PT004-V4 Centros de Transformación MT-BT

Publicacin Tcnica Schneider Electric PT-004 / p. 2

La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedades en automatismosindustriales y electrotcnica. Tienen origen en el Centro de Formacin para cubrir un amplio abanico denecesidades pedagogicas y estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen una informacinespecfica, que complemente la de los catlogos, guas de producto o noticias tcnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones, lossistemas y equipos elctricos. Cada Publicacin Tcnica recopila conocimientos sobre un tema concretodel campo de las redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

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La reproduccin total o parcial de esta Publicacin Tcnica est autorizada haciendo la mencin obligatoria:Reproduccin de la Publicacin Tcnica n 004: Centros de Transformacin MT/BT de Schneider Electric.

PT-004

Robert CapellaIngeniero Tcnico Elctrico con actividad simultnea en los mbitosindustrial y docente. Profesor de mquinas elctricas y de teora de circuitospara Ingenieros Tcnicos. Profesor de laboratorio para IngenierosIndustriales.

En el mbito industrial, se ha ocupado en etapas sucesivas de: hornos dearco, motores y accionamientos, transformadores y estaciones detransformacin, aparamenta de MT y AT y equipos blindados en SF-6,turboalternadores industriales, transformadores de medida y rels deproteccin. Con especial dedicacin al proyecto y construccin de cabinasprefabricadas de MT hasta 36 kV.

En la actualidad, colaborador en el laboratorio de Ingeniera Elctrica de laEscuela Superior de Ingeniera Industrial de Barcelona y en el Centro deFormacin de Schneider Electric.

Centros de Transformacin MT/BT

Publicacin Tcnica Schneider Electric PT 004. Edicin: noviembre 2 000

Centros de Transformacin MT/BT / p. 5

ndice

Terminologa p. 8Normativa p. 81 mbito y funcin de la MT. 1.1 Introduccin p. 9

Tensiones de trabajo 1.2 Tensiones p. 92 Centros de transformacin MT 2.1 Clasificacin de los CT MT/BT p. 10

2.2 Alimentacin de los CT de MT p. 112.3 CT de red pblica y CT de abonado p. 13

3 Componentes bsicos de un CT 3.1 Componentes bsicos p. 143.2 Equipo MT p. 143.3 Caractersticas comunes p. 163.4 Valores normalizados p. 163.5 Condiciones de eleccin p. 183.6 Comportamiento frente a las corrientes de p. 19

cortocircuito3.7 Conjuntos prefabricados p. 19

4 Transformador de potencia MT/BT 4.1 Potencias p. 294.2 Tensin secundaria p. 294.3 Grupo de conexin p. 304.4 Tensin de cortocircuito p. 304.5 Cambiador de tensiones p. 324.6 Tipos constructivos p. 324.7 Comparacin entre ambos tipos constructivos p. 334.8 Proteccin de los transformadores contra p. 35

sobretemperaturas4.9 Equipo de BT p. 384.10 El esquema elctrico MT del CT p. 394.11 Protecciones p. 40

5 Instalaciones de puesta a tierra 5.1 La circulacin de la corriente elctrica p. 42por el suelo

5.2 Paso de la corriente por el terreno p. 445.3 Diseo de la instalacin de puesta a tierra p. 49

de un CT MT/BT5.4 Corriente mxima de cortocircuito unipolar p. 53

fase-tierra, en la parte de MT del CT5.5 Sobretensiones admisibles en la parte p. 54

de BT de los CT5.6 Aspectos a tener en cuenta en el diseo de p. 54

los electrodos de puesta a tierra5.7 Parmetros caractersticos de las p. 55

configuraciones tipo5.8 Procedimiento de clculo p. 565.9 Orden de los clculos p. 565.10 Separacin de los sistemas de puesta a tierra p. 65

de proteccin (masas) y de servicio (neutro)


6 Ventilacin de los CT 6.1 Calentamiento p. 686.2 Objeto de la ventilacin p. 686.3 Aberturas de ventilacin p. 706.4 Observaciones complementarias p. 73

7 Proteccin contra sobretensiones 7.1 Sobretensiones. Aislamiento p. 757.2 Descripcin de los pararrayos de proteccin p. 777.3 Instalacin de pararrayos en los CT p. 79

8 Proteccin contra incendios 8.1 Sistema pasivo p. 80de los CT 8.2 Sistema activo p. 82

9 Disposicin interior de los CT p. 8310 Determinacin de la potencia 10.1 Determinacin de la potencia de los CT p. 88

de los CT 10.2 Determinacin de la carga p. 8910.3 Determinacin de la potencia de un CT para p. 93

alimentacin de un edificio de viviendas(con algunos locales u oficinas comerciales)

11 Proyecto de un CT de abonado 11.1 El proyecto p. 9711.2 Documentos que comprende el proyecto p. 97

de un CT11.3 ndice de apartados de un proyecto p. 98

12 Alumbrado, sealizacin 12.1 Alumbrado p. 101y material de seguridad 12.2 Sealizacin y material de seguridad p. 101

A1 Funciones y aplicaciones de los A1.1 Seccionador p. 102aparatos de maniobra MT A1.2 Interruptor-seccionador p. 103

A1.3 Fusibles MT p. 107A2 Interruptor automtico ca MT A2.1 Definicin p. 111

A2.2 Principales aplicaciones p. 111A2.3 Normativa p. 111A2.4 Tipos constructivos actuales p. 111A2.5 Tipos constructivos de fabricacin actual, p. 114

y/o vigentes en servicioA2.6 Accesorios posibles p. 116A2.7 Asociacin con transformadores de intensidad p. 116A2.8 Secuencias de maniobras p. 117A2.9 Caractersticas nominales de los interruptores p. 117

automticos MTA2.10 Coordinacin de los valores nominales de los p. 120

interruptoresA2.11 Placa de caractersticas p. 121

A3 Medida y control de la intensidad A3.1 Objeto p. 122y de la tensin. TC y TT A3.2 Normativa p. 122

A3.3 Tipos y modelos constructivos actuales p. 122A3.4 Conexin p. 123A3.5 Errores p. 126A3.6 Transformadores de tensin: caractersticas p. 126

nominales y valores normalizadosA3.7 Transformadores de intensidad: caractersticas p. 131

nominales y valores normalizadosA3.8 Marcado de la placa de caractersticas p. 136


A4 Aparamenta MT bajo envolvente A4.1 Aparamenta bajo envolvente metlica p. 138metlica A4.2 Normativa p. 138

A4.3 Tipos constructivos p. 138A4.4 Otros aspectos constructivos p. 139A4.5 Caractersticas nominales (asignadas) de la p. 144

aparamenta bajo envolvente metlica (cabinas)A5 Puesta a tierra del punto neutro A5.1 Prembulo p. 144

en los sistemas MT A5.2 Punto neutro p. 150A5.3 Ejemplo de clculo p. 151

A6 Regmenes de neutro en BT A6.1 Regmenes de neutro p. 152A6.2 Caractersticas comparativas p. 152A6.3 Resumen p. 155

A7 Ejemplo de equipo de BT para CT A7.1 Descripcin p. 156de red pblica, hasta 1000 kVA,segn Recomendacin UNESARU-6302 B

A7.2 Unidad funcional de seccionamiento p. 156A7.3 Unidad funcional de control p. 157A7.4 Unidad funcional de embarrado y salidas p. 157A7.5 Otros datos de inters p. 158


CT Centro de TransformacinAT Alta TensinMT Media TensinBT Baja TensinNTE Normas Tecnolgicas de EdificacinRAT Reglamento sobre Condiciones Tcnicas y Garantas de Seguridad en Centrales

Elctricas y Centros de TransformacinMIE-RAT n... Instruccin Tcnica Complementaria del RAT, nmero ...RBT Reglamento Electrotcnico para Baja TensinMIE-BT n... Instruccin Tcnica Complementaria del RBT, nmero ...CEI Comisin Electrotcnica InternacionalUE Unin Europea

Terminologa

Normativa

1.- Normativa bsica para el proyecto y realizacin de un CT Reglamento sobre Condiciones Tcnicas y Garantas de Seguridad en Centrales Elctricas yCentros de Transformacin RAT, y sus Instrucciones Tcnicas Complementarias MIE-RAT.Habitualmente se le denomina Reglamento de Alta Tensin. Reglamento Electrotcnico para Baja Tensin RBT, y sus Instrucciones TcnicasComplementarias MIE-BT. Normas Tecnolgicas de Edificacin NTE, apartados Instalaciones Elctricas, Centrosde Transformacin y Puesta a Tierra. Ordenanzas Municipales, correspondientes al lugar de ubicacin del CT.Nota: En los citados reglamentos RAT y RBT figuran sendas listas de las normas UNEdeclaradas de obligado cumplimiento.

2.- Normativa optativa Son particularmente aconsejables de tener en cuenta, las Recomendaciones UNESA RUque afectan a los CT, as como el Proyecto tipo UNESA de CT en edificios.UNESA (Unidad Elctrica, S.A.) es la asociacin de las principales empresas elctricasespaolas, para las que publica unas recomendaciones tcnicas RU a las que se atienendichas empresas.


1 mbito y funcin de la MT. Tensiones de trabajo

Los sistemas elctricos de produccin,transporte, distribucin y alimentacin a losreceptores (consumidores) de energaelctrica, funcionan prcticamente siempre encorriente alterna trifsica.En Europa y otros pases a 50 Hz y enNorteamrica y otros pases de su mbitotecnolgico, a 60 Hz.Estas son las que se denominan frecuenciaindustrial. En lo sucesivo, en este texto, seconsiderar siempre corriente alterna trifsicade 50 Hz.De la frmula de la potencia en corrientealterna trifsica S = 3 .U.I, se desprende

que para cualquier potencia que seconsidere, la intensidad y la tensin estn enrelacin inversa.En el aspecto tcnico, existen lmites en elvalor de la corriente a circular por losconductores, a conectar y desconectar conlos aparatos de maniobra a controlar por lostransformadores de medida, etc. Por tanto amedida que entran en consideracinpotencias ms elevadas, se hace necesarioutilizar tambin tensiones cada vez mayores,a fin de poder mantener la corriente dentro deunos lmites tcnica y econmicamenteadmisibles.

1.1 Introduccin

Las tensiones clasifican en: Baja Tensin (BT): hasta 1000 V valoreficaz en corriente alterna, y 1500 V encorriente continua. Alta Tensin (AT): a partir de 1001 V encorriente alterna.Ahora bien, segn la norma CEI-71respectivamente el MIE RAT-12 las tensionesde AT, se clasifican a su vez en:

Gama A 1 kV < U < 52 kVGama B 52 kV U < 300 kVGama C U 300 kV

Por otra parte, en la prctica usual de lasempresas generadoras y distribuidoras deenerga elctrica, se utilizan los trminossiguientes:

Media Tensin (MT) 1 kV < U 50 kVAlta Tensin (AT) 50 kV < U 300 kVMuy Alta Tensin (MAT) 300 kV < U < 800 kV

1.2 Tensiones

Por tanto, la Media Tensin (MT) corres-ponde prcticamente a la Gama A de CEI-71y MIE RAT-12.La AT y MAT se utilizan para las grandeslneas de transporte, desde las centralesgeneradoras, hasta las zonas de consumo(ciudades y reas industriales).La Media Tensin (MT) se utiliza para laslneas de distribucin y la Baja Tensin (BT)se utiliza para la alimentacin de los recep-tores, con alguna excepcin, por ejemplomotores de potencia elevada que sealimentan directamente en MT en su gamabaja (1,5 kV a 11 kV, preferentemente 3 - 5 -6 kV), siempre con el mismo objetivo demantener el valor de la intensidad dentro deciertos lmites.Por tanto, deben existir unos puntos donde setransforme la MT en BT.stos se llaman Centros de Transformacin,en adelante CT en este texto, y son el objetode este estudio.


2 Centros de transformacin MT

2.1 Clasificacin de los CT MT/BT

La clasificacin de los CT puede hacersedesde varios puntos de vista.

2.1.1.- Por su ubicacinAtendiendo a su ubicacin las NTE clasificanlos CT en: interiores, cuando el recinto del CT estubicado dentro de un edificio o nave, porejemplo en su planta baja, stano, etc., exteriores, cuando el recinto que contieneel CT est fuera de un edificio, o sea noforma parte del mismo. En este caso, puedenser: de superficie, por ejemplo una caseta deobra civil o prefabricada, dedicadaexclusivamente al CT, edificada sobre lasuperficie del terreno, subterrneo, por ejemplo un recintoexcavado debajo de una calle (habitualmentela acera), semienterrado, situacin intermedia, unaparte que queda debajo de la cota cero delterreno y otra parte que queda por encima dedicha cota cero.

2.1.2.- Por la acometidaAtendiendo a la acometida de alimentacinde la MT, pueden ser: alimentados por lnea area. En este caso,el edificio del CT debe tener una altura

mnima superior a 6 m, de acuerdo con elartculo 25 del Reglamento de lneaselctricas de Alta Tensin (acostumbra estarpublicado formando parte del RAT), alimentados por cable subterrneo.Habitualmente ste entra en el recinto del CTpor su parte inferior, por ejemplo por mediode una zanja, stano o entreplanta.

2.1.3.- Por su emplazamientoSegn sea el emplazamiento de los aparatosque lo constituyen, los CT pueden clasificarsetambin en: interiores, cuando los aparatos(transformadores y equipos de MT y BT)estn dentro de un recinto cerrado, intemperie cuando los aparatos quedan ala intemperie por ejemplo sobre postes o bienbajo envolventes prefabricadas, o seatransformadores y cabinas construidas paraservicio intemperie.Motivado por el creciente consumo deenerga elctrica (por m2, por habitante, etc.),y por la creciente urbanizacin del territorio,el tipo de CT cada vez ms frecuente, es elde recinto cerrado alimentado con cablessubterrneos MT.Se observa tambin una creciente utilizacindel tipo de CT exterior, de superficie, a basede caseta prefabricada de obra civil tambincon alimentacin por cable subterrneo MT.

En la Instruccin Tcnica MIE RAT 01 sedefine el CT como la instalacin provista deuno a varios transformadores reductores deMedia a Baja Tensin, con sus aparatos yobra complementaria precisos.

Para el proyecto y realizacin de un CT,existe una normativa bsica que se detalla alprincipio del libro, en el apartadoNormativa.Por tanto, los CT son los puntos deencuentro o puntos de frontera de la MTcon la BT. En ellos hay pues partes de MT ypartes de BT.


Fig.1: Los dos esquemas de base de una red de distribucin de MT: radial (o en antena) y enbucle abierto (o en anillo).

subestacinAT/MT

transformadores

esquemaradial

esquemaen bucle abierto

camino de alimentacin detodos los centros salvo el n 1

punto deaperturade bucle

transformadoresMT/BT

centro n1transformadorMT/BT

camino dealimentacindel centro n 1

transformadorMT/BT

transformadorMT/BT

AT/MT

2.2 Alimentacin de los CT de MT

La alimentacin, vistas las cosas desde elpropio CT puede ser: con un sola lnea de llegada dealimentacin, con dos lneas de llegada de alimentacin,procedentes de la misma estacintransformadora AT/MT.Estas dos alternativas responden a ladiferente configuracin que puede tener lared de distribucin en MT a la que se conecteel CT.

2.2.1.- Esquema radial, tambindenominado en antenaSu principio de funcionamiento es de unasola va de alimentacin. Esto significa que,cualquier punto de consumo en tal estructura,slo puede ser alimentado por un nicoposible camino elctrico. Es de tipoarborescente (figura 1).Esta arborescencia se desarrolla a partir delos puntos de alimentacin, que constituyenlas subestaciones de distribucin pblicaAT/MT o MT/MT.

Este esquema se utiliza en particular para ladistribucin de la MT en el medio rural. Enefecto, permite fcilmente y con un costemenor acceder a puntos de consumo de bajadensidad de carga (= 10 kVA) y ampliamenterepartidos geogrficamente (= 100 km2).Un esquema radial suele estar relacionadocon una distribucin de tipo areo.

2.2.2.- Esquema de bucle abierto o enanilloEst representado en la figura 1 y, msespecficamente en la figura 2.La lnea de distribucin en MT que parte de lasubestacin receptora AT/MT o MT/MT) formaun anillo que va recorriendo los CT de maneraque entra y sale de cada uno de ellos.Normalmente, este anillo est abierto en unpunto (de aqu su denominacin de bucleabierto).Por ejemplo en la figura 2, es el interruptor Adel CT-4. En este caso, los CT-1 a CT-4 estnalimentados por la derecha y los restantesCT-5 a CT-9 lo estn por la izquierda.


Si, por ejemplo, debe quedar fuera de servicioel tramo de lnea entre CT-6 y CT-7, sea poravera en dicho tramo, o por necesidades deexplotacin, se abren los interruptores enambos extremos de este tramo en CT-6 yCT-7, y se cierra el interruptor A en CT-4.Ahora pues los CT-5 y CT-6 pasan a quedaralimentados por la derecha junto con CT-1a CT-4, y los CT-7 a CT-9 continanalimentados por la izquierda.Con ello, a pesar de la interrupcin en lalnea, todos los CT continan alimentados yen servicio. Frente a la distribucin radial(antena), la distribucin en bucle o anillogarantiza una mayor continuidad en laalimentacin, o sea, una mejor calidad deservicio, si bien el coste de instalacin esmayor.La interrupcin en el servicio es, en principio,slo la del tiempo para la apertura y cierre delos interruptores, si bien en la prctica hayque aadir el tiempo para que el personal deexplotacin acuda a los correspondientes CT(en ciudades segn congestin de trfico).Esta distribucin en bucle o anillo se utilizaen zonas de mayor densidad de consumo,

por ejemplo zonas urbanas, polgonosindustriales y/o sector terciario (servicio).Suele estar realizada mayoritariamente encable subterrneo, en zonas urbanas casiexclusivamente.

2.2.3.- Con doble procedenciaExiste tambin una tercera alternativa, muchomenos frecuente, consistente en dos lneasde llegada de alimentacin procedentes dedos estaciones transformadoras AT/MTdiferentes. Se utiliza en aquellos casos en losque la continuidad de servicio esabsolutamente primordial.Para ser eficaz, esta alternativa precisa quelos dos interruptores correspondientes a lasdos lneas de llegada, estn equipados conun dispositivo de conmutacin automtica.Normalmente, el CT se alimenta por una delas dos lneas, por ejemplo la del circuito A dela figura 3. Caso de fallo de estaalimentacin, al automatismo detecta laausencia de tensin en dicha lnea, verificaque hay tensin en la lnea del circuito B, yentonces ordena la apertura del interruptorlnea A, y el cierre del de lnea B.

CT-8 CT-9

AT

MT

CT-1 CT-2

CT-7 CT-6 CT-4CT-5 CT-3A

Fig. 2: Distribucin en bucle abierto.


Fig. 3: Esquema de distribucin en doble procedencia.

Cuando se trata de alimentar a diversosabonados en BT, la empresa distribuidora,instala un CT de potencia adecuada alconsumo previsto del conjunto de abonados.Por tanto, el CT es propiedad de la empresasuministradora de electricidad la cual efectasu explotacin y mantenimiento, y seresponsabiliza de su funcionamiento. Portanto, este CT forma parte de la red dedistribucin tambin denominada redpblica.Ahora bien, a partir de determinada potenciay/o consumo, existe la opcin de contratar elsuministro de energa directamente en MT.En este caso, el abonado debe instalar supropio CT y realizar su explotacin ymantenimiento. Se habla pues de un CT deabonado.Como sea que el precio de la energa en MTes ms bajo que en BT, a partir de ciertaspotencias (kVA) y/o consumos (kWh) resultams favorable contratar el suministro en MT,an teniendo en cuenta el coste del CT y sumantenimiento (ambos a cargo del abonado).Esta opcin de CT propio presenta otrasventajas adicionales:

2.3 CT de red pblica y CT de abonado

independizacin respecto de otrosabonados de BT, poder elegir el rgimen de neutro de BT(anexo A6) ms conveniente, aspectoimportante para ciertas industrias, porejemplo las de proceso continuo, en las quela continuidad de servicio puede serprioritaria, poder construir el CT, ya previsto parafuturas ampliaciones.Puede hablarse pues de CT de red pblicay de CT de abonado.Existen diferencias entre ambos tipos, encuanto a su esquema elctrico, tipo deaparatos, forma de explotacin, proteccin, etc.Los CT de red pblica son, en general, deconcepcin ms simple que los CT deabonado, los cuales, en muchos casos son depotencia ms elevada y con un esquemaelctrico ms complejo, entre otros motivospor el hecho de tener el equipo de contaje enel propio CT y en el lado de MT.En los siguientes captulos, se irn poniendode manifiesto las diferencias entre los CT dered pblica y los CT de abonado.

subestacinAT/MT

subestacinAT/MT

circuito A

circuito B


3 Componentes bsicos de un CT

3.1 Componentes bsicos

Cualquiera que sea el tipo de un CT encuanto a su alimentacin, tarificacin,disposicin interior, etc., sus componentesbsicos son siempre:

equipo de MT, el, o los, transformadores de MT/BT, equipo de BT.

3.2 Equipo MT

El equipo MT est compuesto de: seccionadores, seccionadores de puesta a tierra (Spt), interruptores automticos, interruptores-seccionadores, interruptores-seccionadores con fusibles.Estos aparatos tienen funciones yprestaciones diferentes, pero todos ellosestn afectados por una problemtica comnque se explica a continuacin.En funcionamiento normal, circulan por lainstalacin las corrientes de servicio,incluidas eventuales sobrecargas, admisibleshasta cierto valor y/o duracin.Cuando se produce un defecto deaislamiento, circula una corriente decortocircuito que puede llegar a ser muysuperior a la de servicio normal.El factor de potencia de las corrientes decortocircuito es generalmente muy inferior alde servicio normal, del orden de 0,1 a 0,15.El cortocircuito puede ser tripolar, bipolar ounipolar (fase-tierra). El cortocircuito tripolares siempre superior al bipolar.El ms frecuente, del orden del 80% de loscasos, es el cortocircuito unipolar fase-tierra.Por este motivo, los sistemas MTgeneralmente se configuran de forma que lacorriente de cortocircuito fase-tierra quedelimitada a un valor muy inferior a la delcortocircuito tripolar. En las redes pblicasespaolas y de otros pases, se limitaaproximadamente al 5% de la de cortocircuitotripolar.

Por tanto, aunque estadsticamente sea elmenos frecuente, el cortocircuito tripolar es elde mayor intensidad. Su mbito de valores enlas redes pblicas espaolas est aprox.entre 8 kA y 25 kA (slo es un orden devalores).Sus efectos trmicos y mecnicos sobre lainstalacin pueden ser pues muy superiores alos de la corriente de servicio puesto queambos efectos aumentan con el cuadrado dela intensidad. Esto exige que las corrientes decortocircuito deban interrumpirse en el tiempoms corto posible.Los efectos trmicos (efecto JouleW = I2ef.R.t) son funcin del valor eficaz Iefde la corriente. Normalmente los valoreseficaces de la corriente y la tensin, seescriben simplemente I y U sin subndices.Los efectos mecnicos son funcin del valorde cresta de la corriente, que en ondassenoidales es = 2 .Ief. Ahora bien en casode cortocircuito asimtrico, la relacin, en MT,pasa a ser 1,8. 2 .Ief. A los efectos declculo de los esfuerzos mecnicos seconsidera siempre = 2,5.Ief por ser el casoms desfavorable.Todos los elementos de la instalacin(transformadores, aparatos de maniobra,conductores, embarrados y conexiones, etc.)deben poder soportar, durante un ciertotiempo, las solicitaciones trmicas debidas ala mayor corriente de cortocircuito que puedaproducirse en aquel circuito del cual formanparte.


A estos efectos, en la mayora de normas seconsidera el tiempo de un segundo. Paraotros valores de tiempo la intensidadtrmicamente equivalente se calcula segn lafrmulaI It th 1/ t= ,siendoIth intensidad durante 1 segundo, eIt su equivalente a efectos trmicos durante eltiempo t.Esta frmula es vlida solamente paratiempos t 5 segundos.Asimismo, todos los elementos de lainstalacin, deben poder soportar los efectosmecnicos de la mayor corriente decortocircuito asimtrica que pueda producirseen dicha instalacin.Por otra parte, en los sistemas MT puedenaparecer incrementos de tensin respecto ala normal de servicio. Estas sobretensionespueden ser: de origen interno, de origen externo.Las de origen interno las origina el propiosistema por variaciones de la carga,maniobras de conexin y desconexin y/o porcortocircuitos fase-tierra.Estas sobretensiones de origen interno, U,son siempre porcentuales a la tensin deservicio o sea U = K.U siendo en MTgeneralmente K 4. Concretamente:sobretensiones debidas a un defecto fase -tierra K 1,73, duracin hasta 1 segundo;sobretensiones de maniobra K 4, duracinhasta 1 ms. Las tensiones U y U seexpresan siempre en valor simple(fase - neutro).Todos los elementos del sistema(conductores, transformadores, aisladores,aparatos de maniobra, etc.) deben podersoportar las mximas sobretensiones deorigen interno que puedan producirse en lainstalacin de la que forman parte.Pueden aparecer tambin sobretensiones deorigen externo al sistema, debidas a causasatmosfricas (cargas electrostticas, rayos).

Esto afecta ms a las lneas areas einstalaciones de intemperie. Las redes decable subterrneo estn menos expuestaspero las sobretensiones en las lneas areaspueden transmitirse en parte a los cablessubterrneos, y por tanto a los elementos aellos conectados. Por ejemplo en el punto deconexin de una lnea area a un cablesubterrneo.A diferencia de los de origen interno, lassobretensiones de origen atmosfrico noguardan relacin de proporcionalidad conrespecto a la tensin de servicio. Por tanto,en este aspecto pueden considerarse devalor ilimitado.Los aparatos, cables, aisladores y demselementos elctricos deben de poder soportarestas sobretensiones atmosfricas slo hastaun determinado valor, funcin de su tensinmxima de servicio. Para sobretensiones mselevadas, deben quedar protegidos pordispositivos y/o aparatos limitadores de lasobretensin (explosores, pararrayos,descargadores de sobretensin).Para verificar la aptitud de los aparatos demaniobra para soportar las sobretensiones deorigen interno y externo, se someten a: Ensayo de tensin soportada de frecuenciaindustrial (50 Hz 60 Hz) durante un minuto,onda senoidal. Ensayo de tensin soportada a impulsosde tensin tipo rayo (onda 1,2/50 s).Estos dos ensayos determinan el denominadonivel de aislamiento de aquel aparato.Lo anteriormente expuesto, determina lascondiciones bsicas que deben de cumplirtodos los aparatos de maniobra en cuanto asus valores asignados (nominales) decorriente y tensin en relacin con los deservicio normal, y los que puedan apareceren situaciones de cortocircuito y/osobretensin.A tal efecto, se especifican a continuacinunas estipulaciones comunes para losdiversos aparatos de maniobra de MT,basadas en el contenido de la normaUNE.EN60 694 Estipulaciones comunespara las normas de aparamenta AT.


3.3 Caractersticas comunes

Caractersticas comunes de los aparatos deconexin (aparatos de maniobra):a) Tensin asignada,b) Nivel de aislamiento asignado (tensionesde ensayo soportadas),c) Frecuencia asignada,d) Intensidad asignada en servicio continuo,e) Intensidad admisible de corta duracinasignada,f) Valor de cresta de la intensidad admisibleasignada de corta duracin,g) Duracin admisible asignada de laintensidad de cortocircuito,h) Tensin asignada de alimentacin de losdispositivos de cierre y de apertura y de loscircuitos auxiliares,

i) Frecuencia asignada de alimentacin de losdispositivos de cierre y de apertura y de loscircuitos auxiliares,j) Presin asignada de alimentacin de gascomprimido para la maniobra (accionamientosneumticos).Adems de estas caractersticas comunes atodos los aparatos de conexin, pueden sernecesarias otras caractersticas especficaspara alguno de ellos, las cuales se indican enel anexo A1 correspondiente a aquel aparato.Nota: El trmino asignado utilizadoactualmente en las normas UNE, viene a serequivalente al trmino nominal utilizadoanteriormente en dichas normas. As, porejemplo, tensin asignada e intensidadasignada son equivalentes respectivamentea tensin nominal e intensidad nominal.En lo sucesivo utilizaremos indistintamenteambos trminos asignado y nominal.

Valores normalizados de las caractersticascomunes antes indicadas.

3.4.1.- Tensin asignadaLa tensin asignada indica el lmite superiorde la tensin ms elevada de la red para lacual est prevista la aparamenta. Acontinuacin se indican los valores normalesde la tensin asignada (en kV):

3,6 7,2 12 17,5 24 36 52 72,5.

3.4.2.- Nivel de aislamiento asignadoEl nivel de aislamiento asignado de unaparato de conexin se elegir entre losvalores indicados en la tabla de la figura 4.Los valores de la tensin soportada indicadosen la tabla corresponden a las condicionesatmosfricas normales de referencia(temperatura, presin, humedad),especificadas en UNE 21-308.La eleccin entre las listas 1 y 2 de la tabladeber hacerse considerando el grado deexposicin a las sobretensiones del rayo y de

3.4 Valores normalizados

maniobra, el tipo de puesta a tierra del neutrode la red, y en su caso, el tipo de aparato deproteccin contra sobretensiones (vase UNE21-062. Coordinacin de aislamiento).Nota: Segn se ha dicho antes, en las redespblicas espaolas de MT, se acostumbra alimitar la corriente de cortocircuito fase-tierraa aprox. el 5% de la del cortocircuito tripolar.En este caso, y segn se explica en el anexoA5, cuando se produce un cortocircuito atierra en una de las fases, la tensin entrefase y tierra en las otras dos fases aumentahasta casi alcanzar el valor de la tensinentre fases. En consecuencia, todos loselementos de MT del CT (transformadores,aparamenta, cables, etc.) deben de elegirsecon nivel de aislamiento segn lista 2 de latabla (figura 4), o sea con el nivel mselevado.

3.4.3.- Frecuencia asignadaEl valor normal de la frecuencia asignada alos aparatos de conexin tripolares es 50 Hz.


3.4.4.- Intensidad asignada en serviciocontinuoLa corriente asignada en servicio continuo deun aparato de conexin es el valor eficaz dela corriente que es capaz de soportarindefinidamente en las condiciones prescritasde empleo y funcionamiento.Valores normales (en A):

200 400 630 800 1 250 1 6002 000 2 500 3 150 4 000 5 000 6 300

3.4.5.- Intensidad admisible asignada decorta duracinEs el valor eficaz de la corriente que puedesoportar un aparato mecnico de conexin enposicin de cierre, durante un corto periodoespecificado y en las condiciones prescritasde empleo y funcionamiento.Valores normales (en kA):

6.3 8 10 12.5 1620 25 31.5 40 5063 80 100

Nota: El valor elegido de entre los anteriores,debe ser compatible con cualquier otracaracterstica de cortocircuito asignada alaparato mecnico de conexin.

Fig. 4: Tensiones asignadas.

Nota - Los valores de la tensin soportada a la distancia de seccionamiento de la tabla son vlidos nicamente paralos aparatos de conexin cuya distancia de aislamiento entre contactos abiertos est prevista para satisfacer lasprescripciones de seguridad especificadas para los seccionadores. Afecta pues a los seccionadores, a losseccionadores de puesta a tierra y a los interruptores-seccionadores.

Lista 1 Lista 2A tierra, entre polos y entre bornes del aparato de conexin

abierto (kV)

A la distancia

de secciona-miento

A tierra, entre polos y entre bornes del aparato de conexin

abierto (kV)

A la distancia

de secciona-miento

A tierra, entre polos y entre bornes del aparato de

conexin abierto (kV)

A la distancia

de secciona-miento

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)3,6 20 23 40 46 10 127,2 40 46 60 70 20 2312 60 70 75 85 28 32

17,5 75 85 95 110 38 4524 95 110 125 145 50 6036 145 165 170 195 70 8052 - - 250 290 95 110

72,5 - - 325 375 140 160

Tensin asignada a frecuenciaindustrial durante un minuto

(valor eficaz)

Tensin asignada soportada a impulsos tipo rayo(valor eficaz)Tensin

asignadaU

(valor eficaz)(kV)

3.4.6.- Valor de cresta de la intensidadadmisible asignadaEs el valor de cresta de la intensidad de laprimera onda grande de la corriente de cortaduracin admisible que un aparato mecnicode conexin puede soportar en lascondiciones prescritas de empleo yfuncionamiento.El valor normal de cresta de la intensidadadmisible es igual a 2,5 veces el valor de laintensidad de corta duracin admisible.

3.4.7.- Duracin de cortocircuito asignadaEs el intervalo de tiempo durante el cual unaparato mecnico de conexin puede, enposicin de cierre, soportar la intensidadasignada de corta duracin admisible.El valor normal de la duracin de cortocircuitoasignada es de 1 s.Si es necesario un valor superior a 1 s, serecomienda el valor de 3 s.


3.4.8.- Tensin asignada de alimentacinde los dispositivos de cierre y apertura yde los circuitos auxiliaresLos valores inferiores de la primera columnade la tabla 2 de la figura 5 son tensionesentre fase y neutro y los mayores sontensiones entre fases. El valor inferior de lasegunda columna es la tensin entre fase yneutro, y el valor mayor es la tensin entrelneas.Notas:1.- El valor 230/400 V indicado en la tabla 2ser en el futuro, la nica tensin normal deCEI y se recomienda su adopcin en losnuevos sistemas.2.- El dispositivo de maniobra debe ser capazde cerrar y abrir el aparato de conexin paratodo valor de la tensin de alimentacincomprendida entre el 85 y 110% del valorasignado.

3.4.9.- Frecuencia asignada dealimentacin de los dispositivos de cierrey apertura y de los circuitos auxiliaresEl valor normal de la frecuencia asignada dealimentacin es de 50 Hz.

3.4.10.- Presin asignada de alimentacinde gas comprimido para la maniobraLos valores normales de la presin asignadason (en N/cm2):

50 100 160 200 300 400

Tabla 1:Tensin en cc

(V)244860

110 125220 250

- 120/240 110 120(220/380) - (220)230/400 - 230

(240/415) - (240)277/480 - 277

Tabla 2: Tensin en caRedes

trifsicas detres o cuatro

hilos(V)

Redesmonofsicasde tres hilos

(V)

Redesmonofsicasde dos hilos

(V)

Fig. 5: Tensin asignada de alimentacin delos dispositivos de cierre y apertura y de loscircuitos auxiliares.

El dispositivo de maniobra neumtica debeser capaz de abrir y de cerrar el aparato deconexin cuando la presin del gascomprimido est comprendida entre el 85 y el110% de la presin asignada dealimentacin, salvo especificacin en contradel fabricante.

Las condiciones comunes para la correctaeleccin de las caractersticas de losaparatos de conexin (aparatos de maniobra)a conectar en un punto determinado de lainstalacin son: la tensin asignada debe ser igual osuperior a la mxima de servicio prevista enaquel punto de la instalacin, la intensidad asignada en serviciocontinuo, debe ser igual o superior a lamxima prevista para circular en permanenciapor el aparato,

la intensidad admisible de corta duracinasignada debe ser superior a la mayorcorriente de cortocircuito que puedapresentarse en aquel punto, y circular por elaparato, asimismo, el valor cresta de la intensidadasignada de corta duracin, debe ser superioral mayor valor de cresta de la intensidadinicial de cortocircuito.Nota: Esta corriente mxima de cortocircuito,y su mayor valor de cresta, pueden calcularse

3.5 Condiciones de eleccin


a partir de los valores de impedancia delcircuito (lneas, generadores,transformadores, etc.). la duracin admisible asignada de laintensidad de corta duracin debe sersuperior al tiempo transcurrido desde el iniciodel cortocircuito hasta su interrupcin (tiempode actuacin de las protecciones, tiempo decorte de los interruptores, tiempos deselectividad de actuacin, etc.).Los mrgenes entre los valores asignados onominales y los de servicio (tensin,

intensidad, cortocircuito) es recomendableque sean como mnimo de un 20%. As porejemplo: tensin asignada Um 1,2 tensin deservicio Us, intensidad asignada de corta duracinIth 1,2 intensidad mxima de cortocircuito.Adems de estas condiciones comunes, en elanexo correspondiente a cada tipo deaparato, se indican las condicionesespecficas para su correcta eleccin yaplicacin.

3.6 Comportamiento frente a las corrientes de cortocircuito

Todos los aparatos de conexin deben depoder soportar los efectos trmicos ymecnicos de las corrientes de cortocircuito,durante un tiempo t. Adems algunos de

ellos deben poder conectar la corriente decortocircuito, y otros conectarla einterrumpirla. En el cuadro de la figura 6 seresumen estas prestaciones.

Seccionador s no no

Interruptor-seccionador s s noInterruptor automtico s s sFusible de alta capac idad de ruptura no no sTransformador de intensidad s no no

Seccionador de puesta a tierra conacc ionamiento de c ierre rpido s s no

soportarladurante untiempo t

conectarla interrumpirla

Corrie nte de cortocircuito

Apa ra to

Fig. 6: Prestaciones de la aparamenta frente a las corrientes de cortocircuito.

Nota: Se incluyen en este cuadro los fusibles y los transformadores de intensidad, que, si bien no sonaparatos de conexin, forman parte de la aparamenta de MT.

3.7 Conjuntos prefabricados

Para equipar los CT, se encuentran en elmercado conjuntos de aparamenta demaniobra MT, incluidos los transformadoresde medida, ya montados y conexionadosentre si, dentro de recintos metlicos, hastalos bornes de conexin al exterior. Sedenominan comnmente cabinasprefabricadas, o simplemente cabinas oceldas metlicas.

En las normas UNE se denominan conjuntosde aparamenta MT bajo envolventemetlico.En el anexo A4 Aparamenta MT bajoenvolvente metlica se describen estosconjuntos, su clasificacin, aspectosconstructivos, caractersticas bsicas, etc.


Por tanto, ms que aparatos de maniobrasueltos (individuales), lo que se utilizahabitualmente para los CT, son estosconjuntos de aparamenta bajo envolventemetlica, que se suministran de fbrica yamontados, conexionados y probados.En la actualidad, la confeccin de conjuntosde aparamenta MT bajo envolvente metlica,se realiza de forma modular a base deunidades individuales (cabinas o celdas)ensambladas mecnicamente entre si, yconectadas asimismo elctricamente, demanera que el conjunto constituya elesquema elctrico proyectado.Por tanto, hay diversos tipos de cabinas oceldas en cuanto a su esquema elctricoindividual, que corresponden a las distintasfunciones o partes del esquema elctricogeneral del conjunto.Estos distintos mdulos individuales, sonmecnicamente ensamblables entre s, yasimismo conectables elctricamente unoscon otros.As, por ejemplo, hay cabinas individualespara las funciones: entrada de alimentacin,lnea de salida, acoplamiento de barras,contaje, etc., o bien, en cuanto al tipo de susaparatos de maniobra: celdas con interruptorautomtico, celdas con interruptor-seccionador,

celdas con interruptor-seccionador confusibles, etc.Como ejemplo en las figuras 8 a 46 serepresentan hasta 39 mdulos individualesdiferentes, correspondientes a otras tantasfunciones.Por tanto, una vez confeccionado el esquemaelctrico del circuito de MT que se deseapara aquel CT, es relativamente fcil disearel conjunto de cabinas de MT que responda adicho esquema, a base del repertorio demdulos o funciones individuales de que sedispone. Es lo que se denomina comnmentejuego de construccin por analoga al juegoinfantil.Es ms, se han desarrollado tambin,conjuntos modulares con envolvente nicaque agrupan varias funciones individuales,que forman conjuntos de esquemasestandarizados. Por ejemplo: dos lneas dealimentacin, y una de salida atransformador, o sea 3 funciones, o bien doslneas de alimentacin y dos salidas atransformadores, o sea 4 funciones, etc.En la figura 47 se representa tambin estamodalidad de conjuntos estndar defunciones, la cual es ampliamente utilizadapara los CT de la red pblica (distribuidores).

Fig. 7: Smbolos para esquemas, segn norma EN-61 082.

Seccionador

Interruptor automtico(disyuntor)

Interruptor

Interruptor-seccionador

Interruptor-seccinadorcon apertura automtica

F1 2 Fusible

F1 2 Fusible

con percutor

Contactor

Ruptor


Fig. 8: Llegada o salida de lnea (375 mm).Fig. 9: Llegada o salida de lnea con 1 3transformadores de intensidad (500 mm).

Fig. 10: Llegada o salida de lnea conautovlvulas (750 mm).

Fig. 11: Celda de interruptor con salida lateralinferior por barras a derecha o izquierda(375 mm).

Fig. 12: Celda de interruptor con salida lateralsuperior derecha por barras (750 mm).

Fig. 13: Celda de interruptor con salida lateralsuperior izquierda por barras (750 mm).


Fig. 15: Conmutacin automtica de redprioritaria y socorro de un grupo electrgeno(750 mm).

Fig. 14: Conmutacin automtica de redprioritaria (N) y socorro de una red pblica (S)(750 mm).

Fig. 19: Interruptor-fusibles combinadossalida por barras a derecha o izquierda(375 mm).

Fig. 18: Interruptor-fusibles combinados con3 transformadores de intensidad salida cable(625 mm).

Fig. 16: Interruptor-fusibles asociados salidapor barras a derecha o izquierda (375 mm).

Fig. 17: Interruptor-fusibles combinadossalida cable (375 mm).


Fig. 23: Interruptor-fusibles asociados salidacable (375 mm).

Fig. 20: Conmutacin automtica de dosllegadas de red pblica (sin retorno aprioritaria) (750 mm).

Fig. 22: Interruptor automtico proteccintransformador o salida de lnea (750 mm).

Fig. 21: Interruptor automtico proteccintransformador o salida de lnea contransformadores de tensin e intensidad(750 mm).

Fig. 24: Interruptor automtico proteccingeneral salida cable o inferior derecha porbarras (750 mm).

Fig. 25: Interruptor automtico proteccingeneral salida inferior izquierda por barras(750 mm).


Fig. 27: Contactor-fusibles (750 mm).Fig. 26: Contactor (750 mm).

Fig. 29: Interruptor automtico dobleseccionamiento salida superior por barras(750 mm).

Fig. 28: Interruptor automtico extrablesalida inferior por cable (750 mm).

Fig. 30: Medida de tensin e intensidad conentrada inferior y salida superior laterales porbarras (750 mm).

Fig. 31: Medida de tensin e intensidad conentrada y salida superior lateral por barras(750 mm).


Fig. 32: Medida de tensin e intensidad salidainferior cable, entrada interior lateral porbarras (750 mm).

Fig. 33: Medida de tensin e intensidad conentrada inferior por cable y salida lateralsuperior por barras (750 mm).

Fig. 34: Medida de tensin e intensidad saliday entrada inferiores por cable(750 mm).

Fig. 35: Medida de tensin en barras 12 kV(750 mm).

Fig. 37: Transformador MT/BT bipolar paraservicios auxiliares (750 mm).

Fig. 36: Medida de tensin en barras 24 kV(750 mm).


Fig. 38: Interruptor y medida de tensin e intensidad, salida izquierda (750 mm).

Fig. 41: Interruptor y remonte (625 mm).

Fig. 40: Seccionamiento y remonte (625 mm).

Fig. 42: Remonte de cables con conexinsuperior a derecha o izquierda por barras(375 mm).

Fig. 39: Seccionamiento (375 mm).


Fig. 44: Remonte de cables con seccionadorde puesta a tierra (500 mm).

Fig. 45: Remonte de barras (375 mm). Fig. 46: Paso de barras (125 mm).

Fig. 43: Remonte de cables con conexinsuperior a derecha e izquierda por barras(375 mm).


Fig. 47: Conjunto estndar de funciones individuales, con envolvente nica, en atmsfera de SF6.A: conjunto de 3 lneas de entrada-salida,B: conjunto de 2 lneas de entrada-salida y una salida a transformador.

A

B

A B


4 Transformador de potencia MT/BT

Se supone conocido por el lector el principiode funcionamiento de los transformadores ysus caractersticas bsicas. Por tanto, slo setratarn aqu algunos aspectos que tienenespecial incidencia en el proyecto de un CT.

4.1 Potencias

Las potencias normalizadas por CEI y UNE,son (en kVA):

10 25 50 75 100125 160 200 250 315400 500 630 800 1 000

1 250 1 600 2 000 2 500

Ahora bien, a fin de racionalizar y simplificarla gestin de los transformadores instaladosen los miles de CT de las redes pblicas,UNESA, en su recomendacin RU-5201D, hanormalizado de entre la lista anterior lassiguientes potencias (en kVA):

50 100 160 250 400 630 1 000

Hoy por hoy, en los CT de la red pblica, lapotencia mxima de los transformadores esde 1 000 kVA. En todo caso, si se necesitams potencia se instala ms de untransformador.

Las empresas elctricas de distribucinconstituyen, con mucho, la parte mayoritariadel mercado comprador de transformadoresde distribucin. Por este motivo, muchosfabricantes se atienen a esta recomendaciny en sus catlogos slo figuran estaspotencias normalizadas por UNESA hasta1 000 kVA. Desde luego figuran tambin la de800 kVA y las superiores hasta 2 500 kVA,puesto que tambin se utilizan para los CT deabonado (contrato de suministro en MT). Portanto, la lista de potencias que figura en loscatlogos de los fabricantes es normalmente(en kVA):

50 100 160 250 400 630800 1 000 1 250 1 600 2 000 2 500

4.2 Tensin secundaria

La normalizada por la Unin Europea (enadelante UE) es de 400 V entre fases y 230 Ventre fase y neutro. Sustituye pues a la hastaahora normalizada de 380/220 V.

Ahora bien, cuando se trata de alimentarreceptores de potencia elevada, por ejemplo

motores grandes, la tensin secundariasobrepasa los 1 000 V lmite de la BT. Aspues, en ocasiones se construyen e instalanen CT de abonado transformadoresreductores MT/MT por ejemplo 20/3 kV, 25/6kV, etc.

Los transformadores MT/BT para los centro detransformacin se denominantransformadores de distribucin.


El normalizado es Yn11 o sea, primario MTen tringulo y secundario BT en estrella, conborne de neutro accesible a fin de poderalimentar los diferentes receptores o atensin compuesta de 400 V o a tensinsimple de 230 V; y tambin para poderconectar a tierra el punto neutro delsecundario.

Desfasaje entre tensiones primaria ysecundaria de 330o.

4.3 Grupo de conexin

Algunos constructores utilizan para lostransformadores hasta 100 kVA, la conexintambin normalizada YZn11, o sea primarioMT en estrella y secundario BT en conexinzig-zag, con borne neutro accesible por losmismos motivos anteriores.

4.4 Tensin de cortocircuito

Es un concepto importante para el diseo deun CT.

Puede enunciarse as: Es la tensin queaplicada a uno cualquiera de los dosarrollamientos estando los bornes del otroarrollamiento cerrados en cortocircuito, hacecircular por dichos arrollamientos sucorrespondiente intensidad nominal(figura 48).

La tensin de cortocircuito Ucc es, pues,Ucc = In Zcc, siendo In la intensidad nominal oasignada (son trminos anlogos) deltransformador correspondiente alarrollamiento alimentado por la tensin Ucc yZcc la impedancia interna del transformador,referida al arrollamiento alimentado por latensin Ucc.

Por tanto, la tensin de cortocircuito Uccdepende por una parte de la intensidadnominal que se ha asignado a aqueltransformador, y por otra parte, de laimpedancia interna del transformadorcompuesta de la resistencia hmica Rcc desus arrollamientos y de la reactancia Xccdebida a los flujos magnticos de dispersinde los arrollamientos primario y secundario.Por tanto, 2 2cc cc ccZ R X= + .

Ahora bien, en los transformadores depotencia, Xcc es sensiblemente mayor queRcc, de tal manera que a fin de simplificar losclculos se acostumbra a prescindir de Rcc yconsiderar Zcc Xcc.

La reactancia Xcc depende bsicamente de laseparacin entre los arrollamientos primario y Fig. 48: Medida de la tensin de cortocircuito.

A

VU

secundario en el transformador. Aumenta alaumentar esta separacin pues aumenta lacantidad de flujo de dispersin.

La impedancia Zcc es pues un parmetroconstructivo; para variarlo habra quemodificar el transformador. Es puesindependiente del valor de la intensidadnominal que se haya asignado a aqueltransformador. Si se vara su potencianominal, variar su tensin de cortocircuitoUcc en la misma proporcin.

La tensin de cortocircuito es un dato quefigura preceptivamente en la placa decaractersticas del transformador y seexpresa en tanto por ciento de la tensinnominal Un del arrollamiento alimentado por

la Ucc, o sea: ccccn

UU %U

= .

Este valor Ucc% es independiente de cual seael arrollamiento cerrado en cortocircuito, ycual el alimentado por Ucc. Los valores deUcc, In y Un sern diferentes pero el de Ucc%ser el mismo.


En caso de producirse un cortocircuito en losbornes secundarios del transformadorestando su primario alimentado a su tensinnominal Un, la corriente de cortocircuito quese producir, estar solamente limitada por laimpedancia interna Zcc del transformador, portanto:Icc = Un / Zcc.Ahora bien, segn se ha definido antes,

Zcc = Ucc / In. Resulta pues I I ncc ncc

UU

= .

La corriente de cortocircuito Icc ser tantasveces mayor que la corriente nominal In comola relacin entre Un y Ucc.

Expresando Ucc en tanto por ciento de Un, setiene Icc = In x 100/Ucc, frmula que permitecalcular directamente la corriente decortocircuito Icc en funcin de Ucc%. Porejemplo, si Ucc% vale 4%, Icc = 25 In.Se observa que cuanto mayor es Ucc% menorser la corriente de cortocircuito Icc enrelacin a la nominal In.En este aspecto es pues deseable unatensin de cortocircuito elevada, a fin dereducir la corriente de cortocircuito y suspeligrosos efectos trmicos y dinmicos.Ahora bien, hay que tener en cuenta que laimpedancia Zcc es tambin causa de la cadade la tensin interna U en el transformador.En efecto, U, a la intensidad nominal In,vale:

U = Rcc In cos + Xcc In sen .Si, segn lo antes indicado, se prescinde deRcc, la frmula queda simplificada a:

U = Xcc In sen .Adems, como ahora Xcc Zcc, resultaIn Xcc = Ucc, y, por tanto,U% = Ucc% sen .Se consideran aqu tensiones y corrientessenoidales por lo cual el cos es laexpresin del factor de potencia de losreceptores alimentados por el transformador.

La cada de tensin en el transformadordepende pues, por una parte de su tensinde cortocircuito, y por la otra de la naturalezade la carga (receptores).

Para los sistemas de BT, la norma UNE-20 460recomienda no sobrepasar las siguientescadas de tensin hasta bornes de losreceptores:

Alumbrado, 3%; otras utilizaciones, 5%.Incluye pues la cada de tensin en eltransformador, ms las cadas de tensin enlas lneas entre ste y los receptores. Estolimita pues el valor admisible de la tensin decortocircuito del transformador.

En los transformadores de distribucin MT/BTde los CT, las tensiones de cortocircuitorecomendadas por UNESA, son:

Transformadores:

hasta 630 kVA y hasta 24 kV: .............. 4%,

hasta 630 kVA y 36 kV: ....................... 4,5%,

de 800 hasta 2 500 kVA yhasta 36 kV: ........................................ 6%.

Estos valores son el resultado de uncompromiso entre el inters en reducir entodo lo posible la corriente de cortocircuito y,por otra parte, la necesidad de limitar la cadade tensin en el transformador.

Los transformadores de distribucin seconstruyen habitualmente con una tensinsecundaria en vaco un 5% superior a latensin nominal de servicio, a fin de tener unmargen para la inevitable cada de tensin.Esta tensin de vaco es la que figura en laplaca de caractersticas del transformador.As, por ejemplo, para tensin de servicio380 V, el transformador es de 400 V en vaco,y para tensin de servicio 400 V eltransformador es de 420 V en vaco.

Al proyectar un CT, aunque sea de abonado,es aconsejable atenerse a los valores deUcc% antes indicados, recomendados porUNESA. En efecto, son los valores queacostumbran a figurar en los catlogos de losfabricantes. Las normas de transformadoresadmiten una tolerancia constructiva para Uccde 10%.


4.5 Cambiador de tensiones

Los transformadores de distribucinacostumbran estar equipados con unconmutador o cambiador de la tensinprimaria (MT), para poder ajustarla a latensin real de alimentacin en aquel puntode la red.

Estos conmutadores son para maniobrarlossin tensin, tanto en MT como en BT, yacostumbran a ser de 5 posiciones: lanominal ms 4 posiciones con una variacin

mxima del 10% entre la de mnima y la demxima tensin. Resultan pues, escalonesdel 2,5%. Ejemplos 2,5%, 5%, o bien:2,5%, +5%, +7,5, o tambin +2,5%, +5%,+7,5, +10%, etc.

En la realidad, estos conmutadores se actanen muy pocas ocasiones a lo largo de la vidadel transformador. Pueden pasar bastantesaos sin ser actuados.

4.6 Tipos constructivos

En la actualidad, los tipos constructivos delos transformadores de distribucin para CTson prcticamente los dos siguientes:

Transformadores en bao de aceite mineral,

Transformadores de aislamiento slido abase de resinas, denominadostransformadores secos.

Un tercer tipo, mucho menos frecuente, es eltransformador en bao de silicona lquida enlugar de aceite mineral.

La construccin de transformadores en baode lquidos denominados en EspaaPiraleno o tambin Askarel estprohibida desde principios de la dcada1 980-1 990, aunque siguen en servicio unacierta cantidad de ellos (cada vez menor).

La prohibicin est motivada por los muygraves peligros de estos lquidos para elmedio ambiente y para las personas.

En este texto, nos referiremos pues a lostransformadores secos y a los en bao de aceite.

4.6.1.- Transformadores en bao de aceitemineral

Son los utilizados muy mayoritariamente porlas compaas distribuidoras para los CT delas redes pblicas.

El tipo actual es el denominado hermtico,o de llenado integral, es decir, sin depsitoconservador. En ellos, la dilatacin del aceitepor incremento de la temperatura, escompensada por la deformacin elstica delas aletas de refrigeracin de la cuba(figura 49). Respecto al tipo anterior condepsito conservador (denominado tambin

depsito de expansin) presentan lassiguientes ventajas:

ausencia de contacto del aceite con el aireambiente, con lo cual se evita que el aceitese humedezca, y que se acidifique por eloxgeno del aire. En consecuenciamantenimiento ms reducido del aceite,

la instalacin y el conexionado a susbornes, de MT y BT, son ms fciles por laausencia del depsito,

la altura total del transformador es msreducida.

Esta supresin del depsito conservador, hasido posible gracias a haberse conseguidodisear transformadores con cantidades deaceite notablemente inferiores a las de lostipos anteriores que precisaban depsitoconservador.

Esta gran reduccin en la cantidad de aceite,hace que en caso de incendio, lasconsecuencias y la peligrosidad del mismosean menores por la menor cantidad deaceite combustible. Se trata de una ventajamuy importante, segn se explicar msadelante.

4.6.2.- Transformadores secos

En ellos, sus arrollamientos estnencapsulados dentro de resina del tipotermoendurecible (resina epoxy) mezcladacon una llamada carga activa pulverulentaformada bsicamente de slice y alminahidratada y con aditivos endurecedor yflexibilizador (figura 50).

Este tipo es ms utilizado en los CT deabonado que en los CT de red pblica.


Fig. 49: Transformador en bao de aceite. Fig. 50: Transformador seco.

4.7 Comparacin entre ambos tipos constructivos

4.7.1.- Transformadores en bao de aceite:ventajas y desventajas

Ventajas frente a los transformadoressecos:

menor coste unitario. En la actualidad suprecio es del orden de la mitad que el de unoseco de la misma potencia y tensin,

menor nivel de ruido,

menores prdidas de vaco,

mejor control de funcionamiento,

pueden instalarse a la intemperie,

buen funcionamiento en atmsferascontaminadas,

mayor resistencia a las sobretensiones, y alas sobrecargas prolongadas.

Los transformadores en bao de aceite seconstruyen para todas las potencias ytensiones, pero para potencias y/o tensionessuperiores a los de distribucin MT/BT paraCT, siguen siendo con depsito conservador.

Desventajas frente a los transformadoressecos:

La principal desventaja, es la relativamentebaja temperatura de inflamacin del aceite, ypor tanto el riesgo de incendio condesprendimiento elevado de humos. Segn lanorma UNE, el valor mnimo admisible de latemperatura de inflamacin del aceite paratransformadores, es de 140 oC.

Por este motivo (tambin por razonesmedioambientales), debajo de cadatransformador, debe disponerse un pozo odepsito colector, de capacidad suficientepara la totalidad del aceite del transformador,a fin de que, en caso de fuga de aceite, porejemplo, por fisuras o rotura en la caja deltransformador, el aceite se colecte y se recojaen dicho depsito.

En la embocadura de este depsito colectoracostumbra a situarse un dispositivoapagallamas para el caso de aceiteinflamado, que consiste en unas rejillasmetlicas cortafuegos, las cuales producen la


autoextincin del aceite, al pasar por lasmismas, o, como mnimo, impiden que lallama llegue a la caja del transformador y leafecte (efecto cortafuegos).

En muchas ocasiones, estas rejillas metlicascortafuegos o apagallamas se sustituyenpor una capa de piedras por entre las cualespasa el aceite hacia el depsito colector.Actan pues como apagallamas o cortafuegosen forma similar a las mencionadas rejillasmetlicas.

Este depsito colector representa unincremento significativo en el coste de la obracivil del CT, y en ocasiones, cuando la haya,una cierta invalidacin de la planta inferior ala del CT.

El riesgo de incendio obliga tambin a quelas paredes y techo de la obra civil del CTsean resistentes al fuego.

Debe efectuarse un control del aceite, puesest sujeto a un inevitable proceso deenvejecimiento que se acelera con elincremento de la temperatura.

Asimismo, aunque se trate detransformadores hermticos, sin contacto conel aire, puede producirse un incremento en sucontenido de humedad, debido alenvejecimiento del aislamiento de losarrollamientos, ya que la degeneracin de lacelulosa, desprende agua que va al aceite.

En efecto, en los transformadores en bao deaceite, los aislantes de los arrollamientosacostumbran a ser de substancias orgnicastales como algodn, seda, papel y anlogos,que en la clasificacin de los aislantes paratransformadores figuran comprendidos en laclase A.

Esto obliga a una labor de mantenimiento concontroles peridicos del aceite, como mnimode su rigidez dielctrica, pues sta disminuyemucho con el contenido de agua (humedad),y de su acidez (ndice de neutralizacin), yaque los cidos orgnicos, que por oxidacinaparecen en el aceite, favorecen activamenteel deterioro de los aislantes slidos de losarrollamientos.

4.7.2.- Transformadores secos: ventajas ydesventajas

Ventajas frente a los transformadores enbao de aceite:

menor coste de instalacin al no necesitarel depsito colector en la obra civil, antesmencionado,

mucho menor riesgo de incendio. Es suprincipal ventaja frente a los transformadoresen bao de aceite. Los materiales empleadosen su construccin (resina epoxy, polvo decuarzo y de almina) son autoextinguibles, yno producen gases txicos o venenosos. Sedescomponen a partir de 300 oC y los humosque producen son muy tenues y nocorrosivos.

En caso de fuego externo (en el entorno),cuando la resina alcanza los 350 oC arde conllama muy dbil y al cesar el foco de calor seautoextingue aproximadamente a los 12segundos.

Puede decirse que este menor riesgo deincendio fue la principal razn y objetivo quemotiv su desarrollo.

Desventajas frente a los transformadoresen aceite:

mayor coste, en la actualidad del orden deldoble,

mayor nivel de ruido,

menor resistencia a las sobretensiones,

mayores prdidas en vaco,

no son adecuados para instalacin enintemperie, ni para ambientes contaminados.

En la actualidad, disponibles slo hasta36 kV y hasta 15 MVA.

Atencin: Estando el transformador seco entensin, no deben tocarse sus superficiesexteriores de resina que encapsulan losarrollamientos de Media Tensin. En esteaspecto, presentan menos seguridad frente acontactos indirectos que los transformadoresen aceite dentro de caja metlica conectada atierra.

4.7.3.- Conclusin

De la comparacin entre ambos tipos, sedesprende que cada uno presenta ventajas einconvenientes. No puede decirse pues, queuno sea en todo superior al otro.

En consecuencia, el proyectista del CT debeestablecer previamente unas prioridades, y apartir de ellas efectuar la eleccin del tipo detransformador.


En todo transformador en servicio, hay dosfocos principales de calor. Uno est en elncleo magntico debido a las prdidas porhistresis y por corrientes de Foucauld, enconjunto denominadas prdidas magnticas,y el otro, en los arrollamientos, debido a lasprdidas por efecto Joule (I2 R).

Para una frecuencia determinada, porejemplo 50 Hz, las prdidas magnticas sonproporcionales al cuadrado de la tensin dealimentacin (PF = K U2) y sonindependientes del valor de la intensidad quecircula por los arrollamientos.

Estas prdidas magnticas junto con laspequeas prdidas por efecto Joule en elarrollamiento primario debido a la corrientede vaco, constituyen las llamadas prdidasen vaco del transformador, que figuran en loscatlogos.

Por el contrario, las prdidas en losarrollamientos por efecto Joule Pc = I2 R sonproporcionales al cuadrado de la intensidad,e independientemente del valor de la tensinde alimentacin.

La tensin MT de alimentacin a los CT,suele tener poca variacin, por tanto, lasprdidas magnticas pueden considerarse

aproximadamente constantes. En cambio, lasprdidas en los arrollamientos varanampliamente (cuadrticamente) con lasvariaciones en la carga (intensidad) de lostransformadores.

Las variaciones de carga se traducen pues envariaciones de temperatura en eltransformador. Por tanto las sobrecargas(sobreintensidades) originansobretemperaturas ms o menos elevadassegn la magnitud y/o duracin de lasobrecarga.

Por otra parte, an con una carga constante,pueden producirse variaciones detemperatura en el transformador, si semodifican las condiciones de ventilacin en el CT.

En definitiva, sea cual sea la causa(sobrecarga o mala ventilacin), lo que debeevitarse, es que la temperatura en eltransformador sobrepase los lmitesadmisibles. La proteccin contrasobretemperaturas es pues bsica en todoslos transformadores de los CT.

En los transformadores en bao de aceite, laproteccin se efecta mediante un termmetrocon contactos elctricos ajustables, o un

4.8 Proteccin de los transformadores contra sobretemperaturas

Fig. 51: Termmetro.


termostato, que vigilan la temperatura del aceiteen la capa superior del mismo (la ms calientedebido a la conveccin) y actan al sobrepasarel valor de ajuste.

Los termmetros (ms usados que lostermostatos) suelen tener dos escalones deactuacin, ambos regulables. Uno para darseal de aviso (alarma) y otro, regulado a unatemperatura ms elevada, para provocar laapertura del interruptor de alimentacin.

La figura 51 corresponde a un tipo muyutilizado en la actualidad.

En los transformadores en bao de aceite deconstruccin actual, la diferencia o gradientede temperatura entre los arrollamientos y elaceite es del orden de 5 oC. Por tanto,controlando la temperatura del aceite, se estcontrolando tambin la de los arrollamientos,que habitualmente son de aislamiento clase A.

Aunque el termmetro mide la temperaturadel aceite en su zona ms caliente (capasuperior) esta temperatura no deja de ser elvalor medio de aquella parte del transformador.Puede haber puntos concretos en cualquierparte del transformador cuya temperatura seasuperior debido a una incidencia defuncionamiento por ejemplo un cortocircuito

entre espiras, un mal contacto en elconmutador de tensiones, un calentamientoen alguna parte frrica motivado por uncampo magntico de dispersin, etc.

Esto no puede ser captado por el termmetroo termostato. No obstante, es importantepoder detectar la existencia de este puntocaliente puesto que su persistencia puedeser la causa de una avera ms o menos grave.

La forma de detectarse se basa en lo siguiente:

An a temperaturas admisibles defuncionamiento se producen gases en elaceite debido a su envejecimiento normal, loscuales quedan disueltos en la masa delmismo. Ahora bien, esta formacin de gasesse incrementa mucho con el aumento de latemperatura sobre todo, si por defecto deaislamiento se producen chispas o arcoelctrico en el seno del aceite. Esta importanteformacin anormal de gases puede serdetectada por un aparato (rel de gases).

En los transformadores con depsitoconservador este aparato queda intercaladoen el tubo de conduccin entre el depsito yla cuba del transformador. Es el denominadorel Buchholz (figura 52).

Fig. 52: Rel Buchholz y detalle de funcionamiento.

Conservador

Buchholz

Pendiente > 5%

Disparo

Alarma

AceitePurgador

DEPSITO DEEXPANSIN

REL DEGASES

TANQUE DELTRANSFORMADOR


Se trata de un aparato de concepcinsencilla, pero no obstante de una gransensibilidad. Es una proteccin notablementeeficaz pues por su gran sensibilidad detectalas averas en estado naciente.

En los transformadores de distribucin MT/BTde llenado integral, sin depsito conservador, elrel de deteccin de gases est situado en latapa superior del transformador. Se denominaDetector de Presin de Gas (DPG).

Algunos modelos de DGP llevan incorporadoun termmetro con contactos elctricos,formando as, un dispositivo de proteccinintegrada contra sobretemperaturas y gases.Se les denomina DGPT. (Figura 53).

Ambos aparatos, Buchholz y DGP, tienen encomn: dos niveles de actuacin, segn laintensidad de la formacin de gas:

nivel de alarma para formacin lenta degases (avera pequea) y

nivel de disparo (apertura del interruptor dealimentacin) para formacin brusca degases (avera ms importante).

Acoplndoles un elemento accesorio, existela posibilidad de recoger en el mismo losgases formados que se han acumulado en elBuchholz o en el DGP.

El anlisis de estos gases proporciona unaimportante informacin sobre la causa y/onaturaleza de la avera en el transformador.

Por ejemplo, si en el gas hay CO y/o CO2,esto indica que la avera ha afectado a losaislantes slidos (papel, cartn, madera).

Los defectos tipo trmico dan lugar a unaproporcin mayor de hidrocarburos saturados(CH4, C2H6, C3H8) mientras que en los detipo elctrico (arco o chispa elctricos)predominan los insaturados (C2H4, C2H2,C3H4, C3H6).

En los transformadores secos, el control yvigilancia de la temperatura se efectamediante sondas PTC (termistores) situadossobre la parte activa del transformador, dosen cada fase (columna), en alojamientos paraello, que permiten una posible sustitucin.Estn colocados en la parte superior de lascolumnas, que es la ms caliente.

En cada fase estn ajustados, una sonda a150 oC (primer nivel de alarma), y la otra a160 oC (segundo nivel de alarma, o nivel dedisparo del interruptor de alimentacin). Estastemperaturas, son para arrollamientos conaislamiento clase F, que es la habitual en lostransformadores secos. Las sondas vienenajustadas de fbrica y no son regulables.

Estas sondas transmiten la seal a unconvertidor electrnico, situado exterior altransformador en su eventual envolventemetlica. Puede situase por ejemplo en elcuadro o armario de BT.

Este convertidor, necesita una alimentacinauxiliar, por ejemplo del secundario del propiotransformador (normal 230 V), o bien de untransformador de tensin, si lo hay. Estequipado con rels de salida que activan loscircuitos de alarma y/o de disparo.

Concerniente a los transformadores en baode aceite, hay que hacer el siguiente distingoentre la proteccin contra sobretemperaturas,y la proteccin contra averas internas pordeteccin de formacin anormal de gases.

Para la proteccin contra sobretemperaturas,en ambos tipos de transformadores (secos yen aceite), el elemento de interrupcin de laalimentacin puede ser un interruptor-seccionador, ya que la intensidad a cortar esla corriente de consumo de los receptores(corriente de carga o de sobrecarga),normalmente de cos 0,7 inductivo, que eslo que pueden cortar los interruptores-seccionadores (ver apndice A1 sobreaparamenta de MT).Fig. 53: DGTP (Merlin Gerin).


En cambio, en caso de avera internadetectada por un rel de gases, sta puedeser muy importante, y dar lugar a unacorriente de cortocircuito de valor ynaturaleza (desfasaje) superior al poder decorte de un interruptor-seccionador. Serequiere pues un interruptor automtico.

Los CT de la red pblica, estn equipadoshabitualmente, tan slo con interruptores-seccionadores. Por este motivo, lostransformadores en bao de aceite para estosCT no llevan rel de deteccin de gases, sloproteccin contra sobretemperaturas.

La proteccin contra averas internas en eltransformador y/o cortocircuitos en sus bornesde salida, la efectan los fusibles MT con queest equipado el interruptor-seccionador.

En cambio, en los CT de abonado, debehaber preceptivamente, por lo menos uninterruptor automtico general de entrada,con poder de corte adecuado para lacorriente de cortocircuito mxima que puedaproducirse en aquel punto de la red. Portanto, los transformadores en bao de aceitepara estos CT, pueden estar equipadosadems con rel de deteccin de gases paraproteccin contra averas internas, lo cual esespecialmente recomendable.

Respecto al equipo de BT, hay una diferenciaentre los CT de la red pblica y los CT deabonado.

4.9.1.- CT de red pblica

El equipo de BT es de una concepcinparticularmente sencilla. Consistebsicamente en un cuadro o armario con los4 terminales (3 fases y neutro) dondeconectan los conductores de enlaceprocedentes del transformador, y un ciertonmero de salidas de BT hacia los abonados,o conjuntos de abonados, protegidas slo confusibles seccionadores.

El control de la corriente se efecta mediantetransformador de intensidad y ampermetro,muchas veces en una sola fase.

En muchas ocasiones este ampermetro noest graduado en amperios, sino en tanto porciento de la intensidad nominal deltransformador: (10-20-30 ...100%). Esteampermetro suele ser maxmetro(ampermetro trmico) que permite conocer elvalor mximo alcanzado por la carga deltransformador.

Este cuadro tiene adems dos salidas deservicios auxiliares para el propio CT, unapara el circuito de proteccin contrasobretemperaturas del transformador(termmetro de contactos elctricos otermostato) y la otra para el alumbrado del CT

4.9 Equipo de BT

y un punto de toma de corriente para usogeneral (lmpara porttil, herramientaelctrica, etc.).

Como ejemplo, en el Anexo A7 se describe unequipo de BT de este tipo, segnRecomendacin UNESA RU 6 302B.

4.9.2.- CT de abonado

Normalmente, el equipo de BT consistebsicamente en:

un interruptor automtico a la salida decada uno de los transformadores,

un juego de barras generales (3 fases yneutro) conjunto para los variostransformadores, o bien juegos de barrasseparados para cada transformador,

cierto nmero de salidas, equipadas cadauna con los elementos de maniobra yproteccin tales como interruptor automtico,interruptor con fusibles, interruptormagnetotrmico, interruptor diferencial, etc.Estas salidas pueden ser trifsicas (con o sinneutro) o bipolares (2 fases o fase y neutro),

elementos de medida: voltmetros yampermetros (con sus transformadores deintensidad) en las entradas, y ampermetroscon sus transformadores de intensidad encada salida (habitualmente en una sola fase).En ocasiones, tambin contadores de activa oactiva y reactiva.


Este conjunto constituye pues el CuadroGeneral de BT, del CT. Ahora bien,normalmente, este cuadro no est ubicadodentro del recinto del CT, sino que, aunquecercano, es exterior al mismo.

Por tanto, propiamente no forma parte del CT.De los bornes secundarios del o de lostransformadores, salen del CT los cables quevan a conectar a los interruptores de entradadel cuadro de BT.

Esto permite mantener el CT normalmentecerrado, sin que sea necesario acceder a suinterior para la maniobra y operacin delcuadro general de BT, que tiene tambin lafuncin de cuadro de distribucin principal.

Ello es importante a efectos de la seguridaddel personal, que se mantiene as, alejado dela MT.

Hasta cierto punto, puede considerarse puesque este cuadro de BT no forma parte delproyecto del CT.

4.10 El esquema elctrico MT del CT

Hay tambin diferencia entre los CT de redpblica y los CT de abonado.


Son esquemas relativamente sencillos, abase de seccionadores y de interruptores-seccionadores, con o sin fusibles.

En estos CT casi nunca se utilizaninterruptores automticos.

En las figuras 54 y 55 estn representadosdos esquemas-tipo para CT con entrada ysalida de lnea, o sea, correspondientes aredes de distribucin en bucle abierto.

Fig. 54: Esquema-tipo CT de red pblica, conentrada y salida de lnea y un transformador.

Fig. 55: Esquema-tipo CT de red pblica, condos transformadores, entrada y salida delnea y, una lnea de salida en antena.

Son para uno o dos transformadores, y paracabinas con aislamiento de aire o conaislamiento de gas SF6.

En el esquema de la figura 55, adems delas celdas para entrada y salida de lneacorrespondientes al bucle de alimentacin,hay una tercera celda para salida a otro CT,que queda as alimentado en antena, con lneanica.

En ocasiones, se adopta este esquema, enprevisin de tener que alimentar un CT cuyaubicacin queda alejada del trayecto delbucle de distribucin, o bien se trata de unCT provisional, por ejemplo para unas obrasde construccin.



El esquema es ms complejo, ya que tiene elequipo de transformadores de medida para elcontaje de energa en MT, y porque lamayora de empresas distribuidorasprescriben que haya un interruptorautomtico general de entrada.

En la figura 56 se presentan dos esquemas-tipo, con entrada y salida de lnea, o sea,para redes de distribucin en bucle abierto.

Pueden ser con uno o variostransformadores, protegidos o bien coninterruptor automtico o bien con interruptor-seccionador equipado con fusibles.

En estos esquemas, la parte de entrada ysalida de lnea, de contaje y de proteccin(interruptor automtico general de entrada)quedan bajo control de la empresasuministradora de energa. El resto, enmanos del abonado, es decir, a partir delequipo de contaje.

Fig. 56: Dos esquemas-tipo de CT de abonado.

4.11 Protecciones


La proteccin contra sobrecargas(sobreintensidades) la efecta la propiaproteccin contra sobretemperaturas en eltransformador antes explicado.

La proteccin contra cortocircuitos la realizanlos fusibles MT asociados al interruptor-seccionador para maniobra del transformador.

Las lneas de salida en BT estn protegidascada una por sus correspondientes fusiblesseccionadores.


Proteccin contra sobretemperaturas en cadatransformador.


Si los transformadores son en bao de aceite,proteccin con detector de gases (Buchholz oDPG) que actan sobre el disparador delinterruptor automtico propio (si lo hay), obien sobre el interruptor automtico generalde entrada.

Asimismo, a cada interruptor automtico estasociado un rel de sobreintensidad (tiempoinverso), cortocircuito, y corrientes de defectoa tierra, conectado a tres transformadores deintensidad MT.

En la figura 57 est representado elesquema-tipo para el conexionado del rel alos transformadores de intensidad.

La proteccin contra sobreintensidades ycortocircuitos en y entre fases la efectan loselementos F del rel. La proteccin contracorrientes de defecto a tierra la realiza elelemento N del rel.

De este esquema se desprende que an en elcaso de corrientes desequilibradas, por elelemento N no circular intensidad. stacircular solamente cuando haya unacorriente fase y tierra. Es pues una proteccinde tipo diferencial.

Fig. 57: Esquema-tipo de conexionado del rel de sobreintensidad con sus transformadores.

P1 P2

S1 S2P1 P2

S1 S2P1 P2

S1 S2

F >>>

F >>> N

0

R

S

T


Fig. 58: Resistividad en .m.

1 m

1 m

1 m

5 Instalaciones de puesta a tierra

5.1 La circulacin de la corriente elctrica por el suelo

Los terrenos tienen diferente resistividadelctrica segn su naturaleza y contenidode humedad. Esta resistividad varia entreamplios mrgenes y es mucho ms elevadaque la de los metales y el carbono. En estesentido puede decirse que la tierra es, engeneral, un mal conductor elctrico.

Ahora bien, cuando una corriente circula porel terreno, la seccin de paso S puede ser tangrande, que a pesar de que su resistividad(resistencia especfica) sea elevada, laresistencia R = A/S puede llegar a serdespreciable.

La resistividad de los terrenos, se expresaen Ohms por m2 de seccin y metro delongitud, por tanto en .m2/m = .m (Ohmsmetro). En efecto la seccin de paso de lacorriente puede ser del orden de m2.

La resistividad as expresada corresponde ala resistencia entre dos caras opuestas de uncubo de un metro de arista (figura 58).

Si bien, cuando la corriente ha penetrado enel terreno ste presenta una resistencia Rdespreciable debido a la gran seccin depaso, no sucede lo mismo en el punto depaso de la corriente del electrodo al terreno,pues aqu la superficie de contacto entreambos est limitada segn la formaconfiguracin y dimensiones del electrodo.

En la tabla figura 59 se indican lasresistencias R de los varios tipos deelectrodos ms usuales, en funcin de susdimensiones y de la resistividad t del terreno.

Asimismo en la tabla figura 60 estnindicados los valores medios de laresistividad de diversos tipos de terreno.

Tipo de electrodo Resistencia()))))

Placa enterrada profunda tR 0,8 P=

Placa enterrada vertical tR 1,6 P=

Pica vertical tR L=

Conductor enterrado t2RL=

Malla de tierra t tR4r L = +

en donde:

R: resistencia de tierra del electrodo (), t: resistividad del terreno (.m),P: permetro de la placa (m),L: longitud de la pica o del conductor y, en

la malla, la longitud total de losconductores enterrados (m),

r: radio de un crculo de la mismasuperficie que el rea cubierta por lamalla (m).

horizontalmente

Naturaleza del Valor mediodel terreno resistividad

en .m

Terrenos cultivables y frtiles, 50terraplenes compactos y hmedos.

Terraplenes cultivables poco 500frtiles; terraplenes.

Suelos pedregosos desnudos, 3 000arenas secas permeables.

Fig. 59: Clculo de la resistencia de loselectrodos.

Fig. 60: Valor medio de la resistividad.


En los reglamentos de AT (MIE-RAT) y de BT(MIE-RBT) figura una tabla de resistividadesde terrenos ms pormenorizada que la anterior.

En la realidad prctica estas tablas son pocotiles para el clculo de los sistemas de tomade tierra de los CT puesto que:

para cada tipo de terreno de losespecificados, el margen de valores es muyamplio (1 a 2, 1 a 5, 1 a 10), de tal maneraque an tomando un valor medio el margenposible de incertidumbre en ms o en menoses excesivo,

en estas tablas no figuran los terrenosformados por materiales procedentes dederribos, tierras mezcladas y/o sobrepuestas,tierras de relleno, antiguos vertederosrecubiertos, tierras procedentes de obras deexcavacin, etc. Estos casos son cada vezms frecuentes.

Cuando se trata de CT MT/BT de hasta 30 kVy corriente de cortocircuito hasta 16 kA, elMIE-RAT 13 no exige determinacin previa dela resistividad del terreno y admite que sehaga solamente por examen visual del mismoy aplicacin de las citadas tablas.

No obstante siguiendo la razonablerecomendacin de UNESA, cuando ha deproyectarse un CT es aconsejable efectuaruna medicin previa de la resistividad delterreno. Es una medicin relativamente fcil;(existen en el mercado aparatos para ello); yde coste pequeo en relacin con el costetotal del CT.

Con esta determinacin previa de laresistividad del terreno, se reduce mucho laeventualidad de tener que introducir aposteriori modificaciones siempre incmodasy de coste imprevisible.

Para esta medicin de el procedimientoms utilizado y recomendado es el mtodo de

Wenner. Se dispondrn cuatro sondasalineadas a intervalos iguales, simtricasrespecto al punto en donde se desea medir laresistividad del terreno. La profundidad deestas sondas no es preciso que sobrepaselos 30 cm. La separacin entre las sondas (a)permite conocer la resistividad media delterreno entre su superficie y una profundidad h,aproximadamente igual a la profundidadmxima a la que se instalar el electrodo(figura 61).

Siendo:

4a h3

= ,

Ih2 a V =

, IVr =

;

( )h 2 ar .m = .En la tabla de la figura 62 se recogen losvalores del coeficiente K = 2a, que juntocon la lectura del aparato (r) determina laresistividad media h del terreno en la franjacomprendida entre la superficie y la

profundidad 3h a4

= .

Fig. 61: Disposicin de las sondas para lamedida de .

G

V

A

0,30 m

a a a

h = a34

Fig. 62: Clculo de la resistividad media delterreno.

Distancia Profundidad Coeficiente Lectura Resistividadentre h K = 2a del del

sondas aparato terreno(m) (m) (r) (.m)(a) (3/4 a) (A) (B) (A x B)

2 1,5 12,574 3,0 25,136 4,5 37,708 6,0 50,27

10 7,5 62,8312 9,0 75,4014 10,5 87,9616 12,0 100,5318 13,5 113,1020 15,0 125,6622 16,5 138,2324 18,0 150,8026 19,5 163,3628 21,0 175,9330 22,5 188,5032 24,0 201,0634 25,5 213,6336 27,0 226,2038 28,5 238,7640 30,0 251,3342 31,5 263,8944 33,0 276,4646 34,5 289,0348 36,0 301,5950 37,5 314,16


5.2 Paso de la corriente por el terreno

La corriente pasa al terreno repartindose portodos los puntos de la superficie del electrodoen contacto con la tierra, por tanto, en todaslas direcciones a partir del mismo.

En la figura 63 se representa este paso, en elcaso de una pica vertical. Una vez ya en elterreno, la corriente se va difundiendo por elmismo. Con terrenos de resistividad thomognea puede idealizarse este pasosuponiendo el terreno formado por capasconcntricas alrededor del electrodo, todasdel mismo espesor L.

La corriente va pasando sucesivamente deuna capa a la siguiente. Vase que cada vez

la superficie de paso es mayor, y por tanto laresistencia R de cada capa va siendo cadavez menor, hasta llegar a ser despreciable.

La resistencia de cada capa es R = L/S.Estas resistencias se suman, pues estn enserie:

t (L/S1 + L/S2 + L/S3...... L/Sn).Si se multiplican estas resistencia por el valorI de la corriente se tendr la cada de tensinU = IR en cada una de las sucesivas capasconcntricas. Al ser la resistencia R cada vezmenor, tambin lo ser la cada de tensinhasta hacerse despreciable.

Fig. 63: Paso de la corriente al terreno.

VV0V1V2V3V4


En consecuencia, el valor de la tensin U encada punto del terreno, en funcin de sudistancia del electrodo, ser segn la curvarepresentada en la figura 64.

Esta curva es vlida para todas las direccionescon origen en el electrodo. Geomtricamentese trata del corte de una figura de revolucincuyo eje es el electrodo.

En los sistemas de MT esta tensin U suelehacerse prcticamente cero a una distanciadel electrodo de unos 20 a 30 m.

Entre dos puntos de la superficie del terreno,habr pues una diferencia de tensin funcinde la distancia entre ellos y al electrodo.Vase que para una misma distancia entreestos dos puntos la diferencia de tensin sermxima cuando ambos puntos estn en unmismo radio o sea semirrecta con origenen el electrodo. A efectos de seguridad, seconsidera siempre este caso que da el valormximo.

Esta diferencia de tensin entre dos puntosde la superficie del terreno, se denomina

tensin de paso pues es la que puedequedar aplicada entre los dos pies separadosde una persona que en aquel momento seencuentre pisando el terreno. La tensin depaso se expresa para una separacin de 1mentre los dos pies, y puede llegar a serpeligrosa, por lo cual, en el MIE-RAT 13, seindica el valor mximo admisible, en funcindel tiempo de aplicacin.

Este tiempo es el que transcurre entre laaparicin de la corriente a tierra, y suinterrupcin por un elemento de corte(interruptor, fusible, etc.). En las redespblicas espaolas de MT este tiempo eshabitualmente indicado por la compaasuministradora. stas acostumbran a darvalores del orden de 1 segundo, incluyendoun cierto margen de seguridad.

Cuando hay una circulacin de corriente delelectrodo al terreno circundante, adems dela tensin de paso explicada, aparecetambin una denominada tensin decontacto, Uc, que es la diferencia de tensinque puede resultar aplicada entre los dos

Fig. 64: Tensin de contacto (Uc) y tensin de paso (Up).

1 m

Uc

Up


pies juntos sobre el terreno, y otro punto delcuerpo humano (en la prctica lo msprobable es que sea una mano). En lafigura 65 se representa esta posibilidad.

La peligrosidad de la tensin de contacto essuperior a la de la tensin de paso, pues sibien ambas pueden producir un paso decorriente por la persona, el debido a latensin de contacto tiene un recorrido por elorganismo que puede afectar rganos msvitales. Por ejemplo, un recorrido mano-piespuede afectar al corazn, pulmones, extensaparte del tejido nervioso, etc.

Por este motivo las tensiones de contactomximas admisibles en funcin del tiempo,son segn el MIE-RAT 13, diez vecesinferiores que las de paso (figura 66).

Tensiones mximas aplicables al cuerpohumano segn MIE-RAT 13:

Tensin de contacto: ca nKVt

= ,

Tensin de paso: pa nKV 10t

= .

Siendo:

Vca y Vpa: tensin en V,t: tiempo en s,K y n: constantes funcin del tiempo:0,9 t > 0,1s K = 72 n = 1

3 t > 0,9s K = 78,5 n = 0,185 t > 3s Vca = 64 V Vpa = 640 V

t > 5s Vca = 50 V Vpa = 500 V

Hay que distinguir entre estos valoresmximos aplicables al cuerpo humano Vca yVpa y las tensiones de contacto Vc de paso Vpque puede aparecer en el terreno.

Las tensiones Vca y Vpa, son la parte de Vc yVp que resultan aplicadas al cuerpo humano yque no deben sobrepasar los valoresmximos antes indicados.

Estas tensiones Vc y Vp se calculan con lasfrmulas siguientes:

Tensin de paso: Sp n10K 6V 1

t 1000 = +

(1)

Tensin de contacto: Sc nK 1,5V 1t 1000 = +

(2)

Siendo s la resistividad superficial delterreno expresada en .m, y Vp y Vc envoltios.

Fig. 66: Tensin aplicable entre mano y pies,Vca, en funcin de la duracin del defecto.

Duracin del defecto (s)

Tens

in

aplic

able

ent

re m

ano

y pi

e (V

)

ca nKVt

=

Fig. 65: Tensin de contacto, debido al pasode la corriente.

R S T

PT004-V4 Centros de Transformación MT-BT

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