RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE LOS COMPONENTES DE SUBESTACIONES ELÉCTRICAS SECUNDARIAS EN MEDIA TENSIÓN

Desde la incorporación de los transformadores tipo seco, en nuestro país en el año 2000, así como de las celdas modulares se hace necesario revisar ciertos aspectos clave para su adecuada selección y utilización.

En este breve artículo nos referiremos exclusivamente a su aplicación en SUBESTACIONES ELÉCTRICAS SECUNDARIAS de superficie, es decir a aquellas para usuarios de energía eléctrica en media tensión.

Los factores clave, cuando se trata de seleccionar a los integrantes de una subestación de media tensión, son los siguientes:

1. Lugar de instalación, interior o al exterior.
2. Altura sobre el nivel del mar.
3. Grado de contaminación ambiental.
4. Aplicación industrial o en centrales solares o eólicas.

SELECCIÓN DEL TIPO TRANSFORMADOR

Actualmente, los tipos más utilizados en nuestro país, para la distribución eléctrica son:

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

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 denominado como conservador de expansión, 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 (conservando sus cualidades dieléctricas). Pueden poseer aditamentos, como una membrana expandible, para eliminar el contacto con el aire.

Los transformadores HERMÉTICOS no poseen tanque de expansión y por tanto la conservación del fluido aislante es óptima. Pueden ser con tanque provistos de aletas expandibles, que absorben la dilatación del fluido, o con tanque a prueba de presión interna. Tienen 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, la vida del transformador, bajo condiciones de funcionamiento nominales, se puede extender de manera importante.

Casos especiales son los transformadores para elevar los voltajes en centrales eléctricas no convencionales como son las centrales solares y las eólicas cada vez más instaladas en diversos puntos de nuestro país. Estos son algunos de los requisitos a contemplar en el diseño de estos transformadores, en especial en lo casos en que se utilizan los del tipo seco:

• En al caso de las centrales solares, la generación varía con la irradiancia solar.
• En el caso de las centrales eólicas la generación depende del viento que es fluctuante.
• En ambos casos se presentan ciclos frecuentes de carga (dilatación, contracción), o vacíos lo cual produce un envejecimiento térmico del transformador.
• Altas frecuencia de armónicos, los cuales generan pérdidas en el núcleo.
• Picos de corriente de inserción frecuentes (sobre todo en las solares).
• Se instalan en lugares remotos sujetos a las inclemencias del tiempo y de la contaminación ambiental.

En resumen, estos transformadores deben combinar robustez ambiental, flexibilidad operativa ante cargas fluctuantes, eficiencia optimizada.

Recomendación adicional: Se sugiere acompañar a los transformadores de distribución de pararrayos (mejor si vienen provistos de contador de descargas). Esta precaución evitará fallas por sobre tensiones, sobre todo en los caos de los transformadores tipo seco.

SELECCIÓN DEL TIPO DE CELDAS MODULARES

En el mercado nacional actualmente predominan las celdas del tipo modular, de dimensiones muy reducidas con niveles de aislamiento para 24 a 36 KV.

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

• Con aislamiento en aire
• Con aislamiento en SF6

Las celdas con aislamiento en aire son las más difundidas en nuestro medio pero en muchos casos se ha constatado que estas poseen 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 2000 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 por su costo.

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 alto grado protección IP (ver cuadro adjunto), siendo en muchos casos suficiente con un IP 54.

Las celdas con aislamiento en SF6 resuelven el problema de la contaminación. En su interior el gas que contienen está generalmente 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 4000 msnm.

Tanto las celdas modulares, sean estas 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.

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.

Grados de protección “IP”

PRIMER NÚMERO (Respecto a ingreso de objetos sólidos)

0	Sin protección
1	Protegido contra ingreso de objetos sólidos de más de 50 mm de diámetro
2	Protegido contra ingreso de objetos sólidos de más de 12 mm de diámetro
3	Protegido contra ingreso de objetos sólidos de más de 2.5 mm de diámetro
4	Protegido contra objetos sólidos de más de 1 mm de diámetro
5	Protegido contra ingreso de polvo
6	Protegido contra ingreso de polvo muy fino

SEGUNDO NÚMERO (Respecto a penetración de agua)

0	Sin protección
1	Protegido Contra goteo vertical
2	Protegido contra goteo de hasta 15º de la vertical
3	Protegido contra agua rociada directa de hasta 60º de la vertical
4	Protegido contra agua rociada directa en cualquier dirección (entrada limitada permitida)
5	Protegido contra chorro de agua a baja presión (entrada limitada permitida)
6	Protegido contra chorro fuerte de agua (entrada limitada permitida)

SELECCIÓN DE SUBESTACIONES COMPACTAS

Estos tipos de subestaciones son ideales para instalaciones en exteriores ya que cuenta, en un solo gabinete de 3 compartimientos. Uno para la llegada del suministro otro para el transformador y el tercero opcionalmente para los elementos de protección y distribución de BAJA TENSIÓN.

En el compartimiento de llegada puede instalarse un SECCIONADOR DE POTENCIA CONVENCIONAL o celdas modulares.

Es importante que estas subestaciones ostenten las dimensiones mínimas posibles cual es la principal característica para su uso. También a menores dimensiones, menos dificultades para lograr un buen grado de protección IP.

Las potencias sugeridas para este tipo de subestaciones son desde 100 hasta 800 KVA.

Cuando estas subestaciones se instalan en lugares con elevado grado de contaminación ambiental (grados III y IV), se recomienda emplear como elemento de protección en media tensión celdas con aislamiento en SF6. Se aconseja tener especial cuidado con el sistema de ventilación más adecuado el cual pude ser natural para bajas potencias o forzada mediante con extractores o inyectores.

También es importante prever la instalación de resistencias de calefacción, sobre todo si la temperatura ambiente es muy variable, como es el caso de lugares a gran altitud sobre el nivel mar en nuestro país.