un contacto superior, el elemento fusible y el tensor que cuenta con una alta resistencia, la longitud del fusible determina la cantidad de calor que puede conducir del centro a la periferia de él.
Al ocurrir una falla, atraviesa por el fusible una corriente que produce un calentamiento en el tensor produciendo el desprendimiento de este.

Figura 2.5.10. Fusible Tipo Hilo

En la actualidad se fabrican diferentes tipos de fusibles de hilo dependiendo de la relación de velocidad, estos son tipo H, K, T, VS y Dual.

Relación de velocidad= Corriente a 0.1 seg. (A) / Corriente a 300 seg. (A)

Tabla 2.5.8. Relación de velocidad y aplicación para distintos tipos de fusibles

La selección del fusible de hilo según el transformador a proteger se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 2.5.9. Selección del fusible de hilo según el transformador a proteger

Fusible tipo HH: Los fusibles HH son empleados en el lado de alta tensión para proteger los transformadores de corrientes de cortocircuito, el tiempo de fusión de este tipo de fusibles es muy corto y la mínima corriente de ruptura que manejan es de 2.5 a 3 veces el valor de su corriente nominal.

El tubo fusible tiene en sus extremos un contacto para conexión con el portafusible y un percutor que acciona el seccionador en caso de un cortocircuito.

El funcionamiento del fusible en caso de cortocircuito radica en la fusión de los conductores fusibles al paso de una corriente elevada, con la ruptura del fusible se generan una diferencia de potencial que es ahogada por el medio extintor.

El seccionador: Es el elemento empleado para conectar o desconectar el transformador de la red de la distribución por este motivo es tripolar (para la conexión a cada fase), existen seccionadores para trabajo sin carga y para trabajo bajo carga en este caso siempre se cuenta con una cámara apaga chispas; también pueden ser de accionamiento manual (con pértiga) o motorizado.

El seccionador por fase esta conformado por dos aisladores cada un de ellos con una cámara de gases para extinguir el arco generado en la conexión, los aisladores se encuentran unidos por un contacto tubular por el que pasa la corriente de uno al otro, dentro de este existe otro contacto auxiliar en forma de varilla el cual conduce la corriente mientras ocurre la ruptura total del circuito por parte del contacto tubular, el cual es guardo en la cámara de gases cuando el seccionador esta desconectado.

El contacto tubular es movido en la conexión y desconexión por dos brazos de giro, los cuales se encuentran acoplados al interruptor de corte el cual acciona a la vez los tres contactos del seccionador para evitar los equipos conectados trabajen en dos fases.
Adicionalmente el seccionador puede contar en cada fase un fusible HH para la protección contra cortocircuitos sin necesidad de tener un interruptor de potencia; en caso de cortocircuito el fusible se funde desconectando el seccionador.

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE (TC) ::.

Un transformador de corriente es un instrumento que reduce la corriente eléctrica de una red a valores manejables no peligrosos para la utilización de equipos de medida, puede ser instalado a la intemperie o en interiores. Su función principal es alimentar equipos de medida, protección y control como contadores, voltímetros y amperímetros.
El devanado primario del transformador de corriente se conecta en serie con el circuito al que se desea hacer la medición y el devanado secundario a los equipos de medida.
Los transformadores de corriente se pueden clasificar de acuerdo a su construcción y a su conexión eléctrica.

Según su construcción existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los principales son:
• Tipo Devanado: es aquel que tiene su núcleo recubierto por el devanado primario.
• Tipo Barra: es aquel en el que el devanado primario es un conductor tipo barra y atraviesa la ventana del núcleo.
• Tipo Ventana: es aquel que carece de devanado primario y el devanado secundario esta recubriendo el núcleo, el cual posee una abertura atravesada por un conductor que forma el circuito primario.

Figura 2.5.11. Transformador de Corriente

Según su conexión eléctrica, existen diferentes tipos de transformadores de corriente, los principales son:

• Primario Simple: Es aquel transformador que posee un único devanado primario.
• Primario Serie-Paralelo: Es aquel transformador cuyo devanado primario esta dividido en dos secciones iguales y la conexión entre ellos se puede realizar en serie o en paralelo para variar la capacidad de corriente.
• Secundario Múltiple: Es aquel cuyo devanado secundario tiene varias derivaciones (Taps) que permiten manejar diferentes niveles de corriente.

Tabla 2.5.10. Valores Normalizados para Transformadores de Corriente

*Clases de Precisión

Tabla 2.5.11. Clase de presición según aplicación

TRANSFORMADORES DE POTENCIAL (TP) ::.

Un transformador de potencial es un instrumento que reduce el nivel de tensión de una red a valores manejables no peligrosos para la utilización de equipos de medida, puede ser instalado a la intemperie o en interiores. Su función principal es alimentar equipos de medida, protección y control como contadores, voltímetros y amperímetros.
El devanado primario del transformador de potencial, a diferencia del transformador de corriente, se conecta en paralelo con el circuito al que se desea hacer la medición y el devanado secundario a los equipos de medida.
Los transformadores de potencial generalmente son instalados en interiores cuando se van a manejar tensiones inferiores a 60 kV; estos transformadores son fabricados principalmente por recubrimiento de porcelana y aislamiento en aceite o en resina sintética. Los equipos diseñados para uso exterior son fabricados con un aislamiento porcelana-aceite.

La conexión de los transformadores de potencial va de acuerdo a su lugar de instalación. Al ser instalados en redes de baja y media tensión, su conexión debe ser entre fases, pero si son instalados en subestaciones exteriores su conexión deber ser fase-tierra, razón por la cual se hace necesario emplear tres transformadores monofásicos conectados en estrella.

Otra aplicación importante de la conexión fase-tierra se da cuando la potencia activa (VA) suministrada por dos transformadores de potencial no es suficiente o cuando se van a tomar medidas de tensión y potencia con control a cada una de las fases

Malla de puesta a tierra: La malla de puesta a tierra es el conjunto de electrodos conectados entre si, por cables desnudos enterrados en el suelo, sus funciones son la seguridad de las personas ante el gradiente superficial de tensión, la protección de las instalaciones, servir de tierra común a los equipos eléctricos y/o estructuras metálicas, dirigir las corrientes de falla a tierra y en algunos casos se utiliza para completar el circuito y conducir la corriente desde o hacia su fuente.

El electrodo es un conductor enterrado en el suelo para conducir las corrientes de falla a tierra, puede ser de tipo varilla, tubo, fleje, cable o placa. El Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas RETIE, especifica sus características.

Los electrodos más utilizados son tipo varilla o tubo, los cuales deben tener una longitud mínima de 2.4 metros y ser enterrados en su totalidad dejando una distancia de 15cm entre la superficie y la parte superior del electrodo, la conexión del electrodo con el cable se debe realizar con soldadura exotérmica o con los conectores adecuados.

El cable empleado para la unión de los electrodos se debe seleccionar manejando la siguiente ecuación (Referencia RETIE):

	Sección del conductor en mm^2
	Corriente de falla a tierra, entregada por el OR (rms en KA)
	Constante del material.
	Tiempo de despeje de la falla a tierra.

La resistencia de la malla de puesta a tierra para subestaciones de media tensión debe ser máxima de 10 ohmios, esta resistencia controla los gradientes de tensión (Referencia RETIE) .