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EQUIPAMIENTO CON NUEVAS TECNOLOGAS

NDICE

1. Introduccin 1

2. Objetivos 1

3. Contenido 1

3.1. Transformador 2

3.2. Criterios para la seleccin del transformador 2

3.2.1. Potencia del transformador 2

3.2.1.1. Costo de inversin 3

3.2.1.2. Costo de energia 3

3.2.1.3. Confiabilidad 3

3.2.1.4. Regulacin de tensin 3

3.2.1.5. Grupo de conexin 4

3.3. Tipos constructivos 5

3.3.1. Transformadores en bao de aceite 5

3.3.2. Transformadores secos 5

3.4. Normas de aplicacin 9

3.5. Accesorios de funcionamiento 9

3.5.1. Termmetro con contactos elctricos 9

3.5.2. Controlador elctronico de temperatura 9

3.6. Especificaciones necesarias 10

3.6.1. Potencia nominal 10

3.6.2. Condiciones ambientales de instalacin 10

3.6.3. Caractersticas elctricas del sistema 10

3.6.4. Grupo de conexin 10

3.7. Ventajas frente a los transformadores en bao de aceite 11

3.8. Sistema de ventilacin 13

4. Celdas de media tensin 16

4.1. Definicin 16

4.1.1. Mampostera 16

4.1.2. Prefabricadas o modulares 16

4.2. Clasificacin 18

4.2.1. Metalenclosed 18

Equipamiento con nuevas tecnologas

4.3. Especificaciones 22

4.4. Metalclad 23

4.5. Celdas a prueba de arco interno 26

4.6. Obras civiles para diseo 27

4.7. Configuraciones de celdas compactas 29

4.7.1. Subestacin con un transformador de potencia 29

4.7.2. Subestacin con dos transformadores de potencia 31

5. Resumen 33

6. Mapa conceptual 34

7. Prueba de autocomprobacin 35

8. Respuestas a la prueba de autocomprobacin 35

9. Glosario 36

10. Bibliografia 37


EQUIPAMIENTO CON NUEVAS TECNOLOGAS

1. INTRODUCCIN

Las subestaciones de distribucin generalmente estn en el centro de la carga que atendern. En algunas edificaciones el espacio es muy valioso, por lo que debe de ser bien aprovechado, para eso es necesario hacer los diseos con equipos que permitan reducir el espacio necesario por una subestacin convencional, y que cumplan con las normas vigentes relativas a la seguridad y proteccin del medio ambiente.

Se tratar de implementar las subestaciones con equipos compactos (celdas compactas modulares) y transformadores secos, que por norma deben implementarse en lugares de pblica concurrencia (centros comerciales, edificios de oficinas, hospitales, etc.).

2. OBJETIVOS

En esta unidad el participante debe lograr los siguientes objetivos:

Conocer los criterios para seleccionar un transformador.

Identificar las ventajas y desventajas de un transformador en aceite y un transformador tipo seco.

Conocer las celdas compactas de media tensin, caractersticas y dnde se utilizan mayormente.

3. CONTENIDO

En la actualidad existe una gran demanda de energa elctrica por el constante crecimiento y la evolucin de las empresas, centros comerciales, centros empresariales, hospitales y aeropuertos; como consecuencia, se produce la necesidad de fabricar transformadores de distribucin que tengan como caractersticas principales:

Alto grado de seguridad,

Eficientes,

Optimizacin de espacio,

Bajo costo de instalacin y mantenimiento,

Evitar daos al medio ambiente.

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Estas son algunas de las caractersticas con las que cumplen los transformadores tipo seco encapsulados en resina epxica.

3.1. Transformador

Es una maquina elctrica esttica, que se encarga por medio de una transferencia electromagntica convertir una energa elctrica de entrada a un nivel de tensin y corriente, a otro nivel de tensin.

La energa se transfiere de un circuito (bobinado primario) a otro circuito (bobinado secundario) sin que exista una conexin fsica.

El primario se le llama as a la bobina que recibe la energa elctrica, para nuestro caso es el lado de media tensin.

El bobinado secundario o bobina de salida es el devanado donde se conecta la carga, lado de baja tensin.

Figura 1: Transformador elemental.

3.2. Criterios para la seleccin del transformador

Para seleccionar las caractersticas tcnicas de un transformador de distribucin es necesario tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

3.2.1. Potencia del transformador

La potencia se expresa en potencia aparente S (en kVA o MVA). Es conveniente elegir la potencia del transformador, de forma que trabajen en un rango del orden entre 65% y 75% de su potencia nominal. Con esto se reducen las prdidas notablemente, su rgimen de temperatura es ms bajo y contamos con una reserva para eventuales aumentos de carga.

Para determinar la potencia de un transformador en una subestacin se debe realizar un anlisis tcnico econmico, considerando los siguientes puntos:

N1N2

I2

V2I1

V1

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3.2.1.1. Costo de inversin

Est dado por el nmero de transformadores, ya que al instalar un nuevo transformador es necesario el equipamiento correspondiente a cada uno, con equipos de maniobra, proteccin y control en media y baja tensin.

Cuando se proyecta instalar 2, 3 o ms transformadores no es necesario instalarlos todos al mismo tiempo, sino se van instalando uno a uno despus de aos, cuando lo requiera la carga.

Tener en cuenta que instalar un transformador de potencia P, es ms econmico que instalar varios transformadores que al final equivalen a la potencia P.

3.2.1.2. Costo de energia

Hay que considerar el costo de la energa debido a las prdidas en el ncleo (prdidas fijas desde que se energiza el transformador) y prdidas en el cobre (prdidas variables que dependen de la carga del transformador).

Figura 2: Costo de la energa.

3.2.1.3. Confiabilidad

Tener en cuenta los factores operativos y de confiabilidad, es decir, que una instalacin con 2 o 3 transformadores es ms confiable que uno solo, debido a que si se malogra uno de ellos parte de la carga puede ser alimentada por el otro transformador.

3.2.1.4. Regulacin de tensin

Para conseguir que la tensin de suministro a la carga no vare fuera de ciertos lmites, es necesario regular la tensin cambiando el nmero de espiras del arrollamiento del lado de alta tensin (primario).

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Pueden ser de 2 tipos, regulacin en vaco y bajo carga.

La regulacin en vaco es la ms usada en subestaciones de distribucin, por ser ms econmica, con el problema de sacar fuera de servicio el transformador mientras se vara el tap del regulador de tensin.

En transformadores de gran capacidad s son necesarios los reguladores de tensin bajo carga.

Estos conmutadores se actan en muy pocas ocasiones a lo largo de la vida del transformador.

3.2.1.5. Grupo de conexin

Para seleccionar el tipo de conexin es necesario analizar las ventajas y desventajas de cada uno:

Tabla 1: Grupos de conexin ms usados.

Triangulo - Triangulo No hay problema con los armnicos ni con las cargas desbalanceadas.

Se usa en sistemas cuyas tensiones no son muy elevadas, para mantener la continuidad de servicio.

Estrella - Estrella Se emplea en sistemas de elevadas tensiones.

Las cargas desbalanceadas provo-can desbalances de tensin, la solu-cin es aterrizar el neutro de la nedia tensin.

Tiene problemas con los terceros armnicos, sera necesario instalar un devanado terciario en delta para compensar los armnicos.

Triangulo - Estrella Admite desiquilibrios de carga, no presenta traslados del neutro.

No genera terceros armnicos. Para sistemas cuya carga es de dos

tensiones uno para fuerza (400 V) y otro para carga normal (230 V).

Estrella - Triangulo Es la ms estable bajo carga desba-lanceada.

Se usa en sistemas de potencia para reducir tensiones.

Considere si se va a poner en paralelo con unidades existentes y la forma de conexin a tierra del sistema.

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3.3. Tipos constructivos

Para subestaciones de distribucin, los tipos constructivos son:

Transformadores en bao de aceite.

Transformadores de aislamiento slido transformadores secos.

3.3.1. Transformadores en bao de aceite

Son utilizados en mayor medida por las empresas de distribucin elctrica. El aislamiento que utilizan es el aceite mineral.

Figura 3: Transformador trifsico en bao de aceite (vista externa).

3.3.2. Transformadores secos

Este tipo de transformadores, no utiliza el aceite como aislante, por lo que es ms accesible su instalacin cerca de las cargas, ya que no requiere obras civiles ni pozos de sumidero para el derrame de aceites, al instalarlo cerca de la carga nos permite reducir el tramo del alimentador principal de baja tensin, reduciendo costos y perdidas de energa al paso de la corriente.

La norma recomienda la utilizacin de estos equipos en lugares de pblica concurrencia, debido a:

La baja inflamabilidad,

Baja emisin de humos txicos en caso de incendios.

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Figura 4: Transformadores trifsicos secos (vista externa).

a) Caractersticas de diseo

En los transformadores secos las bobinas ya sea de cobre o de aluminio (mayormente) estn encapsuladas dentro de una resina termoendurecible (resina epoxi), llenado al vaco con aditivos para darle dureza y flexibilidad.

Figura 5: Bobina de aluminio (izquierda) y ncleo magntico (derecha).

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b) Clasificacin

A los transformadores secos, adems de los ensayos dielctricos habituales que se realizan a los transformadores en bao de aceite, las normas europeas como la HD 464-S1, definen nuevos ensayos destinados a probar la capacidad de resistencia a 3 tipos de agresiones:

Figura 6: Clasificacin de los transformadores secos: mediambientales, climticos y fuego.

A cada categora corresponden varios niveles de eficacia. La norma HD 538.1-S1 impone los siguientes niveles mnimos. Medioambiental E0, Climtico C1 y Fuego F1.

COMPORTAMIENTO CON RESPECTO AL FUEGO F

Nos define el comportamiento del transformador con respecto al riesgo de incendio, para resguardar la seguridad de las personas y de los bienes adyacentes a la subestacin.

La norma lo clasifica en:

Clase F0 = Para esta clasificacin el equipo no estar con riesgo de incendio.

Clase F1 = En esta clasificacin puede existir riesgo de incendio, por lo que al transformador se le exige una autoextincion del fuego en 60 minutos despus de empezar el ensayo. La emisin de gases halgenos y emisin de sustancias toxicas para el ser humano deber reducirse al mnimo.

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Figura 7: Prueba en un transformador seco para clasificacin con respecto al fuego.

Clase F2 = Esta clasificacin es superior a la clase F1 y tambin el transformador debe seguir en funcionamiento por un periodo determinado entre el fabricante y el cliente, esto quiere decir que el trasformador debe funcionar durante un tiempo ante un fuego externo.

Figura 8: Transformador clase F2.

CLASIFICACION CLIMTICO C

Esta clasificacin nos da la temperatura ambiente al cual el equipo puede estar expuesto, as como tambin a las variaciones de temperatura producidas por las sobrecargas al equipo.

Clase C1 = El equipo puede funcionar en subestaciones interiores a una temperatura mnima de ambiente de -5C, temperatura ambiente mnima para transporte y almacenaje de -25C.

Clase C2 = El equipo puede funcionar, almacenarse y transportarse hasta una temperatura ambiente de -25C, y puede ser instalado exteriormente.

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CLASIFICACION MEDIOAMBIENTAL E

Esta clasificacin nos da el comportamiento del transformador frente a la humedad y condensacin del ambiente circundante al equipo.

Clase E0: El equipo se instalara en un ambiente limpio sin humedad (seco), no polucin ni condensacin.

Clase E1: En el ambiente hay poca condensacin y la contaminacin es limitada.

Clase E2: El transformador se instalara en un ambiente con frecuente contaminacin y la condensacin es elevada.

Lo mnimo que se requiere segn lo requerido en el mercado nacional es un transformador tipo seco de clase E2 C2 F1.

3.4. Normas de aplicacin

IEC 60076-11 Dry-type transformers.

IEC 60076-12 Loading guide for dry-type power transformers.

3.5. Accesorios de funcionamiento

3.5.1. Termmetro con contactos elctricos

La medicin de la temperatura tiene lugar con una sonda.

En el termmetro analgico se visualiza la temperatura y permite controlar a distancia mediante dos contactos elctricos (NA o NC).

Prealarma: 140 C

Desconexin: 150 C

Para la clase de aislamiento F, la mxima temperatura de operacin es de 150 C.

3.5.2. Controlador elctronico de temperatura

El transformador internamente tiene instalado tres sondas de temperatura tipo PT100 en cada una de las bobinas, en el controlador de temperatura se puede visualizar y configurar para que sus contactos cambien de posicin segn lo requerido.

Prealarma: 140 C

Desconexin: 150 C

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3.6. Especificaciones necesarias

3.6.1. Potencia nominal

Expresada en kVA, estas potencias son normalizadas y deben calcularse segn la mxima demanda de la instalacin y su reserva para futuras ampliaciones.

Tabla 2: Potencia de los transformadores en kVA

Potencia de transformadores en kVA100 160 250 315 400 500 600 800 1000 1250 1600 2000 2500

3.6.2. Condiciones ambientales de instalacin

Altura sobre el nivel del marHumedad relativaTemperatura ambiente mxima:Temperatura ambiente mnima:Temperatura ambiente promedio:

3.6.3. Caractersticas elctricas del sistema

Tensin nominal primariaTensin nominal secundariaFrecuencia 60 HzRegulacin de tensin % +/- 2x 2,5%Factor de potencia 0,9Servicio Continuo

3.6.4. Grupo de conexin

Depende de la concesionaria donde se va a solicitar energa:

Ejemplo:

Si la red de MT es de 10 kV (inicial) y va a pasar a 22,9 kV (futuro), el grupo de conexin del transformador sera:

Dyn5 (inicial 10 kV)

Yyn6 (futuro 22,9 kV)

Si la red de MT es de 10 kV (inicial) y va a pasar a 20,0 kV (futuro), el grupo de conexin del transformador sera:

Dyn5 (inicial 10 kV)

Dyn0 (futuro 20,0 kV)

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El diseador puede optar por otros ndices de conexin o forma cmo se conecta el secundario, es importante respetar la conexin del lado primario, verificar que el concesionario acepte el tipo de conexin.

3.7. Ventajas frente a los transformadores en bao de aceite

Los que menos espacio necesitan.

Los que menos trabajo de ingeniera civil precisan.

No requieren caractersticas de seguridad especiales (deteccin de incendios).

Exentos de mantenimiento.

Una vida til de los transformadores ms larga gracias a un bajo

Alta resistencia a los cortocircuitos. envejecimiento trmico.

Puede instalarse cerca del lugar de consumo reduciendo las prdidas de carga.

Son seguros y respetan el medio ambiente.

Sin riesgo de fugas de sustancias inflamables o contaminantes.

Fabricacin segura para el medio ambiente (sistema cerrado).

Apropiados para zonas hmedas o contaminadas.

Sin peligro de incendio.

Los transformadores son incombustibles.

Gran capacidad para soportar sobrecargas.

Buen comportamiento ante fenmenos ssmicos.

Capaces de soportar las condiciones ms duras de balanceo y vibraciones.

Impactos medioambientales mnimos.

Alto reciclado (90%).

Tabla 3: Caractersticas en transformadores secos.

Potencia(kVA)

Clase(kV)

Pfe(W)

Pcu(W)

Vcc(%)

Ruido(dB)

A(mm)

B(mm)

C(mm)

D(mm)

Peso(kg)

100 1224420460

18801960 6 59 1120 670 1100 520

510550

160 1224580650

25502700 6 62

12301230 670 1150 520

720760

200 1224700750

29003100 6 64

12301270 670 1200 520

840880

250 1224800880

34003300 6 65

12301300 670 1300 520

9701020

315 1224950

100041004100 6 67

13001330 820 1300 670

11001160

400 122411501200

48504800 6 68

13301380 820 1400 670

12901360

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500 122413001400

57006000 6 69

13801410 820 1500 670

15301610

630 122414501600

67006900 6 70

14101460 820 1550 670

17601850

800 122417502000

83008300 6 72

14601530 1000 1650 820

20802190

1000 12 2000 8800 6 73 1530 1000 1750 820 248024 2300 9600 1620 2610

1250 122424002700

1120011500 6 75

15301640 1000 1850 820

28703020

1600 122428003000

1270014000 6.5 76

16401700 1000 2150 820

33503530

2000 122434003650

1600016500 6.5 78

17001790 1300 2200 1070

39504610

2500 122443004800

1800020000 7 79

20002060 1300 2250

1070 47004950

3150 122454005600

2290023500 7 80

20602150 1300 2450 1070

56405940

4000 122468007000

2600027000 7.5 82

22002260 1350 2500 1070

77008100

5000 122475008100

2900030000 8 83

23502380 1500 2680 120

960010100

DB

C

|DA

Figura 9: Vistas de un transformador seco.

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3.8. Sistema de ventilacin

El objetivo de la ventilacin en una subestacin, es evacuar el calor producido por los transformadores, debido a las prdidas en el ncleo y los arrollamientos.

La renovacin del aire puede hacerse por:

Ventilacin natural por conveccin

Preferible, si es posible, dependiendo de las aberturas de entrada y salida de aire de la subestacin; por conveccin se obtiene una renovacin permanente de aire.

La ventilacin forzada con extractor es necesaria cuando la subestacin est ubicada en lugares donde la circulacin del aire es escasa (stanos, lugares cerrados, etc.).

El volumen de aire a renovar depende de:

Las prdidas totales del transformador (ncleo y devanado). La diferencia de temperatura del aire a la entrada y salida de la subestacin, la mxima admitida es 20 C, recomendable 15 C.

La diferencia de alturas entre el plano medio de la ventana inferior de ingreso de aire o del plano medio del transformador y el plano medio de la ventana superior.

El volumen necesario por segundo para absorber las prdidas del transformador o de los transformadores es:

Pt : prdidas totales del transformador en kW.

te-ts : aumento de temperatura admitido en el aire (15 C recomendado).

Algunas consideraciones a tomar en cuenta para la instalacin de los transformadores secos:

El espacio necesario para un adecuado diseo de la subestacin.

Los transformadores deben tener un mnimo espacio de separacin entre ellos o con las paredes para el ingreso a su respectiva ventilacin y mantenimiento, mnimo 0,45 m.

Es preferible usar ventilacin natural para la subestacin, en caso contrario, calcule el caudal de aire necesario para la instalacin de ventiladores y/o extractores o ambos de ser necesario. El ingreso de aire es por la parte inferior del equipo y la salida del aire caliente, por la parte superior.

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H

Entrada deAire

Salida de aire

Entrada deAire

Salida de aire

Figura 10: Dos formas de ventilacin.

El ventanas tamao de las de ventilacin aproximado:

Donde:

Pt = Prdidas totales del transformador [kW]

q = rea de la ventana inferior [m2]

q= rea de la ventana superior [m2]

H = diferencia de alturas entre el plano medio de la ventana inferior o del plano medio del transformador y la ventana superior de ventilacin [m].

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Una ventilacin correcta en la sala del transformador asegurar la vida til esperada y una operacin estable, sea en rgimen continuo o bajo sobrecargas

momentneas.

Ejemplo:

Determine las dimensiones de la superficie de las ventanas de ventilacin y el flujo de aire necesario para un transformador tipo seco de 800 kVA; 10 - 22,9/0,40; Dyn5 - Yyn6; u% = 6.

Asumir que la distancia H = 1,5 m

De los datos de la tabla las prdidas totales es la suma de prdidas en el ncleo y prdidas en el fierro.

Utilizando la frmula:

Superficie inferior:

Superficie superior:

El volumen de aire de refrigeracin:

Se elegir un extractor de aire cuyo valor de extraccin sea mayor a 43,05 m3/min.

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4. CELDAS DE MEDIA TENSIN

4.1. Definicin

Se denomina celda al conjunto de equipos elctricos de MT conectados entre s que cumplen una funcin (salida, entrada, proteccin de transformador, medida, etc.).

Se pueden clasificar segn el tipo constructivo en:

a) Mampostera.

b) Prefabricadas o modulares.

4.1.1. Mampostera

Los equipos son instalados (montaje) en obra. Primero es necesario realizar una obra civil y luego se realiza el montaje de los equipos.

Figura 11: Mampostera de celdas de media tensin.

4.1.2. PrefabrIcadas o modulares

Son unidades bajo envolventes metlicas equipadas con aparatos de corte y seccionamiento que utilizan el hexafloruro de azufre (SF6) como elemento aislante y de corte de los seccionadores bajo carga, interruptores automticos (aislamiento en vaco o SF6), seccionadores de aislamiento.

Cumplen con las exigencias para la seguridad personal y de los bienes, facilidad de instalacin y mantenimiento.

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Estas celdas son suministradas y montadas en fbrica, las interconexiones entre equipos y cableados no son realizados en obra. El montaje en obra de la subestacin consiste en la interconexin entre celdas mediante unas barras suministradas por el fabricante.

Figura 12: Celdas modulares.

Dimensiones aproximadas:

Ancho: entre 375 mm y 750 mm (depende del tipo de celda).

Altura: 1 600 mm a 2 250 mm (depende del fabricante).

Profundidad: de 870 mm a 1 120 mm (dependiente del fabricante).

Figura 13: Dimensiones de celdas modulares.

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4.2. Clasificacin

Segn el tipo de construccin se pueden clasificar en:

Celdas tipo Metalenclosed.

Celdas tipo Metalclad.

4.2.1. Metalenclosed

Los equipos se encuentran ubicados dentro de un mismo compartimento metlico.

Figura 14: Celdas metalenclosed.

Unidades funcionales

Las unidades ms utilizadas en subestaciones de distribucin son:

Figura 15: Celdas de remonte o transicin.

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Celda de remonte o transicin

Esta celda tambin llamada celda de llegada de cables, solo es para captar la llegada de cables alimentadores y/o interconectar celdas, por ejemplo una celda de interruptor con una celda de salida con seccionador para proteccin de transformador.

En algunos casos en esta celda se instalan los transformadores de instrumentos (transformadores de tensin y corriente).

Figura 15: Interior de una celda de remonte o transicin.

Celda de proteccin con interruptor de potencia

Esta celda se usa como proteccin principal, de llegada de la subestacin o para proteccin de equipos de gran importancia.

Est compuesta por:

01 cubculo metlico de 0,75 m de ancho

01 interruptor de potencia, normalmente de aislamiento en vaco.

01 seccionador de 03 posiciones con puesta a tierra.

03 pilotos detectores de tensin capacitivos, que nos indica la presencia de tensin en la red de media tensin.

Transformadores de corriente para proteccin y/o medicin.

01 rel de proteccin con las funciones 50/51 y 50N/51N.

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Figura 16: Cubculo de proteccin.

Celda de proteccin con seccionador de potencia y fusibles

Celda para proteccin del transformador de potencias menores a 1000 kVA, o tambin proteccin de lneas alimentadoras a otras subestaciones.

Est compuesta por:

01 cubculo metlico de 0,375 m de ancho

01 seccionador de potencia de tres posiciones en aislamiento encapsulado en SF6

01 enclavamiento de puesta a tierra


03 fusibles segn el amperaje y tensin del sistema, tipo CEF para uso interior.

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Figura 17: Detalles internos del cubculo de proteccin.

Normalmente usada para proteger transformadores y como celda de llegada para potencias menores a 1 MW o lo que permita la concesionaria.

Celda de celda servicios auxiliares (SS/AA)

El conjunto total de celdas podr eventualmente considerar las posiciones para la conexin de los transformadores para medida (tensin y corriente).

Est compuesta por:

01 cubculo metlico de dimensin variable, segn el equipamiento que albergara.

01 seccionador de potencia con /sin fusibles (depende del equipo que alimentara).

01 enclavamiento de puesta a tierra, si fuera necesario.


Esta celda es utilizada para medicin, por lo que los transformadores de corriente y de tensin debern ser de resina epxica, a la tensin requerida por el sistema.

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Figura 18: Detalles internos del cubculo de celda de servicios auxiliares.

4.3. Especificaciones

Valor de la corriente nominal: 630 A 800 A 1200 A.

Valor de la tensin mxima de servicio: 7,2 12 17,5 24 36 kV.

Mxima corriente de cortocircuito: 12,5 16 20 25 kA/1 s

Tipo de celda.

Tensin del ensayo de impulso 1,2/50 s (kVcr) a tierra y entre polos y distancia de aislacin.

Tensin de ensayo a frecuencia industrial 1min (kV), a tierra y entre polos y distancia de aislacin.

Corriente de corta duracin nominal 1 s (kA).

Corriente nominal de barras (A).

Corriente nominal de disyuntor.

Tensin de suministro de dispositivos de cierre y apertura, dispositivos auxiliares (VDC o VAC).

Tensin de suministro para iluminacin y resistencias de calefaccin (normalmente 230 VAC).

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4.4. Metalclad

Tambin llamadas celdas blindadas, est constituida por 4 compartimentos, donde estn ubicados los diferentes equipos. Se pueden dividir en:

1.- Compartimento de barras

2.- Compartimento de maniobra.

3.- Compartimento de baja tensin.

4.- Compartimento de llegada.

1

3

42

Figura 20: Celdas blindadas (metalclad).

Pueden ser de uso interior o exterior.

Al tratarse de celdas blindadas, estas estn divididas en distintos compartimentos separados por paredes metlicas, con objeto de que cualquier defecto que se presente en uno de ellos, no afecte a los otros, consiguiendo as una mayor seguridad en comparacin con las celdas metalenclosed.

BAJA TENSIONBARRAS

MANIOBRA

LLEGADA

Figura 21: Interior de una celda blindada (metalclad).

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Compartimento de maniobra

Es el compartimento donde alberga al elemento de seccionamiento y/p interrupcin, constituido por:

01 interruptor de potencia, o seccionador de potencia.

Debe tener tambin seccionadores de barra o de lnea.

Si la celda cuenta con un interruptor este debe tener 03 posiciones: Desenchufado Prueba - Enchufado

El compartimento, por norma, debe tener mecanismos que impidan tener acceso a las partes con tensin, cuando an no se retira el interruptor.

Figura 22: Compartimiento de maniobra.

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Compartimento de barras

Se encuentran las barras generales, montadas sobre aisladores adecuados para soportar los esfuerzos mecnicos y trmicos durante cortocircuitos o fallas internas.

Figura 23: Compartimiento de barras.

Compartimento de cable TI

Es el compartimento donde llegar el cable alimentador; los elementos bsicos pueden ser:

Seccionador para puesta a tierra.

Detectores de presencia de tensin capacitivas.

Aisladores para soporte de barras.

Soportes para los cables alimentadores.

En algunas aplicaciones, si el espacio es suficiente, se instalan los transformadores de corriente.

Figura 24: Compartimiento de cable.

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Compartimento de baja tensin

En este compartimento estn ubicados los equipos de control y medicin, si hubieran, tales como:

Instrumentos de medida: voltmetros, ampermetros, multifuncin.

Dispositivos de sealizacin: estado abiertocerrado de los interruptores o seccionadores, sealizacin de puesta a tierra del equipamiento, indicadores de tensin, alarmas, etc.

Rels de proteccin.

Figura 25: Compartimiento de baja tensin.

Enclavamientos contra falsas maniobras

Las celdas de media tensin, ya sean metalclad o metalenclosed, las cubiertas o puertas no pueden ser abiertas, a menos que el circuito con tensin contenido en el compartimento, este sin tensin.

Toda maniobra de apertura o cierre de cualquier aparato de la celda, debe realizarse desde el exterior de la misma, con la puerta u otros accesos cerrados.

Liberacin de sobrepresin interna

El arco elctrico provoca en el interior de la celda una sobrepresin del aire o gas. Por este motivo, las celdas con aislamiento de aire tienen puertas para el escape de gases, en servicio normal cerradas, pero se abren ante una sobrepresin. Estas deben situarse de modo que los gases expulsados no incidan sobre las personas que se encuentran cerca, sobre todo, en la parte frontal.

4.5. Celdas a prueba de arco interno

Los tableros de media tensin con resistencia ante arco interno estn equipados con un conducto para la expulsin de gases de escape hacia arriba o hacia abajo.

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Figura 26: Evacuacin de gases por arco elctrico interno.

Compuerta de apertura automtica por sobrepresin

Figura 27: Compuerta de apertura automtica por sobrepresin.

Los gases de escape fluyen al exterior a travs del conducto, siguiendo el recorrido indicado en la figura. En el punto de salida al exterior de los gases, se debe colocar una compuerta de apertura automtica por sobrepresin.

4.6. Obras civiles para diseo

Es muy importante mantener el radio de curvatura (R) que recomienda el fabricante de los cables (entre 10 a 12 veces el dimetro externo del cable). Como se muestra en las figuras siguientes, el uso de los zcalos de elevacin para las celdas, permite respetar dichas recomendaciones, reduciendo al mnimo la profundidad (P) de las canaletas. Los zcalos pueden ser de concreto armado o fabricado en estructura metlica diseado para soportar el peso de las celdas.

Compuerta de apertura automticapor sobrepresin

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R30

R

PN2XSY

N2XSY

Figura 28: Detalle de los zcalos.

Algunos compartimientos tienen un panel de cierre posterior de 100 mm, por lo tanto se debe prever siempre una distancia mnima de la pared posterior de por lo menos 120 mm. Durante la instalacin, se deben respetar las distancias mnimas respecto a las paredes.

Entre el frente del cuadro y la parte opuesta, debe quedar un espacio mnimo de 1,2 m para las operaciones de maniobra (el necesario para que una celda pueda salir sin ninguna complicacin).

120

1 200 mmEspacio de maniobra

La celda debe salir para mantenimiento o

reposicin sin dificultad

Figura 29: Detalle de los zcalos.

Tener en cuenta que las celdas a prueba de arco interno necesitan ms espacio en la parte posterior para el desfogue de los gases producidos por el arco.

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4.7. Configuraciones de celdas compactas

Se darn algunas configuraciones habituales de celdas compactas:

Tabla 4: Equipos usualmente utilizados en cada mdulo.

Seccionador de potencia de 03 posiciones (abierto, cerrado y puesto a tierra).

Detector de presencia de tensin capacitivo.

RELE50/51

50N/51N

Rel de proteccin con las funciones 50/51 (instantnea/temporiza-da) y 50N/51N (instantnea/temporizada de falla a tierra).

Interruptor de potencia (extincin del arco al vaco).

Seccionador de puesta a tierra.

Transformador de corriente.

Transformador de corriente toroidal para deteccin de fallas a tierra.

Fusible de media tensin.

4.7.1. Subestacin con un transformador de potencia

Para una subestacin que slo cuenta con un transformador de distribucin, ser necesario el siguiente equipamiento:

01 celda de remonte (llegada), para la conexin de los cables alimentadores.

01 celda con seccionador fusible, para alimentar y proteger al transformador, el fusible ser del calibre adecuado a la potencia del transformador a proteger.

Tener en cuenta que si la concesionaria exije la proteccion homopolar de falla a tierra, la celda con seccionador fusible deber implementarse con un rel de proteccin contra falla a tierra, con su respectivo transformador toroidal.

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Alimentador en MT

1000 kVA10 / 0.40 kV

Dyn5ucc = 5.4%

Cable N2XSY

CELDA REMONTE

CELDA CON SECCIONADOR

FUSIBLE

Figura 30: Celdas de remonte y proteccin con seccionador fusible.

Modificaciones

Cuando la potencia solicitada a la concesionaria sea mayor a 1 MW, esta nos obligara a tener una proteccin del sistema con interruptor de potencia.

Para transformadores de potencia mayores a 1 000 kVA o donde la continuidad de servicio y la subestacin son importantes, es recomendable protegerlo con una celda de proteccin con interruptor.

Alimentador en MTCable N2XSY

RELE50/51

50N/51N

1600 kVA10 / 0.40 kV

Dyn5ucc = 5.4%

CELDA REMONTE

CELDA CON INTERRUPTOR DE POTENCIA

Figura 31: Celdas de remonte y proteccin con interruptor de potencia.

30


4.7.2. Subestacin con dos transformadores de potencia

El equipamiento necesario para esta subestacin ser:

01 Celda de remonte (llegada), para la conexin de los cables alimentadores.

01 Celda de proteccion con interruptor de potencia, para la proteccion integral de todo el sistema.

01 Celda con seccionador fusible, para alimentar y proteger a cada transformador.


RELE50/51

50N/51N

630 kVA10 / 0.40 kV

Dyn5ucc = 5.4%

800 kVA10 / 0.23 kV

Dyn5ucc = 5.4%

CELDA REMONTE


CELDA REMONTE


FUSIBLE


FUSIBLE

Figura 32: Celdas de una subestacin de potencia

Consideraciones:

Tener en cuenta que cada transformador debe contar con el equipamiento para su propia proteccin, mnimo una celda con seccionador fusible.

Como la potencia de la planta en mayor a 1 MW, la proteccin general de la planta se hace con una celda de proteccin con interruptor de potencia (exigido por la concesionaria).

Para tener la aprobacin del proyecto de sistema de utilizacin por parte de la concesionaria, sta obliga al cliente a instalar una proteccin de falla a tierra (50N/51N), que abra a un seccionador de potencia o a un

interruptor.

Tener en cuenta que el transformador va en una cajuela de proteccin para evitar el contacto directo con agentes extraos, esta celda llamada

de transformacin ser de las dimensiones recomendadas por cada fabricante de transformadores.

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4.7.3. Subestacin con dos transformadores de potencia y alimenta a una

El equipamiento necesario para esta subestacin ser:

01 Celda de remonte (llegada), para la conexin de los cables alimentadores.

01 Celda de proteccion con interruptor de potencia, para la proteccion integral de todo el sistema.

01 Celda de remonta para la conexion con las celdas de salida.

01 Celda con seccionador fusible, para alimentar y proteger a cada transformador.

01 celda con seccionador y puesta a tierra para alimentar a la segunda subestacion del sistema.


RELE50/51

50N/51N

630 kVA10 / 0.40 kV

Dyn5ucc = 5.4%

800 kVA10 / 0.23 kV

Dyn5ucc = 5.4%

HACIAS.E. N02

S.E. N02

CELDA REMONTE


CELDA REMONTE


FUSIBLE


FUSIBLE


Figura 33: SE con dos transformadores de potencia y alimenta a una segunda SE.

La celda de salida que alimenta a la otra subestacin puede ser tambin una celda con seccionador fusible o una con interruptor, dependiendo

de la proteccin que se quiera dar al sistema.

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5. RESUMEN El transformador es un dispositivo que convierte energa elctrica de un cierto nivel

de tensin, en energa elctrica de otro nivel de tensin, por medio de la accin de un campo magntico.

Para seleccionar la potencia de un transformador es necesario considerar los costos de inversin, costo de energa, confiabilidad, regulacin de tensin y grupo de conexin.

Los transformadores pueden ser de dos tipos: con aislamiento en aceite y los del tipo seco.

Los transformadores secos permiten instalarse cerca del lugar de la carga, reduciendo al mximo los circuitos de baja tensin, son amigables con el medio ambiente, baja inflamabilidad, con la desventaja que es ms costoso que uno con aislamiento en aceite.

El lugar de instalacin de un transformador seco debe ser diseado para que disipe la energa perdida en su ncleo y devanados y evitar el envejecimiento prematuro del equipo.

Se denomina celda al conjunto de equipos elctricos de media tensin conectados entre s que cumplen una funcin (salida, entrada, proteccin de transformador, medida, etc.).

En las celdas METALENCLOSED, los equipos se encuentran ubicados dentro de un mismo compartimento metlico, son las ms comerciales usadas en edificaciones de oficinas, centros comerciales, hospitales, hoteles, etc., donde el espacio para instalar la subestacin es reducido.

Las celdas METALCLAD, tambin llamadas celdas blindadas, estn constituidas por 4 compartimentos, donde estn ubicados los diferentes equipos. Se pueden dividir en:

- Compartimento de barras.

- Compartimento de maniobra.

- Compartimento de baja tensin.

- Compartimento de llegada.

Las celdas a prueba de arco interno son aquellas equipadas con un conducto para la expulsin de los gases producidos por el arco.

Respetar el radio de curvatura de los cables alimentadores de media tensin dado por el fabricante (entre 12 a 14 veces su dimetro externo).

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6. MAPA CONCEPTUAL

TRANSFORMADORES

CELDAS DE MT

Tipos

Tipos

Se selecciona segn:

Se selecciona segn:

Deben cumplir con las normas

Pueden ser:

Compartimiento de barras

Celda de llegadaCompartimiento de baja tensin

Celda de medida

Compartimiento de maniobra

Celda de proteccin con

interruptor

Celda de proteccin de transformador

Compartimiento de llegada

Medioambiental E0 - E1 - E2

Climtico C1 - C2

Comportamiento al fuego: F1 - F2

Baos en aceite

Mamposera

Secos

Prefabricadas o modulares

METALCLAD METALCLOSED

Regulador de tensin

Grupo de conexin

Corriente nominal

Potencia

Tensin mxima de servicio

Costo de inversin y energa

Corriente mxima de c.c.

Confiabilidad

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7. PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIN1. Qu es un transformador de distribucin?

2. Cules son las ventajas de usar una conexin delta-estrella en un transformador?

3. Cules son las clases con respecto al comportamiento, frente al fuego, de los transformadores secos?

4. Qu es una celda metalenclosed?

5. Qu equipos podemos encontrar en una celda metalenclosed?

6. Cules son los compartimentos de una celda metalclad?

8. RESPUESTAS A LA PRUEBA DE AUTOCOMPROBACIN1. Es un dispositivo que convierte energa elctrica de un cierto nivel de tensin, en

energa elctrica de otro nivel de tensin, por medio de la accin de un campo magntico.

2. Admite desequilibrio de cargas, no presenta traslados del neutro.No genera terceros armnicos.

Para sistemas cuya carga es de dos tensiones uno para fuerza (400 V) y otro para carga normal (230 V).

3. Clase F0 = no existen riesgos especiales de incendio.

Clase F1 = el riesgo de incendio existe; se exige una inflamabilidad restringida; la autoextincin del transformador debe producirse 60 minutos despus del comienzo del ensayo.

Clase F2 = deben cumplirse las exigencias de la clase F1, adems el transformador debe poder funcionar durante un periodo de tiempo definido.

4. Es una celda de media tensin, donde los equipos se encuentran alojados en un solo compartimento metlico, comercialmente son las ms usadas.

5. Seccionador de potencia de tres posiciones (abierto, cerrado y puesto a tierra). Rel de proteccin con las funciones 50/51 (instantnea/temporizada) y

50N/51N (instantnea/temporizada de falla a tierra). Interruptor de potencia (extincin del arco al vaco). Seccionador de puesta a tierra. Transformador de corriente, tensin y toroidal para falla a tierra. Detector de presencia de tensin capacitivo.

6.

Compartimento de barras.

Compartimento de maniobra.

Compartimento de baja tensin.

Compartimento de llegada.

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9. GLOSARIO Arco elctrico: Es una descarga de electrones que se forma cuando dos electrodos

estn sometidos a diferente tensin. Los electrodos que forman el arco elctrico alcanzan temperaturas elevadas y gran luminosidad.

Resina epoxi: Es un material aislante usado en la fabricacin de transformadores secos, la funcin del aislante es garantizar la resistencia dielctrica de la bobina, resistencia mecnica y soportar las variaciones de temperatura.

Regulador de tensin: Es un equipamiento necesario para mantener la salida de tensin del transformador a un valor constante.

Celda metalenclosed: Es una celda de media tensin donde todos los equipos van en una sola cajuela metlica.

Celdas metalclad: Es una celda metalenclosed compartimentada (cables, baja tensin, de maniobra, conducto de barras).

Confiabilidad: La confiabilidad, sea de un equipo o sistema elctrico, se relaciona con la idea de que la probabilidad que dicho sistema o equipo permanezca en funcionamiento por un nmero de horas (meses u aos) sin fallas.

Seccionador de puesta a tierra: Los seccionadores de puesta a tierra sirven para llevar a tierra todos los circuitos aislados. Algunos seccionadores de puesta a tierra tienen la capacidad de poner a tierra circuitos sin peligro alguno, incluso bajo tensin.

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10. BIBLIOGRAFIA http://www.schneider-electric.com.co/documents/press-release/sm6.pdf

h t t p : / / w w w . a b b . c o m . p e / p r o d u c t / d b 0 0 0 3 d b 0 0 4 2 7 9 /c125739900636470c1256eb50051c87b.aspx

http://www.schneider-electric.com/products/es/es/3600-transformadores-mt/3610-transformadores-encapsulados-en-resina/60982-resiglas/

http://www.energy.siemens.com/br/pool/br/transmissao-de -energia/transformadores/geafol-aplicacoes_esp.pdf

http://www.legrand.cl/sitio/archivos/Guia_Tecnica_Transformadores_Zucchini.pdf

http://www.cadieel.org.ar/imagesSistema/EmpresaE214.pdf

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