1. Ventajas y Desventajas de los Transformadores Secos

Los transformadores secos, una alternativa importante en la distribución eléctrica, presentan una serie de beneficios y limitaciones que deben considerarse para su correcta aplicación.

Ventajas de los Transformadores Secos

• Menor coste de instalación al no necesitar un depósito colector de aceite.
• Mucho menor riesgo de incendio, siendo esta su principal ventaja.
• Los materiales utilizados son autoextinguibles y no producen gases tóxicos en caso de falla.

Desventajas de los Transformadores Secos

• Mayor nivel de ruido en comparación con los transformadores sumergidos en aceite.
• Menor resistencia a las sobretensiones transitorias.
• Mayores pérdidas en vacío, lo que puede afectar la eficiencia energética.
• No son adecuados para instalaciones a la intemperie ni en ambientes altamente contaminados.
• Disponibilidad limitada en cuanto a potencia y tensión: solo hasta 36 kV y hasta 15 MVA.
• Presentan menor seguridad frente a contactos indirectos debido a la ausencia de un dieléctrico líquido que aísle completamente los devanados.

2. Comparativa: Transformadores Sumergidos en Aceite vs. Transformadores Secos

La elección entre transformadores sumergidos en aceite y transformadores secos depende de las necesidades específicas de la instalación, considerando sus respectivas ventajas y desventajas.

Ventajas de los Transformadores Sumergidos en Aceite

• Menor coste unitario: Su precio actual es aproximadamente la mitad que el de un transformador seco de la misma potencia y tensión.
• Menor nivel de ruido operativo.
• Menores pérdidas en vacío, lo que contribuye a una mayor eficiencia.
• Mejor control de funcionamiento gracias a las propiedades térmicas del aceite.
• Pueden instalarse a la intemperie sin requerir protección adicional.
• Buen funcionamiento en atmósferas contaminadas.
• Mayor resistencia a las sobretensiones y a las sobrecargas prolongadas.
• Se construyen para una gama mucho más amplia de potencias y tensiones.

Desventajas de los Transformadores Sumergidos en Aceite

• La temperatura de inflamación del aceite es relativamente baja, lo que implica un riesgo de incendio elevado con posible desprendimiento de gases.

5. Objeto de los Transformadores de Medida (TT y TI)

Los transformadores de medida, que incluyen los transformadores de tensión (TT) y los transformadores de intensidad (TI), tienen como objetivo principal:

Permitir la alimentación de aparatos de medida, contaje y protección con tensiones y corrientes suficientemente reducidas. Esto facilita su aplicación a dichos equipos y asegura que el potencial a masa o entre fases tenga un valor no peligroso, tanto para el aislamiento de los aparatos como para la seguridad del personal.

7. Tipos y Disposición de los Centros de Transformación (CT)

Los Centros de Transformación (CT) se clasifican según su disposición y tipo de envolvente, adaptándose a diversas necesidades de instalación y entorno.

Centros de Transformación Aéreos y de Superficie

• CT sobre apoyo: Utilizados en redes aéreas de Baja Tensión (B.T.), normalmente con transformadores Yzn11 hasta 160 kVA (aunque las compañías suelen limitar a 100 kVA). Se instalan sobre apoyos de hormigón vibrado hueco (HVH) o metálicos de celosía (normalmente C-2000). Los elementos de seccionamiento se ubican en el apoyo anterior.
• Centros de Transformación de superficie: Instalaciones a nivel del suelo.

Centros de Transformación con Envolvente de Hormigón

• CT con envolvente de hormigón y maniobra interior: Si el CT es de abonado, se requiere una segunda puerta de acceso a la parte del abonado. Compañías como IBERDROLA suelen tener acceso directo desde la vía pública a su sección.
• CT con envolvente de hormigón y maniobra exterior: Incorpora un conjunto integrado de Media Tensión (M.T.) con elementos sumergidos en el dieléctrico. Posee una envolvente común para todas las partes, pero con dos secciones diferenciadas para M.T. y B.T.

Centros de Transformación Compactos y Prefabricados

• CT con envolvente de intemperie compacto: Una alternativa al CT sobre apoyo, apto para potencias de hasta 250 kVA.
• CT prefabricado integrado de exterior: Diseñado para potencias de 250, 400 o 630 kVA, utilizando aceite mineral como dieléctrico. Se instala a nivel de calle y permite la maniobra desde el exterior.

Centros de Transformación Subterráneos

• CT subterráneos de maniobra interior: La disposición de las rejillas de ventilación (horizontales o verticales) dependerá de la posibilidad de inundación del centro de transformación.
• CT subterráneos de maniobra interior sin cubierta durante la maniobra: Diseñados para alojar conjuntos compactos, integrados o convencionales (preferentemente compactos o integrados) con uno o dos transformadores. Permiten ventilación horizontal o vertical.

Centros de Transformación para Otros Usos

• CT de otros usos: Ubicados en edificios destinados a otras funciones, a nivel de planta baja o sótano (esta última situación es común para CT de compañía). La separación física entre la parte de la compañía y la del abonado, así como la disposición del cuadro de B.T., dependerá de la titularidad (propiedad particular o de compañía).

10. Componentes Esenciales de un Centro de Transformación (CT)

Un Centro de Transformación (CT) se compone fundamentalmente de los siguientes elementos:

• Celdas de línea y protección.
• Uno o más transformadores de potencia.
• Un cuadro de salida de Baja Tensión (B.T.) o un interruptor general de B.T.

Existen diversas soluciones para la configuración de estos equipos, optimizando el espacio y la funcionalidad:

Configuraciones de CT

• Celdas compactas o independientes y transformador: Esta disposición implica el uso de una celda única que integra las funciones de seccionamiento y protección, a la cual se conecta el transformador mediante cables secos. Alternativamente, se pueden emplear celdas individuales interconectadas entre sí y al transformador, también con cables secos.
• Conjuntos compactos: Para optimizar el espacio, es posible integrar las celdas, el transformador y el cuadro de B.T. en un único equipo.
• Conjuntos integrados: Un conjunto integrado se define como un equipo que abarca el transformador, la aparamenta de Media Tensión (M.T.) y Baja Tensión (B.T.), las conexiones y el equipo auxiliar. Todos estos componentes están situados sobre un soporte único, diseñados para suministrar energía en B.T. desde un sistema de M.T. Se ensambla, transporta e instala como un producto unitario, con una envolvente común que contiene el dieléctrico.

11. Ventilación en Centros de Transformación (CT)

El aumento de la temperatura del aire en el local de un CT, provocado por las pérdidas del transformador, hace indispensable la renovación constante del aire. Esta renovación puede realizarse mediante dos métodos principales:

Métodos de Ventilación

• Ventilación natural (por convección): Es el método preferible siempre que sea posible. Se logra mediante la disposición de aberturas en la parte inferior y superior del local, permitiendo la circulación natural del aire caliente ascendente.
• Ventilación forzada (con extractor): Se emplea cuando la ventilación natural no es suficiente o viable. Consiste en el uso de extractores mecánicos para asegurar el flujo de aire necesario.

Factores que Determinan el Volumen de Aire a Renovar

El volumen de aire que debe renovarse en un CT es función de los siguientes parámetros:

• Las pérdidas totales generadas por el transformador o transformadores instalados en el CT.
• La diferencia de temperaturas entre el aire de entrada y el de salida. La diferencia máxima admisible suele oscilar entre 15°C y 20°C.
• La diferencia de altura entre la abertura inferior (o la mitad del transformador) y la abertura superior de salida de aire o la ubicación del extractor.

12. Funciones de los Aparatos de Maniobra en Media Tensión (M.T.)

Los aparatos de maniobra en Media Tensión son componentes críticos para la operación segura y eficiente de las redes eléctricas. Cada uno cumple una función específica:

Tipos de Aparatos de Maniobra

Seccionador:

En posición abierta, asegura una distancia de aislamiento visible que impide la formación de arco eléctrico. Puede abrir o cerrar un circuito interrumpiendo el paso de corriente siempre que esta sea, como máximo, de 0.5 A (prácticamente en vacío). Solo debe ser maniobrado en ausencia de carga (en vacío).

Seccionador de puesta a tierra:

Se utiliza para conectar a tierra una parte de un circuito. Está diseñado para soportar, durante un tiempo especificado, corrientes de cortocircuito, pero no para interrumpir o soportar corrientes en condiciones normales de operación.

Interruptor-Seccionador:

Es capaz de establecer, soportar e interrumpir intensidades en condiciones normales de servicio. Además, puede soportar, durante un tiempo especificado, intensidades en condiciones de cortocircuito. Cuando se le acopla un fusible percutor, al fundirse este, el percutor «salta» y activa el interruptor-seccionador. A estos conjuntos se les conoce como «ruptofusibles».

Interruptor Automático:

También conocido como disyuntor, es un dispositivo capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes tanto en condiciones normales como anormales (ej. cortocircuitos, sobrecargas). Siempre se conecta un seccionador en serie con el interruptor automático, ya que este último no proporciona una distancia de seccionamiento visible.

14. Clasificación de los Transformadores de Tensión (TT)

Los Transformadores de Tensión (TT) se clasifican en función de su aplicación principal en el sistema eléctrico:

• Transformadores de Tensión para Medida: Destinados a alimentar instrumentos de medida (voltímetros, frecuencímetros), contadores de energía activa y reactiva, y otros aparatos análogos que requieren una señal de tensión reducida y precisa.
• Transformadores de Tensión para Protección: Su función es alimentar relés de protección, proporcionando una señal de tensión proporcional a la del sistema para detectar condiciones anormales y activar las protecciones correspondientes.

15. Características Técnicas de los Transformadores de Tensión (TT)

Los Transformadores de Tensión (TT) poseen características técnicas que definen su rendimiento y aplicación:

Características Comunes de los TT

• Tensión primaria nominal.
• Tensión secundaria nominal.
• Relación de transformación nominal.
• Frecuencia nominal.
• Factor de tensión nominal.
• Nivel de aislamiento nominal.
• Potencia de precisión (carga nominal a la que el TT mantiene su clase de precisión).

Características Específicas de los TT para Medida

• Clase de precisión: También conocida como «Índice de clase», indica el error máximo permitido en la medición.

Características Específicas de los TT para Protección

• Clase de precisión: Se designa por el error máximo admisible de tensión en porcentaje (%), seguido de la letra «P» (ej. 3P, 5P).
• Fenómenos de ferrorresonancia: Consideración importante en el diseño y aplicación, ya que pueden generar sobretensiones peligrosas.

17. Clasificación de los Transformadores de Intensidad (TI)

Los Transformadores de Intensidad (TI) se clasifican según su propósito principal en el sistema eléctrico:

• Transformadores de Intensidad para Medida: Diseñados para alimentar instrumentos de medida (como amperímetros, vatímetros), contadores de energía activa y reactiva, y otros aparatos análogos que requieren una señal de corriente reducida y precisa.
• Transformadores de Intensidad para Protección: Su función es alimentar relés de protección, proporcionando una señal de corriente proporcional a la del sistema para la detección de fallas y la activación de los dispositivos de protección.

18. Características Técnicas de los Transformadores de Intensidad (TI)

Los Transformadores de Intensidad (TI) poseen un conjunto de características que definen su rendimiento y adecuación para diferentes aplicaciones:

Características Comunes de los TI

• Intensidad primaria nominal asignada (I_n).
• Intensidad secundaria nominal.
• Relación de transformación nominal.
• Frecuencia nominal.
• Potencia de precisión (carga nominal a la que el TI mantiene su clase de precisión).
• Intensidad de cortocircuito asignada.
• Intensidad térmica de cortocircuito asignada (I_th).
• Intensidad dinámica nominal.
• Intensidad térmica permanente asignada.
• Nivel de aislamiento.

Características Específicas de los TI para Medida

Estos TI se utilizan para alimentar aparatos de medida, contaje y equipos análogos.

• Intensidad primaria límite asignada (IPL): Es la intensidad primaria mínima para la cual el error compuesto es igual o superior al 10%, con la carga secundaria igual a la carga de precisión del TI.
• Factor de seguridad (FS): Es la relación entre la intensidad primaria límite asignada (IPL) y la intensidad nominal primaria.
• Clase de precisión: También denominada «Índice de clase», indica el error máximo permitido en la medición.

Características Específicas de los TI para Protección

Estos TI se emplean para alimentar relés de vigilancia y protección del valor de la corriente y su ángulo, como los relés de protección contra sobreintensidades.

• Intensidad límite de precisión asignada: Es el valor más elevado de la intensidad primaria para el cual el TI no sobrepasa el límite del error compuesto que le ha sido asignado.
• Factor límite de precisión: Es la relación entre la intensidad límite de precisión asignada y la intensidad nominal primaria.
• Clase de precisión: Define la exactitud del transformador en condiciones de falla.

19. Precauciones Esenciales al Operar con Transformadores de Intensidad (TI)

Es fundamental nunca dejar abierto el secundario de un Transformador de Intensidad (TI) mientras el primario está energizado. Esta situación puede provocar consecuencias graves:

• Al no circular corriente por el secundario, no se generan amperios-vuelta de reacción que contrarresten los amperios-vuelta primarios. Esto provoca un incremento drástico de la inducción magnética en el núcleo y, consecuentemente, un aumento peligroso de la fuerza electromotriz (f.e.m.) secundaria, generando una alta tensión que representa un riesgo significativo para las personas y el aislamiento del equipo.
• El aumento de la inducción magnética incrementa exponencialmente las pérdidas por histéresis y por corrientes de Foucault en el núcleo. Esto puede causar un sobrecalentamiento severo que, en última instancia, puede destruir el transformador.

20. Características Comunes de la Aparamenta de Alta Tensión (AT)

La aparamenta de Alta Tensión (AT) se rige por una serie de especificaciones técnicas que garantizan su correcto funcionamiento y seguridad en la red eléctrica:

Tensión Asignada:

Indica el límite superior de la tensión más elevada de la red para la cual está diseñada la aparamenta. Valores normales de tensión asignada (en kV) incluyen: 3.6, 7.2, 12, 17.5, 24, 36, 52 y 72.5.

Nivel de Aislamiento Asignado:

El nivel de aislamiento de un aparato de conexión se selecciona de valores estandarizados, conformes con normativas como las tablas 1 y 2 de MIE-RAT 12 del RCE. Los valores de tensión soportada corresponden a las condiciones atmosféricas normales de referencia (temperatura, presión, humedad).

Frecuencia:

El valor normal de la frecuencia asignada para aparatos de conexión tripolares es de 50 Hz.

Intensidad Asignada en Servicio Continuo:

Es el valor eficaz de la corriente que un aparato de conexión es capaz de soportar indefinidamente bajo las condiciones prescritas de empleo y funcionamiento. Valores normales (en A) son: 200, 400, 630, 800, 1250, 1600, 2000, 2500, 3150, 4000, 5000 y 6300.

Intensidad Admisible Asignada de Corta Duración (I_k):

Es el valor eficaz de la corriente que un aparato mecánico de conexión puede soportar en posición de cierre durante un corto periodo especificado y bajo las condiciones prescritas de empleo y funcionamiento. Valores normales (en kA) son: 6, 3, 8, 10, 12.5, 16, 20, 25, 31.5, 40, 50, 63, 80 y 100.

Valor de Cresta de la Intensidad Admisible Asignada (I_p):

Es el valor de cresta de la primera onda grande de la corriente de corta duración admisible que un aparato mecánico de conexión puede soportar. El valor normal de cresta de la intensidad admisible es igual a 2.5 veces el valor de la intensidad de corta duración admisible (I_p = 2.5 * I_k).

Duración de Cortocircuito Asignada:

Es el intervalo de tiempo durante el cual un aparato mecánico de conexión puede soportar, en posición de cierre, la intensidad asignada de corta duración admisible. El valor normal es de 1 segundo. Si se requiere un valor superior, se recomienda 3 segundos.

22. Protecciones Internas de Transformadores de Media Tensión (MT)

La protección de los transformadores de Media Tensión es crucial para prevenir daños por sobrecargas, cortocircuitos y sobretensiones, que pueden generar pérdidas y un aumento peligroso de la temperatura interna del equipo.

Protecciones Según el Tipo de Transformador

Transformadores de Aceite o Silicona con Llenado Integral

• Termómetro de dos contactos: Detecta la temperatura en la capa superior de la cuba del transformador. Aunque no es extremadamente sensible, ofrece dos niveles de actuación regulables: el primero emite una señal de aviso, y el segundo, al alcanzar una temperatura más elevada, provoca la desconexión del transformador.
• Relé de detección de gases, presión y temperatura: Una protección más sofisticada, recomendada para transformadores de llenado integral de hasta 1000 kVA. Sus funciones de protección incluyen:
  • Detección de emisión de gases del líquido dieléctrico.
  • Detección de un descenso accidental del nivel del dieléctrico.
  • Detección de un aumento excesivo de la presión interna.
  • Lectura continua de la temperatura del líquido dieléctrico.
  • Visualización del nivel del líquido en 360°.
  Se aconseja su instalación de fábrica para transformadores superiores a 630 kVA.

Transformadores con Depósito de Expansión

• Relé Buchholz: En transformadores de gran tamaño, los métodos anteriores no son tan eficientes, ya que la temperatura en la parte superior de la cuba representa solo un promedio. Un cortocircuito entre espiras del devanado, por ejemplo, causaría un calentamiento excesivo localizado que solo el relé Buchholz puede detectar. Además, este relé permite comprobar la composición de las partículas de gas (mediante un accesorio), lo que ayuda a identificar la naturaleza de la avería. El relé Buchholz opera con dos niveles de actuación, según la intensidad de la formación de gases:
  • Nivel de alarma para formación lenta de gases.
  • Nivel de disparo para formación brusca de gases.
  También es capaz de detectar un descenso en el nivel del dieléctrico.

Transformadores Secos

• Sondas PTC (Coeficiente de Temperatura Positivo): Son termistores con un coeficiente de temperatura positivo, montados en serie. Un primer conjunto se configura para la alarma 1 a 140°C, y un segundo para la alarma 2 a 150°C. Estas sondas presentan un cambio abrupto en su valor de resistencia a partir de un umbral de temperatura. Se instalan en la parte activa del transformador (una sonda para alarma 1 y otra para alarma 2 por fase), dentro de un tubo que facilita su sustitución.
• Sondas PT100: Permiten obtener información en tiempo real sobre las temperaturas en los devanados, en un rango de 0°C a 200°C. La información de estas sondas puede visualizarse en termómetros digitales. Al igual que las sondas PTC, las PT100 también disponen de alarma 1 y alarma 2. La primera avisa mediante un LED al alcanzar los 140°C, y la segunda provoca la apertura del circuito al llegar a los 150°C. Un tercer circuito adicional controla el fallo de las sondas o el corte de alimentación eléctrica.

6. Constitución de los Transformadores de Tensión (TT) y Transformadores de Intensidad (TI)

Los modelos actuales de Transformadores de Tensión (TT) y Transformadores de Intensidad (TI) son predominantemente monofásicos. Su constitución varía según el tipo de instalación:

Modelos para Instalación Interior (Media Tensión)

Estos transformadores utilizan aislamiento sólido de resina epoxi termoendurecible. Forman un cuerpo moldeado de esta resina que encapsula en su interior el núcleo magnético y los arrollamientos primario y secundario, proporcionando una excelente protección y aislamiento.

Modelos para Instalación a la Intemperie

Para instalaciones exteriores, los modelos pueden ser de dos tipos:

• Aislamiento en baño de aceite: Con aisladores de porcelana para la conexión externa.
• Aislamiento sólido de resina epoxi: Similar a los de interior, pero con una envolvente (caja) metálica diseñada para resistir las condiciones de intemperie y aisladores con envolvente exterior de porcelana para la conexión a la red.

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