Conceptos Clave y Componentes de Centros de Transformación Eléctrica

Conceptos Clave en un Centro de Transformación (CT)

Para comprender el funcionamiento de un CT, es fundamental definir dos conceptos:

1. Aparamenta

Se refiere al "material previsto para ser conectado a un circuito eléctrico con el fin de asegurar una o varias de las funciones siguientes:

• Protección
• Control
• Seccionamiento
• Conexión"

2. Transformador

Se define como una "máquina eléctrica estática de inducción capaz de transformar un sistema de corriente alterna de una tensión (V) y una intensidad (I) en otro de características eléctricas distintas sin variar la frecuencia (f)".

Aclarados ambos conceptos, un CT es el lugar dentro de un sistema eléctrico donde se realiza la última reducción de la tensión, para que la energía eléctrica pase a ser "utilizada" por los usuarios en los sectores:

• Residencial
• Terciario
• Industrial

Para situarnos con más exactitud, repasemos el proceso de:

Generación - Transporte - Distribución

Esquema Unifilar de una Celda de Línea: Componentes

A continuación, se describen los componentes de diferentes tipos de celdas:

Celda de Protección (CP) Fusibles Asociados

Entrada parte inferior. Se utiliza para la protección del transformador. La fusión de un fusible (lleva tres, uno por fase) no implica la desconexión del interruptor 2.

• 2. Interruptor
• 3. Puesta a tierra (PAT) de protección
• 4. Terminal de Alta Tensión (AT)
• 5. Detector inductivo de presencia de tensión
• 9. Fusible
• 10. Enclavamiento mecánico (mecanismo que no permite la apertura de la puerta de acceso a fusibles si no se cumple la condición de apertura y PAT del seccionador 11)
• 11. Seccionador

Celda de Protección (CP) Fusibles Combinados

Entrada parte inferior. Se utiliza para la protección del transformador. La fusión de un fusible (lleva tres, uno por fase) implica la desconexión del interruptor 2.

• 12. Símbolo indicativo de combinación fusible e interruptor

Celda de Línea (CL)

Entrada parte inferior. Encargada de recibir el conductor de AT que alimenta al CT y está equipada con:

• 1. Embarrado tripolar (capaz de soportar la corriente nominal (In) y los efectos térmicos y electrodinámicos de las corrientes de cortocircuito (Icc))
• 2. Interruptor
• 3. PAT de protección
• 4. Terminales AT
• 5. Detector capacitivo de presencia de tensión

Celda de Seccionamiento (CS)

Entrada parte inferior. Se utiliza para aislar una parte de la instalación de AT, en este caso, línea de salida o entrada.

• 1. Embarrado tripolar, igual a CL
• 2. Seccionador
• 3. PAT de protección
• 4. Terminal de AT
• 5. Detector capacitivo de presencia de tensión

En el esquema de la derecha se utiliza para partir el embarrado, aislando un lado de otro.

Celda de Medida (CM)

Cable RHZ1-OL 18/30kV 1 x 150 mm² K Al + H16: Características y Justificación de Sección

En los puentes de AT de los CT de la Urbanización Santa Adela, se ha utilizado cable RHZ1-OL 18/30kV 1 x 150 mm² K Al + H16. A continuación, se describe y se justifica su uso en una red de 240 mm².

Descripción del Cable RHZ1-OL 18/30kV 1 x 150 mm² K Al + H16

Cable unipolar de aluminio de 150 mm² de sección en cuerda compacta con aislamiento de polietileno reticulado (XLPE), cubierta de poliolefina termoplástica no propagadora del incendio y de emisión de humos y opacidad reducida de color rojo, apantallado con malla de cobre de 16 mm² de sección y tensión asignada 18/30 kV.

Justificación de la Sección

Aunque la red principal sea de 240 mm², se utiliza una sección menor (150 mm²) en los puentes de AT por razones técnicas y económicas. La sección de 150 mm² es suficiente para soportar la corriente de carga y las corrientes de cortocircuito en este tramo específico, considerando la longitud del puente y las protecciones instaladas. Además, una sección menor implica un menor coste del cable y una mayor facilidad de instalación.

Otros cables mencionados:

• RV 0,6/1KV 1 x 95 mm² Al: Cable unipolar de aluminio de 95 mm² de sección en cuerda redonda normal, con aislamiento de polietileno reticulado, cubierta exterior de policloruro de vinilo y tensiones de 0,6/1KV.
• RZ 0,6/1KV 3x 150/80 mm² Al: Cable tetrapolar en haz trenzado de aluminio de 150 mm² de sección las fases y 80 mm² el Almelec, para 0,6/1Kv de tensión y con aislamiento de polietileno reticulado y cubierta exterior de mezcla de hidrocarburos con baja emisión de gases corrosivos y humos.

Tipos de Centros de Transformación según su Emplazamiento

Los CT se clasifican según su ubicación en:

Intemperie o Exterior

Todos sus elementos están al aire, expuestos a las inclemencias atmosféricas. Se dividen en:

• Sobre Apoyo o Poste
• Sobre Suelo (aparamenta en apoyo y transformador sobre suelo)

Interior

Todos sus elementos se encuentran dentro de un edificio que los protege. Se clasifican según el tipo de canalización de la línea de entrada:

• Línea de entrada Aérea (sobre apoyos conductores desnudos):
  • Edificio Independiente de Obra Civil (altura mayor a 6 m)
• Línea de entrada Subterránea:
  • Edificio Independiente de Obra Civil
  • Subterráneo
  • Prefabricado
  • Compacto
• Local dentro de otro Edificio:
  • A nivel de calle
  • En sótano

Cálculo de la Línea de Enlace Transformador-Cuadro de Baja Tensión (BT)

El proceso para justificar la línea de enlace entre el transformador y el cuadro de BT en un CT se compone de los siguientes pasos:

1. Cálculo de la Sección Mínima por Intensidad de Cortocircuito

Datos:

• Iccs = 5773,502 A (obtenida en el cálculo)
• t = 1 s (Norma Particular ENDESA (NPS) - Capítulo I, apartado 6.1)
• K = 94 (material aluminio con aislamiento XLPE, según ITC LAT 06)

Fórmula:

Iccs x √t ≥ K x S

S ≥ Iccs x √t / K

S ≥ 5773,502 x 1 / 94

S ≥ 61,42 mm²

2. Selección Comercial del Conductor

Basándonos en el cálculo anterior y en las NPS - Capítulos III y IV, se selecciona el conductor tipo RV 0,6/1kV 1x150 mm² Al, cuya Imax = 300 A (según tabla de la ITC-BT 07).

3. Cálculo del Número de Conductores por Fase y Densidad de Corriente

Datos:

• Is = 230,940 A (obtenida en el cálculo)
• S = 150 mm²
• Imax = 300 A

Cálculo:

Nº conductores por fase = Is / Imax

Nº conductores por fase = 230,940 / 300 = 0,769 ≈ 1

4. Definición de la Línea

RV 0,6/1 KV 3(1 x 150) + 1 x 150 mm² Al

Electrodos para la Puesta a Tierra (PAT) en Centros de Transformación

Los electrodos para la PAT en CT siguen configuraciones predeterminadas. A continuación, se detallan:

Códigos de Identificación de Electrodos

Los códigos permiten identificar el electrodo y sus elementos. Se componen de letras y números que indican el tipo de electrodo, material, dimensiones y disposición. Ejemplo: P-Cu-50-2 (Pica de cobre de 50 mm de diámetro y 2 metros de longitud).

Tipos de Elementos y Características

Los elementos comúnmente empleados como electrodos son:

• Picas: Barras metálicas hincadas verticalmente en el terreno. Pueden ser de cobre, acero cobrizado o acero galvanizado.
• Placas: Planchas metálicas enterradas horizontalmente. Suelen ser de cobre o acero galvanizado.
• Conductores enterrados: Cables o pletinas de cobre o acero, dispuestos en forma de anillo, malla o radial.
• Armaduras de cimentación: Se utilizan las armaduras metálicas del hormigón como electrodo, conectándolas adecuadamente.

Las características de cada elemento, como material, dimensiones y forma, dependen de la resistividad del terreno y de la corriente de defecto prevista.

Figuras Ilustrativas

(Se recomienda incluir figuras que ilustren los diferentes tipos de electrodos y su disposición en el terreno para una mejor comprensión)

Definiciones Clave en Instalaciones Eléctricas

Defecto Franco

Conexión accidental, de impedancia despreciable, entre dos puntos o más con distinto potencial.

En el contexto de un CT, se refiere a una conexión entre un punto a 20 kV (conductor) y una masa metálica (celda) que está a 0 V. Esto equivale a un cortocircuito.

Se origina una tensión de defecto (Vd) en el punto donde se produce el fallo de aislamiento, colocando a un potencial esa masa metálica y provocando la elevación del potencial del electrodo.

Intensidad de Defecto (Id)

Corriente que circula debido a un defecto de aislamiento.

Centro de Transformación

Ya definido anteriormente.

Aparamenta

Ya definido anteriormente.

Proceso para Determinar el Calibre del Transformador en un Centro de Transformación

Para determinar el calibre del transformador necesario en un CT, se sigue el siguiente proceso:

1. Previsión de Carga

Se realiza la previsión de carga del edificio o zonas a suministrar aplicando la instrucción del 14 de octubre de 2004 y la ITC BT 10.

2. Coeficiente de Simultaneidad

Dependiendo del número de Cajas Generales de Protección (CGP), se multiplica la previsión de carga por un coeficiente:

• 4 o más CGP: 0,8
• Menos de 4 CGP: 1 (ITC BT 10)

3. Cálculo de la Potencia Aparente

Se divide la previsión de carga por el factor de potencia (cos α), generalmente 0,8:

S = P / Cos α

4. Selección del Transformador

Se selecciona un transformador cuya potencia nominal sea superior a la potencia aparente calculada:

S Transformador ≥ S Previsión carga

Importancia del Calibre de Conductores por Intensidad de Cortocircuito en Redes de BT y AT

Alta Tensión (AT)

Es el criterio fundamental para dimensionar un conductor aislado. Se debe verificar que el conductor puede soportar las intensidades de cortocircuito que se pueden producir en el punto del sistema eléctrico donde se utilice, durante el tiempo de actuación de las protecciones. Se utiliza la fórmula: Icc x √t ≈ K x S

Baja Tensión (BT)

Se debe comprobar que la sección mínima del conductor es capaz de soportar el cortocircuito que se pueda producir en el lugar de la instalación, durante el tiempo de actuación de las protecciones. La fórmula a emplear es: Iccs x √t ≤ K x S

En ambos casos, un correcto dimensionamiento por cortocircuito garantiza la seguridad de la instalación y evita daños en los conductores y equipos en caso de fallo.

Procedimiento para el Proyecto de la Puesta a Tierra (PAT) de un Centro de Transformación

El proyecto de una PAT de un CT debe incluir los siguientes pasos:

1. Investigación de las características del terreno.
2. Determinación de las corrientes máximas de PAT y del tiempo de eliminación del defecto.
3. Diseño preliminar de la instalación de tierra.
4. Cálculo de la resistencia del sistema de PAT.
5. Cálculo de las tensiones de paso en el exterior de las instalaciones.
6. Cálculo de las tensiones de paso y contacto en el interior de las instalaciones.
7. Comprobación de que las tensiones de paso (Vp) y de contacto (Vc) calculadas sean inferiores a los valores máximos admisibles definidos en las ecuaciones correspondientes.
8. Investigación de las tensiones transferibles al exterior.
9. Separación entre los electrodos de tierra de protección y de servicio.
10. Corrección y ajuste del diseño inicial.