Unidad Didáctica II

Para ponernos en situación

La empresa de cerámica "La Aceituna" requiere, para su normal funcionamiento, una potencia nominal de S = 400 kVA. Se le suministra energía eléctrica desde una línea subterránea de M.T. de 20.000 V que va a parar al centro de transformación de dicha empresa. Para realizar dicha conversión (20.000 / 400 V), se emplea un transformador trifásico.

Quieren ampliar su línea de producción, pero han comprobado que su trafo es insuficiente para ello. Juan Valera, director de la empresa, decidió llamar a "Chispazos y Porrazos" para que le aconsejaran sobre el tema.

Pablo y Blanca se desplazaron a la empresa y estuvieron viendo la placa de característicasdel trafo. Fueron capaces de elegirle uno de especificaciones técnicas adecuadas en los catálogos comerciales de un fabricante de transformadores con aislamiento seco (630 kVA).

Introducción

En este apartado se verá la necesidad de los centros de transformación en el sistema eléctrico de potencia, ocupando un papel clave en la distribución de la energía eléctrica, al servir de "puente" entre la MT y la BT.

Las tensiones de generación de la energía eléctrica en lascentrales oscila entre 6 KV y 18 KV, tensiones que no son suficientes para su transporte a grandes distancias donde suelen estar los centros de consumo. Estas tensiones son elevadas a la salida de las centrales a valores superiores (132 KV, 220 KV y 380 KV,...) para que las pérdidas por efecto Joule sean los más pequeñas posibles durante el transporte de la energía eléctrica desde allí a los centros de consumo. La tensión (20 KV, 30 KV,...) de las redes de distribución en MTque alimentan los centros de consumo necesita ser reducida a la tensión de utilización en BT que es de 400/230 V.

Esto se realiza en los Centros de Transformación(comúmente llamados CTs) mediante uno o dos transformadores(Trafo de distribución).

Hay otro tipo de centros, muy similares a los CTs que conviene definir para diferenciarlos:

1. Centros de seccionamiento (o de maniobra)

Son instalaciones de la red MT, de tipo interior, cuya misión principal es el seccionamiento de una línea para mejorar la maniobrabilidad en la misma. En estos centros puede haber una o varias salidas de derivaciones y, en este

caso, se instalará en el centro la aparamenta necesaria para la maniobra y protección de cada derivación.

Por su parte, pueden cumplir, además, las funciones de Centro de Transformación si hay instalado en él un transformador de donde parta una red de distribución en BT de la Empresa Suministradora.

Sus características constructivas son muy similares a las de los Centros de transformación, que se describirán más adelante.

2. Centros de entrega

Son centros de transformación de tipo interior, o de seccionamiento, del que parte una alimentación para un cliente de MT, desde una red subterránea.

Los principales componentesde un CT son (pueden variar de unos tipos a otros):

Edificio prefabricado de hormigón. Celdas de Alta Tensión. Transformador de MT/BT. Cuadros Modulares de BT. Fusibles Limitadores de AT. Interconexión celda-trafo. Interconexión trafo-cuadro BT. Instalación de puesta a tierra. Señalización y material de seguridad.

Componentes de un CT

Por ser muy extenso el desarrollo de los contenidos referentes a la clasificación, tipología y materiales de los centros de transformación, dedicaremos esta unidad a ver los dos primeros (clasificacióny tipología), y a profundizar en el estudio de los transformadores de distribución, dejando para la siguiente unidad el resto de materiales que los integran.

Para saber más sobre los centros de entrega: IECT02recurso06.doc Video de un centro de seccionamiento sin transformador: http://iesjuandelacierva.com/paginade/miguelbueno/videos/Centro%20de%20transformacio%cc%81n%20prefabricado.AVI

Clasificación

Haremos en este apartado una primera clasificación de los CTs por su construcción y

ubicación, al ser la más didáctica, dejando el resto de clasificaciones para el apartado

siguiente.

Previa a la clasificación se hace necesario definir algunos conceptos aplicables a los CTs:

Conjunto compacto: conjunto de elementos eléctricos situados sobre un soporte único, denominado plataforma, dispuesto para ser emplazado en el interior de una envolvente prefabricada de hormigón.

Se acopia, transporta e instala como un único producto.

Conjunto integrado: equipo que comprende, transformador, aparamenta de M.T. y B.T., conexiones y equipo auxiliar, situados sobre un soporte único (los componentes no son funcionalmente independientes), para suministrar energía en B.T. desde un sistema de M.T., con una envolvente metálica común.

Se acopia, transporta e instala como un único producto,

Los CT se pueden dividir en dos grandes grupos en función de su situación y los

materiales empleados en su construcción. Se desglosan ambos en el siguiente apartado.

Los CT según sus materiales y situación

La principal distinción se hace entre aquellos CTs que están destinados a su ubicación en exterior o en interior.

1. CT de exterior o intemperie (CTI): Siempre estarán alimentados, por el lado de A.T. por una línea aérea.

Sobre apoyo: Si el transformador está instalado en un apoyo de fin de línea.

Compacto: Si el CT está equipado con un conjunto compacto, situado a nivel del suelo.

Integrado: Si elCT está equipado con un conjunto integrado, situado en la intemperie a nivel del suelo.

2. CT de interior: En cualquiera de los casos, siempre estarán alimentados, por el lado de A.T. por redes subterráneas, o por una línea aérea, tras paso a subterránea mediante entronque.

No prefabricado (o de obra civil):El conjunto de elementos eléctricos se unen mecánicamente y eléctricamente en el interior de un edificio no prefabricado, generalmente de hormigón.

Según el destino principal de ese edificio, se subdividen en:

En edificios independientes: Si se construyen expresamente para el fin previsto.

Actualmente están en desuso.

Según la cota a la que se instalen se vuelven a dividir en:

De superficie:También conocidos como centros "en capilla", son todos aquellos que quedan por encima de la cota 0.

Subterráneos: si quedan instalados por debajo de la cota 0. En edificio de otros usos: Si se ubican en una parte de un

edificio construido con un fin primordial distinto del de transformar la energía eléctrica.

Se les suele reservar un recinto en la fase de proyecto, sobre todo por disponibilidad del suelo o por impacto visual.

Según la cota a la que se instalen se vuelven a dividir en CT en plantay CT en sótano, pudiendo en ambos casos instalarse conjuntos integrados.

Prefabricado: El conjunto de elementos eléctricos se unen mecánicamente y eléctricamente en el interior de un pequeño edificio prefabricado, normalmente de hormigón armado de forma que el centro se termina en fábrica totalmente, incluyendo:

Interconexión eléctrica entre celdas y trafo y entre trafo y B.T. Alumbrado del centro Red de tierras interior (de servicio y de protección) Celdas, con los embarrados conectados

Actualmente son los más extendidos, por su precio, facilidad de instalación y mantenimiento,...

Pueden subdividirse en:

De superficie

Compacto

Semienterrado

Subterráneo

Compacto

También pueden dividirse en monobloqueo modular, dependiendo de si la envolvente se fabrica en un solo molde, o a base de paneles acoplables respetivamente. En cualquiera de los dos casos, todos los elementos son montados íntegramente en fábrica.

En todos los casos, existen normas específicas de las compañías eléctricas, así como proyectos tipo que especifican las condiciones que deben cumplir cada uno de estos centros.

Como reglas generales:

En zonas ya urbanizadas, los CT podrán ubicarse en edificio independiente, o integrado en un edificio destinado principalmente a otros usos

En nuevas actuaciones urbanísticas, los CT deberán instalarse en prefabricados de hormigón

Otras clasificaciones

La variedad de CTs es enorme, y se pueden clasificar desde múltiples puntos de

vista. Veremos en este apartado los más comunes.

Además de por su ubicación, vista en el apartado anterior, los CTs se pueden clasificar:

1. En función de la utilización que se dé a la energía transformada:

De distribución o de compañía: Aquel que está afecto al servicio de una empresa distribuidora, desde el que se suministra energía a diferentes clientes, no realizándose medida de energía en el mismo.

De abonado: Aquel que se destina a un único consumidor, realizándose en el mismo la medida del consumo de energía, sea en media o baja tensión.

En las siguientes figuras se muestran algunos ejemplos, para el caso de CTs de caseta (de obra civil).

CT en caseta cliente

CT en caseta compañía

2. Según la posición que ocupe el centro de transformación en la red:

Fin de línea, simple o en punta: cuando el centro de transformación se instala en el extremo de la misma.

Doble o en bucle o en anillo: La distribución de energía en núcleos industriales o urbanos se realiza normalmente mediante líneas subterráneas, alimentando una misma línea diferentes centros de transformación, llegando a ellos y realizando la correspondiente entrada y salida, de modo que se tiene un anillo en el que se intercalan.

En la siguiente figura se muestra un CT en anillo, de cliente con las celdas abiertas (actualmente en desuso).

CT en anillo cliente celdas abiertas

Se pueden alimentar por ambos lados del anillo.

Múltiple o ramificada: En caso de que la alimentación se realice con tres o más líneas de entrada o salida, o que desde el mismo se derive una línea en punta a otro centro tendremos centros con alimentación triple o ramificada.

Doble acometida, desde líneas de diferentes anillos, que pueden acoplarse por medio de interruptores de seccionamiento

3. En función de la tensión de la red de MT a transformar: Los más usuales son:

12 kV(para líneas de 10 kV) 24 kV(para líneas de 20 kV) 36 kV(para líneas de 30 kV)

4. En función de dónde se sitúe el operario para realizar las operaciones de explotación:

De maniobra interior: si el operario accede al interior del recinto del CT De maniobra exterior: si el operario se sitúa a cielo abierto

Transformador de Distribución

Se llama Transformador de Distribución al transformador trifásico de potencia utilizado en los centros de transformación, para transformar la MT en BT, alcanzando su potencia valores de hasta 2500 kVA. Es sin duda el elemento más importante de los CTs.

Se utilizan transformadores sumergidos en líquido aislante ó secos.

Los transformadores de distribución se clasifican en:

- Transformadores sumergidos en líquido aislante (aceite)

- Transformadores secos.

En el siguiente enlace tendrás más información sobre los principios de funcionamiento, características,... de los transformadores eléctricos: Transformadores

En los sucesivos apartados nos centraremos en los requisitos eléctricos y constructivos que la normativa exige a estos transformadores, clasificándolos por el tipo de aislamiento/refrigerante interno anteriormente citado.

Transformadores sumergidos en líquido aislante

Como aislamiento líquido se utiliza el aceite mineral o la silicona.

Los transformadores en aceite son, con mucho, los más empleados (más del 80% del total), y su relación prestaciones/precio es la más adecuada, si no se precisan requisitos especiales, ya que, como inconvenientefundamental presentan el riesgo de incendio y explosión, por la gran cantidad de líquido inflamable que albergan.

Este inconveniente se suple con la incorporación de silicona líquidaen lugar de aceite, pero su precio es mayory su capacidad de refrigeración menor.

Hasta la aparición de los transformadores secos eran la única alternativa tecnológicamente viable, si bien, cada vez más están siendo desplazados por estos.

Actualmente, y desde hace ya más de 15 años están prohibidoslos refrigerantes basados en los PCB (policloro bifenilos), muy empleados anteriormente, sobre todo el piralenoy el askarel.

Es el Real Decreto 1378/1999, de 27 de agosto de 1.999, y sus modificaciones hechas por el Real Decreto 228/2006, de 24 de febrero, el que establece las medidas para la eliminación o descontaminación de esos refrigerantes con el fin de prevenir y evitar riesgos al medio ambiente y a la salud humana, designando unos "gestores autorizados" para la recogida y transporte de policlorobifenilos (PCB's), policloroterfenilos (PCT's) y los aparatos que los contengan

REAL DECRETO 1378/1999, de 27 de Agosto de 1999, que complementa la LEY 10/1998, de 21 de Abril, estableciendo las Medidas para la Eliminación y Gestión de los Policlorobifenilos, Policloroterfenilos y Aparatos que los contengan: http://riesgoslaborales.fer.es/archivos/legislacion/t98/doc_fer_prl.pdf REAL DECRETO 228/2006, de 24 de febrero, por el que se modifica el Real Decreto 1378/1999, de 27 de agosto,:

Características eléctricas

Es la norma UNE 21428-2004 la que establece los requisitos principales relativos

a las características eléctricas de transformadores de potencia sumergidos en

aislante líquido aptos para ser empleados como transformadores de distribución.

Esta norma se aplica a los transformadores de 50 a 2500 kVA, destinados a las redes trifásicas de distribución, para servicio continuo, en interior o en exterior, 50 Hz (frecuencia asignada), sumergidos en aceite mineralo en un líquido aislante sintético(por ejemplo, silicona), de refrigeración naturaly con dos arrollamientos:

Un arrollamiento primario (de alta tensión) con dos o más tensiones asignadas y con tensión más elevada para el material de 3,6 a 36 kV.

Un arrollamiento secundario (de baja tensión) con una sola tensión asignada y con tensión más elevada para el material menor o igual a 1,1 kV.

Así, se tienen las siguientes características eléctricas:

1. Grupos de conexión a utilizar (Conexión 1º-Conexión 2º- Índice horario): 2. Yzn 11, hasta Potencia de 160 kVA 3. D y n 11, para potencias superiores

2. Tensiones asignadas: Es laNorma UNE 21428-1 la que establece los requisitos para los transformadores con una sola tensión asignada, tanto en alta como en baja tensión:

Para el arrollamiento de ATse establecen los siguientes valores preferentes de tensión asignada (Ur) a los que les corresponde una tensión mas elevada (Um):

Um (kV) 3,6 7,2 12 17,5 24 36

Ur (kV) 3 a 3,3 5 a 6,6 10 a 11,5 12 a 16 20 a 22 25 a 34,5

El arrollamiento de alta tensión debe estar provisto de las tomas correspondientes a una extensión de tomas de ±2 × 2,5%,por medio de un conmutador de tensiones (o de tomas), para adaptar la tensión primaria del transformador a la realmente existente en el punto de acometida.

Sin embargo y hasta que finalice el período transitorio de adaptación a la nueva norma europea (EN) (en estudio), por acuerdo entre fabricante y comprador se podrá optar entre un número de tomas y rangos alternativos, usualmente de 5 posiciones: (-5%, -2.5%, 0%, +2.5%, +5%).

Para el arrollamiento de BTla tensión asignada en vacío es de 420 V(Tensión más elevada 1,1 kV)

3. Potencias asignadas y tensiones de cortocircuito:

Están normalizadas las siguientes potencias, siendo preferentes los valores resaltados en la tabla:

Potencias normalizadas

kVA

25 50 63

100 160 200

250 315 400

500 630 800

1000 1250 1600

2000 2500

Siendo los valores de la tensión de cortocircuito:

Ucc % Tensión

Potencia < 24 kV 36 kV

< 630 kVA 4 % 4,5 %

> 630 kVA 6 % 6 %

4. Pérdidas y potencia acústica:

En función del nivel de tensión se tienen los valores de la tabla:

Hasta 24 kV

Potencia asignada

kVA

Pérdidas debidas a la carga

W

Pérdidas en vacío

W

Potencia acústica dB (A)

50 1100 190 52

100 1750 320 56

160 2350 460 59

250 3250 650 62

400 4600 930 65

630 6500 1300 67

1000 10500 1700 68

1600 17000 2600 71

2500 26500 3800 76

36 kV

Potencia asignada

kVA

Pérdidas debidas a la carga

W

Pérdidas en vacío

W

Potencia acústica dB (A)

50 1250 230 52

100 1950 380 56

160 2550 520 59

250 3500 780 62

400 4900 1120 65

630 6650 1450 67

1000 10500 2000 68

1600 17000 2800 71

2500 26500 4100 76

5. Niveles de aislamiento y ensayos dieléctricos:

Para el arrollamiento de AT los valores asignados son los indicados en la tabla:

Tensión más elevada para el material Um

kV (valor eficaz)

Tensión soportada a

impulso tipo rayo

kV (valor de cresta)

Tensión soportada asignada

de corta duración

kV (valor eficaz)

3,6 40 10

7,2 60 20

12 75 28

17,5 95 38

24 125 50

36 170 70

Para el arrollamiento de BT la tensión soportada de corta duración a frecuencia industrial debe ser de 10 kVy la tensión soportada a impulso tipo rayo entre los arrollamientos y la tierra debe ser de 20 kV(valor de cresta).

Transformador bitensión en B.T.

Usualmente, la tensión asignada para el arrollamiento de BT es de 420 V, que

corresponde al tipo B2, pero también pueden encontrarse en algunos casos

(redes antiguas) transformadores del tipo B1, con salida de tensión de 242 V.

La Norma UNE 21428-1-2 establece los requisitos para los transformadores bitensiónen baja tensión, tipo B2B1:

1. Tensiones asignadas: pueden alimentar simultáneamente dos redes de baja tensión con tensiones distintas (420 y 242 V), siendo el neutro común a ambas.

2. Potencia asignada: Los valores normalizados (*) son:

160 - 250 - 400 - 630 - 1000 kVA

(*) La potencia asignada a estos transformadores corresponde al caso de alimentar sólo a la salida de tensión más elevada (a 420 V).

Si se alimenta a 242 V, la potencia se ve reducida por un factor de reducción K, quedando la potencia:

P2=K · Pr

Además, cuando se alimentan simultáneamente cargas a ambas tensiones, la potencia del transformador se reparte entre las dos salidas según la relación:

P1/K + P2 = Pr

Donde:

P1: Potencia suministrada por la salida de tensión a 420 V P2: Potencia suministrada en salida de tensión a 242 V K : Factor de reducción (siendo 0,75 hasta 630 kVA y 0.75 o 1 para

1000 KVA) Pr : Potencia asignada al transformador

3. Grupo de conexión: es el Dyn11, obteniéndose la tensión de 242 V de una toma intermedia del arrollamiento de BT de 420 V.

El conductor y el borne del neutro de BT deben dimensionarse para la corriente que circulará a la tensión de 242 V.

4. Tensión de cortocircuito, pérdidas y niveles de potencia acústica: están definidos en función del nivel de tensión, como muestran las siguientes tablas:

Hasta 24 kV

K

Potencia asignada

kVA

Pérdidas debida a

la carga W Pérdidas en vacío

W

Ucc (% ) Potencia acústica dB (A) a 420

V a 242

V a 420

V a 242

V a 420

V a 242

V

0,75 160 120 2350 1750 460 4 3,6 59

0,75 250 188 3250 2450 650 4 3,6 62

0,75 400 300 4600 3550 930 4 3,6 65

0,75 630 473 6500 5000 1300 4 3,6 67

0,75 1000 750 10500 8400 1700 6 5,5 68

1 1000 1000 10500 11550 1700 6 5,5 68

36 kV

K

Potencia asignada

kVA

Pérdidas debida a

la carga W Pérdidas en vacío

W

Ucc (% ) Potencia acústica dB (A) a 420

V a 242

V a 420

V a 242

V a 420

V a 242

V

0,75 160 120 2550 1900 520 4,5 4 59

0,75 250 188 3500 2600 780 4,5 4 62

0,75 400 300 4900 3100 1120 4,5 4 65

0,75 630 473 6650 5100 1450 4,5 4 67

0,75 1000 750 10500 8400 2000 6 5,5 68

1 1000 1000 10500 11550 2000 6 5,5 68

Características constructivas

Igual que para las características eléctricas, es la norma UNE 21428-2004 la que

establece los requisitos principales relativos a las características constructivas y

dimensionales para los de transformadores de potencia sumergidos en líquido

aislante aptos para ser empleados como transformadores de distribución.

Portanto, en los siguientes apartados se desarrollarán las principales características constructivas de este tipo de transformadores, en lo referente a:

Cuba Conexiones externas Núcleo y arrollamientos Refrigerante Accesorios Protecciones

En la imagen se muestran los principales componentes de los transformadores sumergidos en líquido aislante:

Cuba

La cuba o caja es un recipiente metálico, dimensionado de tal forma que permite

alojar en su interior las partes activas y el aceite refrigerante.

Sirven además para evitar el contacto directo con las partes en tensión.

Se utilizan básicamente tres construcciones:

1. Llenado integral (cuba elástica): basado en la propiedad que tienen las cubas con aletas de refrigeraciónpara absorber el volumen del dieléctrico dilatado con la temperatura, pero siempre dentro del régimen elástico de la chapa, de modo que al enfriarse vuelva a su estado original y la cuba esté siempre llena de dieléctrico.

Las aletas de refrigeración se colocan sobre las cuatro caras de la cuba como muestra la figura:

2. Hermético con cámara de expansión: Construido con una cuba rígida (no elástica) con radiadoreso aletasy con una cámara de expansión para absorber las dilataciones del dieléctrico.

3. Abierto con depósito de expansión: Este depósito de expansión está dimensionado para absorber la dilatación térmica producida en el aceite entre las temperaturas más baja y más alta de funcionamiento.

Ademásestá diseñado para ser colocado autosoportado en la propia tapa del transformador y dispone en sus extremos de tapas desmontables para acceder a su interior en operaciones de mantenimiento.

Se usan para potencias superiores a 1000 kVA

Actualmente los transformadores más utilizados en los centros de transformación son del tipo integral, debido a sus ventajas:

Menores dimensiones y peso, con lo que se facilita el transporte y la ubicación del transformador.

Menor riesgo de fugas al no presentar puntos débiles (por ejemplo indicador de nivel).

Bajo grado de mantenimiento. Menor degradación del líquido aislante (aceite) por oxidación y por

absorción de humedad al no estar en contacto con el aire por lo que se conserva de forma ideal.

Mejor conservación de las juntas, al no estar en contacto con el aire por lo que mantienen en mayor grado su elasticidad.

En caso de que el transformador vaya a formar parte de un CTI, junto a la cuba se instala un sistema de cuelgue para poste, que consiste, básicamente, en unos ganchos para instalarlo en el poste.

En su parte superior se coloca una tapa de cierredonde se colocan los aisladores pasantes, el conmutador de tensionesy los terminales de conexión, así como algunos accesorios de protecciónque se describirán más adelante

Conexiones externas

Los pasatapas son los elementos que permiten la conexión de los devanados

primario y secundario, a través de la tapa del transformador con los terminales

de conexión, que son los elementos mediante los cuales se realiza la conexión

del transformador con las redes de MT y BT respectivamente.

Los pasatapaspueden ser:

Abiertos(o intemperie), PA: construídos en porcelana sólida y esmaltada o, alternativamente, con resina epóxica resistente a los rayos ultravioleta y a impactos, lo que los hace adecuados contra acciones vandálicas. Los de AT se caracterizar por un mayor tamaño y una mayor linea de fuga. (Para AT y BT)

Enchufables (o para conector separable), PE: construidos con resina epóxica, permite una conexión y desconexión rápida del transformador por medio de terminales enchufables, rectos o acodados, como muestra la figura (Para AT)

Los terminales externos de conexiónson del tipo paleta o prensa y están dimensionados para permitir una fácil conexión de los cables conductores. Las dimensiones mínimas están normalizadas .

Otras modalidades admitidas, aunque menos empleadas, de conexiones son los pasabarrasy las cajas de cable.

Para las conexiones en AT Iberdrola en sus centros de transformación de

distribución exige que los pasatapas sean del tipo enchufable.

Para las conexiones de BT Iberdrola exige que se utilizan pasatapas de tipo

abierto con pieza plana de acoplamiento (pala).

Designación de los bornes

Con objeto de simplificar las labores de montaje y mantenimiento, y evitar errores

o confusiones, todos los transformadores, independientemente del fabricante,

tipo, modelo,... tienen colocados los terminales de conexión de la misma forma y

cada uno recibe una denominación concreta.

Es lo que se conoce como la "designación de los bornes":

Mirando el transformador desde el lado de baja tensión, los bornes de baja tensión se designan de derecha a izquierda, por los símbolos siguientes:

N - 2U - 2V - 2W

El símbolo N corresponde al borne neutro.

Mirando el transformador desde el lado de alta tensión los bornes de alta tensión se designarán de izquierda a derecha, por los símbolos siguientes:

1U - 1V - 1W

Dichos símbolos deben estar marcados sobre la tapa de la cuba en forma indeleble a la intemperie y en relieve.

Para el caso de los transformadores bitensión:

Mirando el transformador desde el lado de baja tensión, los bornes de baja tensión se designan de derecha a izquierdapor los símbolos siguientes:

N - 2U - 2V - 2W - 3U - 3V - 3W

El símbolo N corresponde al borne de neutro. Los símbolos 2U, 2V y 2W corresponden a los bornes del

arrollamiento a 420 V. Los símbolos 3U, 3V y 3W corresponden a los bornes del

arrollamiento a 242 V.

De igual forma, mirando el transformador desde el lado de alta tensión, los bornes de alta tensión se designan de izquierda a derechapor los símbolos siguientes:

1U - 1V - 1W

Núcleo y arrollamientos

El circuito magnético y los devanados (primario y secundario) constituyen el

"alma" de la transformación eléctrica, ya que en ellos es donde la energía

eléctrica cambia sus valores de tensión y de intensidad.

El transformador esta constituido por un núcleo magnético, actualmente casi siempre formado por chapas de grano orientable apiladas (para reducir las pérdidas por corrientes de Foulcault), sobre él que se montan las bobinas de BT y sobre estas las bobinas de AT, separadas entre sí por unos canales de refrigeración de sección suficiente para que circule el aceite.

Los arrollamientos deben ser de cobre o aluminio, construyéndose generalmente a base de bandaspara el caso del de BTy de hilo(o en menor medida pletina) para el de AT

En el caso de las bandas, las sucesivas capas se aislan entre sí por medio de papel aislante y en el caso del hilo por medio de esmaltes.

En el devanado de ATes donde se colocan las tomas de la regulación de tensión que se conectarán al conmutador de tensiones colocado en la tapa del transformador, como ya se comentó anteriormente.

El núcleo debe estar conectado eléctricamente a la cuba o a la tapa del transformador por medio de una conexión adecuada fácilmente revisable, previo desencubado

Refrigerante

Dadas las pérdidas magnéticas(equivalente a las pérdidas en vacío) y las pérdidas en los

bobinados por efecto Joule(perdidas en carga), el transformador produce un calor que

eleva la temperatura de sus componentes, y que hay que disipar para que no los dañe.

Para evitar que el calentamiento generado provoque que se superen unos determinadas

temperaturas máximas, las partes internas se refrigeran por medio de un fluido,

generalmente aceite mineral.

Dicho fluido debe tener unas características eléctricas que lo hagan ser idóneo para esa

aplicación (capacidad de evacuación, estabilidad en el tiempo, rigidez dieléctrica,...).

En el caso del aceite mineral, el refrigerante líquido por excelencia, sus características

estando nuevo (antes de llenar el transformador), deben ser las indicadas en la Norma

UNE 21320-5.

Los valores límite para el aceite extraído del transformador, dentro de los primeros treinta

días después de llenado y antes de someterlo a carga alguna, deben ser los indicados en la

tabla

Características Valor Límite Método ensayo

Contenido en agua, mg/kg

Número de neutralización mg KOH/g

Tensión Interfásica N/m

Factor Pérdidas dieléctricas, a 90 ºC, tgδ

Tensión ruptura dieléctrica kV

<20

<0.03

>30.10-3

<0.015

>40

UNE 21320-35

UNE 21320-13

UNE 21320-6

UNE 21322

UNE 21309

La densidad del aceite, y la cantidad de litros que lleva cada transformador depende de

cada fabricante, siendo valores típicos

Potencia

trafo

kVA

Peso del

aceite

kg

Volumen

aceite

litros

50 115 128

100 120 134

160 175 195

250 235 262

400 260 290

630 310 346

800 460 485

1000 490 547

1250 640 715

1600 830 927

2000 1030 1150

2500 1170 1300

Estos transformadores son del tipo ONAN. Estas siglas se refieren al sistema de

refrigeración, y significan, como muestra la figura:

Los transformadores de tipo ONAN utilizan el aceitepara refrigerarse internamentepor

convección natural y trasladar este calor hasta las aletas. En las aletases el aireambiente el

que deberá por convección natural disipar el calor.

Norma IBERDROLA de aceites para trafos:

Iberdrola

Accesorios

En este apartado se verán algunos de los accesoriosmás frecuentes utilizados en los transformadores con refrigerante líquido, todos ellos exigidos por la ya citada norma UNE 21428.

Entre ellos destacan los que se describen a continuación:

1. Placa de características

Todos los transformadores deben tener una placa de características, preparada para que pueda fijarse con facilidad a cualquiera de las dos caras de mayor dimensión del transformador, y para ello deben colocarse los soportes adecuados en las mismas.

El contenido, disposición, dimensiones y material deben ser los indicados en la figura:

2. Bornes de puesta a tierra

En la cuba del transformador de dispondrán dos tomas de puesta a tierrade M10, situadas en la parte inferior derecha de cada una de las caras.

3. Medidor del nivel de aceite

Excepto en los transformadores de llenado integral, existirán también dos indicadores de nivel del líquido aislante, colocados sobre las dos caras de mayores dimensiones ó en las caras planas del depósito de expansión (en los que lo tengan).

La transmisión del movimiento del flotador situado en el interior sobre el líquido a la esfera indicadora, es del tipo de acoplamiento magnético. Dispone de dos contactos normalmente abiertos, uno correspondiente al nivel mínimo y otro al nivel máximo.

4. Dispositivo de llenado

Sobre la tapa de los transformadores habrá un dispositivo de llenadocon rosca, provista de tapa metálica; estando situado sobre el depósito de expansión en los que lo lleven.

5. Dispositivo de vaciado y toma de muestra de aceite

En la cara lateral opuesta al dispositivo de llenado, situado en la parte inferior de la cuba estará el dispositivo de vaciadoy de toma de muestra de aceite.

Centros de transformación I: El transformador

Protecciones

Siendo como es el transformador la pieza más importante y más costosa de un centro de

transformación, resulta indispensable realizar una adecuada proteccióndel mismo, para

que no sufra deterioros.

Los defectos pueden venir de muy diversas fuentes: sobretensiones producidas en la red,

entrada de humedad por falta de estanquidad, sobrecargas, sobrecalentamientos,...

En los siguientes apartados se verán todas estas posibles causas así como los elementos de

protección asociados a las mismas, que resumimos a continuación:

Protección contra sobreintensidades o Fusibles

Limitadores De expulsión

o Relés Directos Indirectos

Protección contra sobretensiones o Pararrayos

Protección contra sobrecalentamientos o Por temperatura.

Termómetros Termostatos

o Por sobrepresión. Válvulas de sobrepresión

o Por emisión de gases y sobrepresión. Relés Buchholz

o Protección integral (Temperatura, gases y sobrepresión). Relés DGPT2

Protección contra la entrada de humedad. Desecador de aire

Protección contra sobreintensidades. Fusibles y relés

El transformador de distribución puede sufrir defectos internos, que si no se

detectan y corrigen provocarán su avería; además, por su cometido, se ve

sometido a todas las incidencias que se producen tanto en el circuito principal de

alta tensión como en el circuito secundario de baja tensión (tales como las

sobrecargas y los cortocircuitos). Por tanto resulta necesario protegerlo.

Para ello se han desarrollado una serie de sistemas de protección que detectan y provocan la apertura del circuito o realizan una indicación de alarma, cuando se produce aquel defecto (para el que se han diseñado).

Estos elementos se instalan sobre el circuito principal o sobre el propio transformador en función del tipo de detección a efectuar y del tipo de maniobra que deban producir.

Entre las múltiples protecciones que se pueden realizar, las más frecuentes son contra sobrecargas y cortocircuitos, pudiendo agruparse en protecciones tipo directo y tipo indirecto:

Las protecciones de tipo directoson de tipo electromecánico, se instalan en el circuito principal y soportan todas las incidencias que se puedan presentar en este circuito, provocando la apertura del mismo por actuación directa sobre el interruptor a través de un sistema de timonería y/o disparo.

Las protecciones de tipo indirectoson de tipo electrónico, disponen de elementos captadores instalados en el circuito principal que proporcionan una señal proporcional a un relé, que actúa sobre el elemento de disparo o alarma.

Dado que los interruptores ruptofusibles no pueden cortar las corrientes de cortocircuito, los relés que los equipan (tipo directo o indirecto) tan sólo deben detectar las sobrecargas, encargándose los fusiblesincorporados al mismo de abrir el circuito cuando se presenta esta circunstancia.

Fusibles limitadores

Su funcionamiento está basado en la fusión de un elemento conductor debido al

calor producido por efecto Joule, proporcional cuadráticamente a la intensidad

que lo recorre.

Realizan la protección contra cortocircuitos, no siendo adecuados para realizar la protección contra sobrecargas, excepto los de tipo especial llamados "Full Range" cuyas curvas de fusión si permiten realizar esta función.

Están constituidos por una cinta conductora de plata con diseño especial arrollada sobre un elemento cerámico llamado cruceta, situados en el interior de una envolvente cerámica o de fibra de vidrio, estando el interior lleno de arena de sílice, resultando un conjunto estanco con elementos de contacto llamados cazoletas en ambos extremos.

El diseño de la cinta de plata, en función de la intensidad nominal de diseño, es de sección variable, de modo que, al presentarse un cortocircuito, comienza a fundir por estos estrechamientos de modo que se produce un arco dividido y múltiples aperturas al mismo tiempo. El calor generado provoca la fusión de la sílice que lo rodea, formando un compuesto aislante llamado fulgurito, enfriando y extinguiendo al mismo tiempo el arco.

Al realizarse la fusión se libera un elemento percutor asociado al elemento fusible y retenido hasta ese momento por un muelle, de modo que puede, por medio de un sistema de timonería adecuado, producir la apertura del interruptor, maniobra que se realiza ya sin carga.

Para cada fusible existe una familia de curvas de funcionamiento, realizándose la selección en función de la intensidad nominal y tensión de servicio de la instalación a proteger, siendo la intensidad nominal del fusible muy superior a la nominal de la instalación, ya que debe soportar sin fundir las crestas de corriente producidas por la puesta en marcha del correspondiente transformador.

Si bien en los antiguos centros de obra civil se colocaban sobre una de las paredes, como se ve en la imagen:

Seccionador y fusibles en CT obra civil

Actualmente se colocan en las llamadas "celdas de protección" que se verán con más detenimiento en la unidad siguiente.

Fusibles de Expulsión

En CTs de exterior se utiliza un tipo especial de fusible llamado de expulsión (o

XS o Cut-Out), constituidos por un elemento fusible asociado a una trencilla de

conexión, alojados en el interior de un tubo protector aislante, de modo que al

producirse el arco se generan gases que soplan sobre el arco y lo alargan

produciendo su extinción.

El cortacircuito fusible de expulsión está formado por:

Base portafusible consistente en una base aislante que sirve para soporte al tubo portafusible.

El portafusible, compuesto por un tubo exterior de fibra de vidrio pintado de modo que se protege el tubo contra las radiaciones ultravioleta, y otro tubo interior llamado "bone fiber" que en contacto con el arco produce gas. En su interior se aloja el elemento fusible.

El elemento fusible (o eslabón) es el elemento conductor que se funde al paso de la sobreintensidad para la que ha sido diseñado.

Al producirse la fusión la base portafusible se desprende de la conexión superior del portafusible (por un muelle asociado a él) con la consiguiente apertura visible del circuito.

Se emplean en CT intemperie, y se desarrollarán en la unidad siguiente.

Relé electromecánico. Protección directa

Los relés electromecánicos son unos aparatos de tipo magnetotérmico instalados

en serie en el circuito principal que soporta todas las incidencias que puedan

ocurrir en el mismo, y que provocan la apertura del interruptor al sobrepasar el

valor prefijado de intensidad por medio de un percutor y timonería de disparo.

Actualmente su empleo es minoritario, ya que han quedado obsoletos.

Este aparato protege tanto frente a sobrecargas como frente a cortocircuitos:

Para la protección contra sobrecargas están constituidos por un bimetal que provoca el disparo en función de la curvatura que adquiere por calentamiento, dependiendo este cuadráticamente de la intensidad que lo atraviesa.

Para la protección contra cortocircuitos están constituidos por una bobina que en función del campo producido por la intensidad que la atraviesa provoca la actuación de un elemento percutor que actúa sobre el aparato al que está asociado de modo que provoque su apertura.

El disparo puede ser instantáneo, a tiempo constante, a tiempo inverso o extremadamente inverso, en función del modelo y características de la instalación.

Estos relés se pueden asociar bien a un interruptorbien a un disyuntor, siendo sus curvas de disparo y sus sistemas de instalación distintos en ambos casos:

Si se asocian a un interruptor, disponen de una única curva de disparo para realizar la protección contra sobrecargas, mientras que si se asocian a un disyuntor disponen de diversas curvas de disparo contra sobrecargas y cortocircuitos, con temporización.

Si el relé se instala en un interruptor, se sitúa sobre el fusible, de modo que el sistema de percutor del mismo actúe sobre el relé, y éste sobre el interruptor, mientras que si se instala en un disyuntor, su mecanismo percutor actúa directamente sobre éste por medio de la timonería adecuada.

Como son elementos electromecánicos que deben soportar todas las incidencias del circuito principal (con los esfuerzos electrodinámicos que ello supone en caso de sobrecargas o cortocircuito), con el paso del tiempo los valores de disparo pueden variar notablemente sobre los inicialmente previstos, perdiendo en parte su función de protección o pudiendo provocar disparos intempestivos.

Por otro lado, la aplicación de la electrónica en el diseño de los relés de protección, con una elevada precisión, ha desplazado su uso, por otro lado sobrevenido también por su tamaño, que hace inviable su instalación en las actuales celdas de aislamiento en hexafluoruro de azufre (SF6). Estos se estudiarán en el siguiente apartado

Relé electrónico. Protección indirecta

Los relés electrónicos, incorporados o no en el aparato correspondiente

(interruptor o disyuntor) reciben una señal proporcional a la intensidad que circula

por el circuito principal, a través de elementos tales como transformadores de

intensidad, y provoca la apertura del mismo al sobrepasar el valor prefijado de

intensidad por medio de una señal de apertura a través de la bobina de disparo

incorporada en el aparato.

Igual que en el caso de los electromecánicos, si se asocian a un interruptor, disponen de una única curva de disparopara realizar la protección contra sobrecargas, mientras que si se asocian a un disyuntordisponen de varias curvas de disparo contra sobrecargas y cortocircuitos, con temporización.

Al tratarse de relés electrónicos, la gama de protecciones se amplía, siendo frecuente incorporar además la homopolar.

Normalmente, si el relé se incorpora en el aparato o celda correspondiente recibe la señal de transformadores toroidalesatravesados por el circuito principal, o a través de los transformadores del equipo de medida(los cuales deben de disponer necesariamente, en este caso, de un doble devanado secundario, uno para medida y otro para protección).

Siendo elementos electrónicos y estando aislados del circuito principal, los valores de disparo se mantienen constantes, resultando una protección muy eficaz.

Protección contra sobrecalentamientos

En caso de incidente interno o de funcionamiento del transformador en régimen de

sobrecarga durante periodos prolongados de tiempo, se produce un incremento de

temperatura sobre la normal de funcionamiento de modo que se puede producir la

degeneración de los aislamientos y provocar la destrucción del mismo.

En cualquier caso, la elevación de temperatura produce un acortamiento de la vida útil.

Como ejemplo, un sobrecalentamiento de 8 °C de larga duración reduce a la mitad la vida

normal del transformador.

Para la detección de los fenómenos asociados al sobrecalentamiento del transformador y

realizar su protección existen dispositivos que provocan una señal de disparo o alarma en

función de la temperatura, emisión de gases o sobrepresiones.

En la siguiente tabla se muestra un resumen de los distintos sistemas de protección y los

elementos empleados para ello, que se desarrollarán en los próximos apartados.

Tipo de protección Elemento

Por temperatura Termómetros y termostatos

Por sobrepresión Válvulas de sobrepresión

Por emisión de gases y sobrepresión Relés Buchholz

Integral (Temperatura, gases y

sobrepresión

Relés DGPT2

En todos estos elementos, el contacto de disparo se asocia a una bobina de emisión

instalada en el interruptor de protección.

Protección por temperatura. Termómetros y termostatos

Los dispositivos que protegen al transformador contra sobrecalentamientos por

medio de una lectura de la temperatura del mismo son los termómetrosy

termostatos

La diferencia principal entre ambos tipos es que los termómetros indican la temperatura y los termostatos no.

A continuación se profundiza en ambos equipos:

1. Termómetros: Los termómetros se instalan en la tapa del transformador, con la sonda detectora introducida en un alojamiento dentro de la cuba, en contacto con el aceite, indicando en todo momento su temperatura por medio de una aguja indicadora, en la mayoría de los casos sobre una esfera circular. Disponen además de dos contactos ajustables para alarma y disparo a la temperatura seleccionada.

Según establece la norma CEI 76-2 el calentamiento máximo en la parte superior del aceite es de 60 K, con una temperatura ambiente media de 30°C (mes más caluroso), debiendo por tanto fijarse el umbral de alarma a 70°Cy el umbral de disparo a 90°C.

Si la potencia máxima de los contactos del termómetro (varia de 10 a 30 VA según fabricante) es menor que la potencia que consume la bobina de disparo (valor típico: 20 VA) de la celda de protección, resulta necesario intercalar un relé auxiliar intermedio. En la siguiente figura se muestra el esquema de conexión.

Este sistema no necesita ninguna alimentación auxiliar

2. Termostatos: Al igual que los termómetros, se instalan en la tapa del transformador, con la sonda detectora inmersa en el aceite.

Disponen de un elemento bimetálico que cierra un circuito (generalmente por dilatación del aceite) al alcanzar la temperatura seleccionada, pudiendo regular también dos umbrales de control de temperatura (Alarma y Disparo).

Protección por sobrepresión. Válvulas de sobrepresión

El calentamiento anormal durante el funcionamiento del transformador provoca efectos

sobre el aceite tales como sobrepresiones en la cubade los transformadores con

depósito de expansión.

En los transformadores sumergidos en líquido aislante, un cortocircuito o arco interno

puede provocar un rápido aumento de presión debido a la vaporización instantánea de

parte del líquido, pudiendo darse una deformación la cuba o incluso su rotura.

Para protegerlo se instala, sobre la tapa o en el extremo de una tubería una válvula de

alivio de sobrepresión tarada a250 mbar. (Dos válvulas en los transformadores de 1000

kVA).

La actuación extremadamente rápida de la válvula libera la presión interna del estanque,

evitando daños de éste e incluso protegiendo al transformador mismo de defectos mayores

por medio de un contacto eléctrico de desconexión. Dispone, asimismo, de un indicador

mecánico de haber actuado.

Se utilizan normalmente en transformadores de 750 KVA o mayores.

Protección por emisión de gases y sobrepresión. Relés Buchholz

El calentamiento anormal durante el funcionamiento del transformador provoca efectos sobre el aceite tales como su descomposición, con la correspondiente emisión de gases.

Para la detección y protección de este tipo de incidencias, en los transformadores con depósito de expansiónse utiliza un accesorio denominado relé Buchholz, instalado entre el depósito y la cuba.

Este tipo de relé detecta mediante un sistema de flotadoreslos gases producidos por la descomposición del aceite o una bajada del nivel del mismo (flujo de aceite a elevada velocidad) desde el transformador hacia el depósito de expansión.

Dispone de dos niveles de control, alarma y disparo (desconexión del transformador), en función de la velocidad con que se haya producido la emisión de gases o el flujo de aceite.

Sobre el cuerpo del relé existen una o dos ventanas con escala indicadora del volumen de gas acumulado, así como una válvula para purgadoo toma de muestras de gas.

Entre el relé y el depósito de expansión también se puede montar una válvulapara operaciones de mantenimiento.

Al poner en marcha un transformador se puede producir una ligera emisión de gases (por aire ocluido en el aceite, núcleo, bobinados,...) que puede provocar un disparo del relé sin corresponder a un funcionamiento anómalo, por lo que se debe proceder a un estudio de los gases para conocer su origen y poder determinar si su emisión se corresponde o no con una avería interna.

Protección integral (Temperatura, gases y sobrepresión). Relés DGPT2

En los transformadores de llenado integralhay un elemento que aglutina los tres sistemas

de protección vistos anteriormente (protección de temperatura, de gases y de

sobrepresión). Es el llamado relé DGP2, que provoca una señal de alarma o disparo ante

cualquier anormalidad que detecte.

En los modernos transformadores herméticos de llenado integral se asocia en un solo

aparato la detección de desprendimiento de gases(DG), aumentos de presión(P) e

incrementos de temperatura(T).

Este aparato dispone de dos (2) niveles de control (alarma y disparo), en función de la

velocidad con que se haya producido la emisión de gases.

De todo lo anterior se deduce fácilmente de dónde viene su nombre: DG-P-T-2

Imagen del funcionamiento del relé DGPT2

Protección contra Sobretensiones. Pararrayos

Los transformadores, como el resto de equipos eléctricos instalados en el CT, están

preparados para soportar diferentes solicitaciones dieléctricas, definidas por su nivel de

aislamiento contra sobretensiones, pero en ocasiones las sobretensiones transitorias que

aparecen en la red (especialmente las de origen atmosférico) superan con mucho estas

características de aislamiento.

Los pararrayos, conectados en paralelo a los equipos a proteger, y a tierra, evitan que

las sobretensiones superen dicho aislamiento y mantienen la continuidad del servicio,

actuando de la siguiente forma:

Limitan la tensión aguas abajo del sistema o elemento a proteger sin que en sus bornes presente un nivel de tensión superior a su nivel superior de aislamiento nominal (tensión residual).

Derivan a tierra la sobreintensidad asociada a la sobretensión. Se desconectan de tierra si la sobreintensidad es superior a la que pueden

soportar, quedándose en cortocircuito. Para ello los pararrayos pueden disponen de un sistema de desconexión denominado desconectador de tierra, que actúa además como señalizador, al proporcionar una indicación inequívoca del fallo del pararrayos, permitiendo su rápida detección y sustitución.

Su sistema de actuación es el siguiente: En el interior de la base existe un dispositivo que

en caso necesario origina un pequeño arco que hace detonar un cartucho, separando el

latiguillo de conexión a tierra del pararrayos.

Para el caso concreto de los CTs cabe distinguir tres casos:

1. CT alimentados por una red de cables subterráneos:

En este caso no precisa instalar pararrayos, pues por su naturaleza en este tipo de red no

pueden aparecer sobretensiones de tipo atmosférico.

2. CT alimentados directamente por línea aérea:

Deben instalarse pararrayos en el punto de acometida de la línea aérea al CT.

Habitualmente se colocan en la cara exterior de la pared por donde entra la línea, para que

la eventual explosión de un pararrayos, no afecte a los aparatos o elementos instalados en

el interior del CT.

3. CT alimentados por un corto tramo de cable subterráneo conectado por su otro extremo a una línea aérea:

Las sobretensiones atmosféricas que llegan al cable por la línea aérea, penetran en el

mismo en aproximadamente un 20% de su valor y llegan hasta el CT.

Por tanto, deben colocarse pararrayos en el punto de conexión del cable subterráneo a la

línea aérea, físicamente en el poste donde se efectúa la conexión.

Estos pararrayos protegen en primer lugar el tramo de cable subterráneo pero protegen

también los elementos del CT (equipo de MT y transformadores), cuando la distancia entre

los pararrayos y el CT es inferior a 25 m aprox. Para distancias superiores debe instalarse

otro juego de pararrayos en el propio CT

Hay dos tipos fundamentales de pararrayos atendiendo a su tecnología de

funcionamiento: de carburo de silicio, SiC y de óxidos metálicos, ZnO

Si bien hoy en día, los segundos han desplazado a los primeros por sus mejores

prestaciones, quedando la clasificación reducida al tipo de envolvente utilizada: cerámica

y polimérica

Nuevamente, la tendencia es a utilizar exclusivamente el segundo tipo, ya que en caso de

sobretensiones, con una corriente asignada importante se puede llegar a alcanzar la

temperatura crítica de rotura de la porcelana, lo que provocaría una explosión de

fragmentos dirigidos hacia todas partes con el peligro consecuente.

Tipos de pararrayos

En este apartado se describen brevemente los principios de funcionamiento y la

constitución básica de los pararrayos.

1. Pararrayos de Carburo de Silicio

Utilizan resistencias no lineales de carburo de silicio en serie con una estructura de

explosores(a través de los cuales se descarga la sobretensión).

Las resistencias limitan y cortan la corriente, pero precisan de la utilización de los

explosores ya que el carburo de silicio tiene un pequeño coeficiente de no-linealidad, y

siempre estaría conduciendo. La conexión en serie de los explosores disminuye la tensión

aplicada a los bloques, impide el paso de corrientes de fuga y corta el paso de la corriente

que se produce después de una descarga.

Actualmente están en desuso.

2. Pararrayos de Óxidos Metálicos

Estos pararrayos están compuestos por pastillas o bloques de óxido metálico que

funcionan como varistores(resistencias variables con la tensión) envueltos al vacío por

una cubierta de fibra de vidrio y silicona, cerrada por otra envolvente que le permiten

obtener la línea de fuga deseada, y unas arandelas de cierre pegadas a unos terminales que

permiten la conexión del cable.

Los bloques presentan una alta impedancia en condiciones normales de funcionamiento de

la red, teniendo unas descargas en funcionamiento normal del orden de miliamperios,

pero, debido a su curva de funcionamiento altamente no lineal, la aparición de una

sobretensión en la red implica una disminución exponencial de la resistencia que presenta

el varistor a la circulación de la corriente, derivando la sobreintensidad a tierra a través de

ella e impidiendo que la tensión en la red supere el nivel de aislamiento nominal del

equipo.

Los pararrayos de ZnO con envolvente polimérica son los más utilizados actualmente

por las siguientes razones:

ZnO = Mayor vida útil o Mejor característica de no-linealidad o Al no tener explosores, no hay elementos mecánicos ni desgaste

Polimérico= Mayor seguridad o Frente a golpes, vandalismo o Más fácil instalación o Ante una descarga superior a la máxima admisible, no estallan.

Web de CELSA. Fabricante de pararrayos:

http://celsa.com.co/protecciones/espanol/pararrayos.htm

Web de INAEL. Fabricante de pararrayos:

http://www.inael.com

Protección contra la entrada de humedad. Desecador de aire

Los desecadores de aireson usados en transformadores aislados en aceite para evitar,

mediante su absorción, la entrada de aire húmedo al depósito de expansión (en su caso).

Por tanto, se colocan entre en el extremo inferior de una tubería de respiración que

comunica el ambiente con la parte interior más elevada del depósito de expansión.

Tienen un indicador de colorde saturación (usualmente rosa si no están saturados y azul

si lo están) para su fácil mantenimiento (se pueden extraer y secar en un horno para

evaporar la humedad y volver a ser reutilizados).

Existen muchos modelos en relación a la cantidad de aceite del transformador y la

cantidad de material desecante, llamado silicagel.

La tabla muestra un resumen:

Aceite (dm3) Silicagel (kg)

1600 0,37

3500 0,76

9000 2,2

22000 5,2

44000 10,5

65000 15,2

100000 25,6

200000 46,3

Transformador Seco de Distribución

Los transformadores de tipo seco se caracterizan porque tanto el circuito magnético como

los arrollamientos no están sumergidos en un dieléctrico liquido, sino que como

aislamiento (seco) emplean el papel cartón y las resinas sintéticas.

Cuando uno o más arrollamientos están encapsulados en un aislamiento sólido se llama

"transformador seco encapsulado".

Cada vez son más utilizados, frente a los sumergidos en aislante líquido por presentar

numerosas ventajas frente a ellos:

1. Autoextinguibles.

En caso de fuego externo al transformador que afecte al mismo, éste arde con mucha

dificultad y con llama débil, la cual se extingue rápidamente al cesar el foco productor.

2. Inercia térmica elevada.

Debido a una mayor masa que sus equivalentes en líquido, su constante de tiempo es muy

superior, por lo que soporta mejor las sobrecargas de corta duración.

3. Compactos.

Al ser sus únicos elementos el circuito magnético, las bobinas y los elementos de fijación,

su diseño es muy compacto resultando un conjunto robusto y a prueba de vibraciones.

4. Gran resistencia al cortocircuito.

Como consecuencia del encapsulado, que rodea a los conductores además de unirlos

fuertemente entre sí, la resistencia a los esfuerzos electrodinámicos generados en un

cortocircuito es muy alta.

5. Mantenimiento reducido.

Solamente se requiere alguna limpieza del polvo en las superficies, si éste llegara a

producirse.

6. Facilidad de instalación.

Es suficiente una protección contra contactos, ya que no precisa foso de recogida de

líquido ni instalación en local hecho de obra.

A continuación se describen sus principales características constructivas, eléctricas, así

como los accesorios y protecciones de los que constan

Características constructivas

La norma UNE 21538-1:2007 es quien establece las características de los transformadores

trifásicos tipo seco de distribución en baja tensión, para servicio continuo, en interior,

refrigeración natural y con dos arrollamientos.

A continuación se describen las características constructivas más importantes:

1. Núcleo magnético

El núcleo magnético del transformador está formado por chapas de grano orientado,

apiladas y aisladas entre si (para reducir las pérdidas por corrientes de Foulcault).

2. Devanados de AT y BT

Los bobinados de este tipo de transformadores deben tener sus partes activas aisladas con

materiales inalterables a los agentes externos y que impidan, al mismo tiempo, la

penetración de cualquier elemento contaminante o agresivo, manteniendo, de esta manera,

constantes sus características dieléctricas.

Normalmente el bobinado de AT está construido en hilo esmaltado de cobre o banda

desnuda, formando bobinas o "galletas" separadas y aisladas entre capas.

Estas bobinas presentan además de los principios y finales de los arrollamientos, otras

tomas centrales para la regulación de tensiones por medio de puentes de conexión. Una

vez terminado de realizar el arrollamiento, la bobina se monta en un molde y se encapsula

en resina epoxi.

La bobina de BT se realiza bien con pletinas, bien con banda laminada de cobre y con

un encapsulado similar al de las bobinas de A.T.

3. Bornes de conexión

Los bornes de conexión de Alta Tensión están formados por un terminal de cobre

estañado con un agujero de 14 mm de diámetro y se sitúan en el frente del transformador.

Los bornes de conexión de Baja Tensión son siempre terminales en forma pala con dos

ó más agujeros de 14 mm de diámetro y se encuentran situados en la parte superior.

Mirando el transformador desde el lado de baja tensión, los bornes de BT se deben

designar de derecha a izquierda, por los símbolos siguientes:

N - 2 U - 2 V - 2 W

El borne del neutrose debe designar con el símbolo N.

Mirando el transformador desde el lado de alta tensión, los bornes de AT se deben

designar de izquierda a derecha, por los símbolos siguientes:

1 U - 1 V - 1 W

Todos los símbolos se deben marcar de forma indeleble sobre el propio borne.

En la siguiente imagen se muestran todos los componentes de los que constan este tipo de

transformadores:

Clases ambientales, climáticas, de comportamiento al fuego y térmicas

Los transformadores secos deben cumplir una serie de requisitos

medioambientales, climaticos, de comportamiento al fuego y de

calentamiento, especificados en las normas correspondientes.

Esos requisitos vienen establecidos en clases.

A continuación desarrollamos todas y cada uno de esas clases y sus características

1. Clases ambientales y climáticas:

Los transformadores de tipo seco están previstos para instalación interior, si bien utilizando una envolvente (o diseño especial) que los proteja de las condiciones climáticas, pueden instalarse a la intemperie.

Como mínimo deberán cumplir los requisitos de las clases E1 (clase ambiental mínima de resistencia a la humedad, condensación y contaminación) y C1 (clase climática).

Clase Ambiental

E1 Ensayo de condensación

E2 Ensayo de condensación y Ensayo de penetración de humedad

Ensayos validación clase ambiental, según UNE 21178

Clase Climática

C1 Instalación para interior. Temperatura ambiente no más baja de – 5°C. (En transporte y almacenaje hasta – 25°C)

C2 Instalación para exterior. Temperatura ambiente hasta –25 °C.

Clases Climáticas, según UNE 21178

2. Clase de comportamiento al fuego:

El requisito mínimo de comportamiento al fuego es la clase F0, los fabricantes generalmente suministran de serie el tipo F1 (auto extinguible).

Clase Resistencia al fuego

F0 No se realizan medidas especiales para limitar la inflamabilidad.

F1 El fuego debe auto extinguirse en un tiempo determinado. La emisión de sustancias tóxicas y humos opacos debe minimizarse (libre de halógenos).

F2 El transformador es capaz de funcionar durante un tiempo estando

sometido a un fuego externo, también cumple con la clase F1

Clases de resistencia al fuego, según UNE 21178

Las clases ambientales, climáticas y de resistencia al fuego deben estar

marcadas en la placa de características del transformador (leyenda: EX - CX -

FX).

3. Clase térmica. Calentamiento:

De igual forma a las clases anteriores, se define un nuevo parámetro en estos transformadores: la clase térmica, determinada por el calentamiento máximo admisible que se puede producir en los arrollamientos (bobinas).

Este valor está relacionado con la temperatura máxima que se puede producir en cualquier parte del sistema de aislamiento de los arrollamientos y viene determinado por la norma UNE 60076-11.

Son los que figuran en la siguiente tabla:

Parte Temperatura del

sistema de aislamiento (°C)

Calentamiento máximo

(°K)

Arrollamientos (medido por el

método de variación de resistencia)

105 (A) 60

120 (E) 75

130 (B) 80

155 (F) 100

180 (H) 125

220 (C) 150

Circuito magnético, partes

metálicas y adyacentes

La temperatura no alcanzará en ningún caso un valor que pueda dañar el propio circuito magnético,

otras partes o materiales adyacentes

Límites de calentamiento, según UNE 21305

En estos transformadores, los valores máximos de calentamiento en las bobinas corresponderán a la clase F: 100 °K

Características eléctricas

La norma UNE 21538-1:2007 también establece las características eléctricas

de los transformadores trifásicos tipo seco de distribución en baja tensión.

Dichas características se resumen en los siguientes puntos:

1. Potencias asignadas:

Están normalizadas las siguientes potencias asignadas(UNE 21538), siendo preferentes los valores resaltados:

Potencias normalizadas kVA

100 160 200

250 315 400

500 630 800

1000 1250 1600

2000 2500 kVA

2. Tomas:

El arrollamiento de alta tensión debe estar provisto de las tomas correspondientes a una extensión de tomas de ±2 · 2,5%.

Sin embargo, y hasta que finalice el período transitorio de adaptación a la nueva tensión nominal en baja tensión de 400 V (420 V en vacío), puede optarse por las extensiones de tomas de +2,5%, +5% +7,5% y +10%.

Estas tomas deben ser conectadas mediante puentes móviles o desmontables.

3. Grupos de conexión

Los grupos de conexión utilizados son:

Yzn1 1 o Dyn1 1, potencias inferiores a 250 kVA Dyn1 1, desde 250 kVA de potencia

4. Tensiones asignadas: El bobinado primario o de A.T. tiene unos valores normalizados de

tensión asignada -Ur- (a los que les corresponden una tensión mas elevada -Um-) mostrados en la tabla:

Um (kV) 3,6 7,2 12 17,5 24 36

Ur (kV) 3 a 3,3 5 a 6,6 10 a 11,5 12 a 16 20 a 22 25 a 34,5

El bobinado secundario, B.T. tiene una tensión asignada de 400 V (420 V en vacío y Um = 1,1 kV).

Placa de características

Al igual que los transformadores con aislamiento líquido, los secos deben estar

provistos con una placa de característicasde material resistente a la intemperie,

fijada en un lugar visible.

Los datosque deben mostrar son los indicados a continuación:

1. Transformador de tipo seco 2. Número y año de la parte de la norma UNE-EN 60076 correspondiente (11-

2005) 3. Nombre del fabricante 4. Número de serie del fabricante 5. Año de fabricación 6. Temperatura del sistema de aislamiento para cada arrollamiento

La primera letra o indicación debe referirse al arrollamiento de alta tensión, la segunda letra o indicación debe referirse al arrollamiento de baja tensión.

Cuando existan más de dos arrollamientos, las letras o indicaciones deben colocarse en el orden de los arrollamientos desde la alta tensión a la baja tensión.

7. Número de fases 8. Potencia asignada para cada tipo de refrigeración 9. Frecuencia asignada 10. Tensiones asignadas, incluyendo las tensiones de las tomas, si tiene 11. Corrientes asignadas para cada tipo de refrigeración 12. Grupo de conexión 13. Impedancia de cortocircuito a la corriente asignada y a la temperatura

de referencia apropiada 14. Tipo de refrigeración 15. Masa total 16. Niveles de aislamiento 17. Grado de protección 18. Clase ambiental 19. Clase climática 20. Clase de comportamiento al fuego

En la placa de características deben aparecer las tensiones soportadas asignadas de cada uno de los arrollamientos.

Las inscripciones en la placa deben realizarse con marcado indeleble(es decir, grabado químico, grabado mecánico, estampado o por un proceso fotoquímico).

Protección térmica

Cuando los transformadores secos se sobrecargan por encima de un cierto valor,

la temperatura en los bobinados se eleva y comienza la degeneración de los

aislamientos, es decir, la destrucción del transformador. Dado que estos

sobrecalentamientos no están producidos por altas sobreintensidades o

cortocircuitos, no pueden ser protegidos por fusibles o relés de sobreintensidad,

lo cual obliga a controlar exclusivamente la temperatura de los bobinados en

el punto más caliente del transformador.

Para realizar este control se dispone de diversos sistemas de protección térmica, siendo los más normales:

Sondas PT 100 y centralita digital.

En cada uno de los bobinados de B.T. (ya que las sobrecargas a vigilar son las originadas en BT van dispuestas una o dos sondas térmicas, generalmente del tipo PT100 (Resistencia tipo PTC: resistencia variable, con coeficiente de temperatura positivo -al incrementarse la temperatura aumenta la resistencia-).

La primera sonda actuaría como alarma, debiendo regularse a una temperatura inferior a la máxima (ver tabla clase térmica). En nuestro caso (F), unos 145 ºC.

La segunda sonda, regulada a la temperatura máxima permitida, producirá la desconexión del transformador. En nuestro caso (F), 155 ºC.

Las sondas se conectarán a una unidad de control y medida(relé electrónico de protección asociado a la bobina de disparo instalada en el interruptor de protección), alimentada directamente del secundario del transformador (intercalando un elemento de protección adecuado).

Termómetros con indicación y contactos de alarma y desconexión. Similar al caso visto en los transformadores en aceite. Dado que la capacidad de los contactos es pequeña, deberán

accionarse los elementos de protección o desconexión a través de relés auxiliares.

Este sistema no necesita ninguna alimentación auxiliar. Termorresistencias PTC con relés de accionamiento.

Consiste en la introducción de dos sondas PTC en cada uno de los bobinados de B.T., cada una de ellas con una temperatura diferente de corte.

Como en el caso anterior, la capacidad de estas sondas es muy pequeña y por tanto deben actuar sobre las bobinas de un equipo de relés auxiliares.

Este sistema tampoco necesita alimentación auxiliar.

En algunas unidades, estos sistemas de control están conectados a unos ventiladores de refrigeración, como muestran las imágenes.

Web de GEDELSA. Fabricante de trafos de distribución:

http://www.gedelsa.es/

Web de COTRADIS.Fabricante de trafos de distribución:

http://www.cotradis.com/

Web de LAYBOX.Fabricante de trafos de distribución:

http://www.laybox.com/

Web de IMEFY.

http://www.imefy.com/

Web de INCOESA.Fabricante de trafos de distribución:

http://www.incoesa.com/

Web de ALKARGO.Fabricante de trafos de distribución:

http://www.alkargo.com/

Web de MACE.Fabricante de trafos de distribución:

http://www.mace.it/introspa.html

Web de JARA.Fabricante de trafos de distribución:

http://www.trafojara.com/

Web de OASA.Fabricante de trafos de distribución:

http://www.oasa-trafo.com/

Web de MACE. Fabricante de trafos de distribución:

http://www.mace.it/spagnolo/home_01.html