Nuevas Consideraciones para la Selección de los Componentes de Subestaciones Eléctricas Secundarias de Distribución en Media Tensión

Desde la incursión de los transformadores tipo seco (en nuestro país en el año 2000) así como de las celdas modulares se hace necesario revisar ciertos aspectos para una adecuada utilización de estos elementos.

En este breve artículo nos referiremos solo a los casos de su aplicación en SUBESTACIONES ELÉCTRICAS SECUNDARIAS de superficie, o sea aquellas para usuarios de energía eléctrica en MEDIA TENSIÓN.

Los principales asuntos a resolver, cuando se trata de seleccionar los integrantes de una subestación de Media tensión, son los siguientes:

1. Selección del tipo de transformadores
2. Selección de las celdas de distribución
3. Aplicación en subestaciones compactas para exterior

SELECCIÓN DEL TIPO TRANSFORMADOR

Como sabemos, actualmente empleamos, en nuestro país con mayor frecuencia los siguientes tipos de transformadores de distribución:

• Tipo seco con aislamiento clase F
• Inmersos en fluido aislante refrigerante, con conservador o tipo herméticos, con aislamiento clase A

Para su selección se debe considerar el lugar de instalación, sea por el GRADO DE CONTAMINACIÓN del lugar, la altura sobre el nivel del mar de su instalación, así como la disponibilidad de espacio suficiente para su adecuada ventilación.

Los transformadores tipo seco con clase tipo F (encapsulados en resina epóxica) están siendo utilizados con mayor frecuencia en lugares donde los espacios disponibles sean reducidos, sea necesario eliminar los riesgos de incendio y la exigencia de su mantenimiento sea mínimo. Tales lugares serían los hospitales, colegios y universidades, centros comerciales, así, como por el lugar de su instalación: en estacionamiento subterráneos o azoteas, pisos intermedios y similares, así como en salas eléctricas.

En cuanto a los transformadores inmersos en fluido aislante (sea este del tipo mineral o vegetal), son adecuados para otros sitios no citados en el párrafo anterior, tales como en instalaciones mineras subterráneas o a tajo abierto y otros con muy alta contaminación ambiental. Estos transformadores pueden ser de los tipos CONVENCIONALES y HERMÉTICOS.

Los transformadores CONVENCIONALES poseen un tanque conservador el cual tiene la finalidad de absorber la expansión del fluido aislante y a su vez reducir el área de contacto de este fluido con el aire del medio ambiente. Pueden poseer aditamentos para eliminar el contacto con el aire.

Los transformadores HERMÉTICOS no poseen tanque conservador y por tanto la conservación del fluido aislante es óptima. Pueden ser con tanque con aletas expandibles o con tanque a prueba de presión interna. Tiene la gran ventaja de una conservación del fluido aislante durante todo el tiempo de vida útil del transformador, lo cual es importante pues elimina la necesidad de tratamiento periódico del fluido para su secado o purificación de residuos. Por otra parte, al conservarse el fluido, cuya función es la de refrigeración y aislamiento, la vida del transformar la vida del transformador, bajo condiciones de funcionamiento nominales, se extiende de manera importante.

SELECCIÓN DEL TIPO DE CELDAS

Están disponibles a nivel internacional dos principales tipos de celdas de distribución:

• Con aislamiento en aire
• Con aislamiento en SF6 (GIS)

Todas las celdas que se comercializan en nuestro país ahora son del tipo modular, de dimensiones muy reducidas y poseen un nivel de aislamiento para 24 KV.

Las celdas con aislamiento en aire son las más difundidas en nuestro medio pero en muchos casos se ha constatado que estas tiene ciertas limitaciones como son: cuando se trata de instalarlas en lugares con alta contaminación (grado de contaminación III o IV, ver cuadro), en especial cercanos al mar o en los casos cuando el voltaje de servicio es de 22.9 KV (que es la gran mayoría en nuestro país) y la altura sobre el nivel del mar supera los 1000 m. En este último caso se requiere emplear celdas con un nivel de aislamiento de 36 KV, lo cual es un inconveniente tanto por su dimensionamiento como económico.

En el caso de las instalaciones mineras, en muchas de estas el voltaje de distribución es de 13.2, 10 KV o menores, las celdas con aislamiento en aire (para 24 KV) son perfectamente aplicables prestando atención al grado de contaminación lo cual se resuelve protegiéndolas con una envolvente con grado protección alto, de hasta IP66.

Las celdas con aislamiento en SF6 resuelven el problema de la contaminación. En su interior el gas que contienen está a 1.3 atmósferas de presión. Siendo este gas uno de los gases más potentes para el incremento del calentamiento global, es necesario tomar las debidas precauciones para evitar su fuga, sobre todo cuando se trata de instalaciones superiores a 1000 msnm. No obstante, reconocidos fabricantes de este tipo de celdas garantizan su hermeticidad hasta alturas de 4000 msnm.

Tanto las celdas modulares sean con aislamiento en aire como en SF6 pueden ser equipadas con seccionadores de potencia (con fusibles) como con interruptores automáticos y sus correspondientes equipos para protección y/o medición.

APLICACIÓN EN SUBESTACIONES COMPACTAS

Merece especial atención a la aplicación de celdas y transformadores instalados en SUBESTACIONES COMPACTAS para uso INTERIOR o EXTERIOR.

Como se sabe este tipo de subestaciones están conformadas por una envolvente la cual alberga en su interior las celdas de protección, así como el transformador de distribución. También pueden albergas los elementos de protección y distribución de BAJA TENSIÓN.

Es importante que estas subestaciones ostenten las dimensiones mínimas posibles cual es la principal característica para su uso.

Las potencias sugeridas para este tipo de subestaciones son desde 100 hasta 800 KVA y su aplicación regular es recomendable hasta 1000 msnm. Para mayores altitudes se requieren de diseños especiales.

En lugares con reducido grado de contaminación (grados I y II) son aplicables celdas modulares con aislamiento en aire o simplemente seccionador de potencia con fusibles. Transformadores secos son perfectamente aplicables.

Cuando estas subestaciones se instalan en lugares con elevado grado de contaminación ambiental (grados III y IV), se recomienda emplear como elemento de protección celdas con aislamiento en SF6 y transformadores herméticos.

En todos los casos, pero especialmente en lugares con elevado nivel de contaminación ambiental, se aconseja tener especial cuidado con el sistema de ventilación más adecuado el cual pude ser natural para bajas potencias o forzada mediante extractores o inyectores.

GRADOS DE PROTECCIÓN “IP”

PRIMER NÚMERO Respecto a ingreso de objetos sólidos	SEGUNDO NÚMERO Respecto a penetración de agua
0. Sin protección	0. Sin protección
1. Protegido contra ingreso de objetos sólidos de más de 50 mm de diámetro	1. Protegido Contra goteo vertical
2. Protegido contra ingreso de objetos sólidos de más de 12 mm de diámetro	2. Protegido contra goteo de hasta 15 º de la vertical
3. Protegido contra ingreso de objetos sólidos de más de 2.5 mm de diámetro	3. Protegido contra agua rociada directa de hasta 60º de la vertical
4. Protegido contra objetos sólidos de más de 1 mm de diámetro	4. Protegido contra agua rociada directa en cualquier dirección (entrada limitada permitida)
5. Protegido contra ingreso de polvo	5. Protegido contra chorro de agua a baja presión (entrada limitada permitida)
6. Protegido contra ingreso de polvo muy fino	6. Protegido contra chorro fuerte de agua (entrada limitada permitida)

GRADOS DE CONTAMINACIÓN AMBIENTAL

Nivel de Contaminación	Descripción del Ambiente
Ligero Nivel I	• Áreas sin industrias y con baja densidad de casas equipadas con calefacción. • Áreas con baja densidad de industrias o casas pero sujetas a frecuentes vientos o lluvia. • Áreas agrícolas • Áreas montañosas • Todas las áreas situadas de 10 km a 20 km del mar y no expuestas a vientos directos provenientes del mar.
Medio Nivel II	• Áreas con industrias que no producen humo contaminante y/o con densidad moderada de casas equipadas con calefacción. • Áreas con alta densidad de casas pero sujetas a frecuentes vientos y/o lluvia. • Áreas expuestas a vientos del mar pero no cercanas a la costa (al menos varios kilómetros de distancia).
Alto Nivel III	• Áreas con alta densidad de industrias y suburbios de grandes ciudades con alta densidad de casas con calefacción que generen contaminación. • Áreas cercanas al mar o expuestas a vientos relativamente fuertes procedentes del mar.
Muy Alto Nivel IV	• Áreas generalmente de extensión moderada, sujetas a contaminantes conductivos, y humo industrial, que produzca depósitos espesos de contaminantes. • Áreas de extensión moderada, muy cercanas a la costa y expuestas a rocío del mar, o a vientos muy fuertes con contaminación procedentes del mar. • Áreas desérticas, caracterizadas por falta de lluvia durante largos períodos, expuesta a fuertes vientos que transporten arena y sal, y sujetas a condensación con regularidad.