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DISEÑO DE SUBESTACIONES DE MEDIA TENSIÓN

INSTALACIÓN EN MEDIA TENSIÓN

Las instalaciones eléctricas en Media tensión son aquellas que trabajan con  voltajes de 13.2kv, 23kv y 34.5kv. En sus diferentes conexiones: Monofásicos, Bifásicos y Trifásicos. Todos en Corriente alterna. Las instalaciones eléctricas en Media tensión son principalmente para una carga mayor de 20 kw. Para Tarifa OM  la carga tiene que ser como mínimo 20 kw hasta 99 kw. Para Tarifa HM  la carga tiene que ser como mayor a 99kw. Las instalaciones en media tensión se realizan vía aérea (Postes, torres, y cable de aluminio ACSR..), subterráneo (Tubos PAD, cable XLP, registro de concreto, cajas derivadoras..). Todos los materiales tienen el protocolo de LAPEM para la aceptación de CFE. Quienes requieren del servicio en media tensión:

• Todo aquel servicio que tiene una carga instalada como mínimo de 25kw.
• Naves industriales
• Centros de Distribución
• Fabricas de Productos ó algún proceso.
• Alimentación a un centro comercial con subestacion compartida.
• Hospitales
• Tiendas comerciales tipo oxxo.
• Unidades ó edificios residenciales.
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• Los diferentes elementos que la integran y los más importantes, los vamos a enumerar en este listado:
  1. 1.Transformador
  2. 2.Desconectores
  3. 3.Conmutadores de puesta a tierra
  4. 4.Transformadores de corriente y voltaje
  5. 5.Interruptores de circuito
  6. 6.Descargador de sobretensiones
  7. 7.Barras colectoras
  8. 8.Pararrayos
  9. 9.Portal
  10. 10.Edificio de operaciones
  Cada uno de estos elemntos cumple su función y tiene unas características determinadas dentro de la instalación. Veamos las principales características de cada uno de ellos.
  1. Transformador, la máxima tensión de transporte eléctrico permitido dentro de la Unión Europea son 380.000 voltios, este alto voltaje tiene el objetivo de mantener las pérdidas lo más bajas posibles. Pero pasar de esa cantidad de voltios a los 230 voltios no es tarea de un solo paso. Para ello se necesitan varios transformadores que van ajustando las tensiones en varias etapas, para llegar a la tensión deseada. Cuanto más cercano esté la subestación al consumidor final, se reduce el tamaño necesario del transformad2. Desconectores , su propósito es la de abrir el circuito eléctrico de la instalación y aislar completamnete ciertos componentes del resto de la instalación.
  3. Conmutadores de puesta a tierra, proveen una conexión segura y confiable para desactivar los componentes del sistema. Previenen de un posible peligro a la hora del proceso de carga. Combiandos con los desconectores crean un lugar seguro dentro de la zona de trabajo.
  5. Interruptores de circuito es el interruptor de alto voltaje que activa o desactiva cada una de las líneas eléctricas.
  6. Descargador de sobretensiones, suelen encontrarse al final de cada línea o cable. Sirven para limitar subidas de tensión inesperadas, que no sulen estar en los rangos normales, de esta manera, si mantenemos el voltaje en unos niveles controlados, la subestación puede ser protegida sin necesidad de interrumpir el suministro eléctrico continuo.
  7. Barras colectoras, son la columna vertebral de las subestaciones eléctricas, conecta y se encarga de la transmisión de la energía eléctrica a través de las diferentes secciones de la instalación.
  8. Pararrayos, es un componente esencial dentro de la instalación eléctrica, sirve para conducir de forma controlada e inteligente la electricidad que descarga un rayo cuando golpea en la superficie.
  9. Portal, es la estructura mecánica que soporta de manera estable y de forma aislada las líneas y los elementos de la subestación eléctrica que quedan suspendido en el aire.
  10. Edificio de operaciones, es el edificio donde se realiza el control de los sisitemas, las comunicaciones y el almacen de los elementos y repuestos eléctricos.
  
  Veamos un vídeo donde recorremos las diferentes partes de una subestación eléctrica: Para aislar y disipar el calor generado dentro del transformador, se utiliza aceite refrigerado.Tipos de subestaciones
  
  
  Una subestación de distribución o centro de transformación es el conjunto de instalaciones y equipos eléctricos encargado de realizar la transformación de niveles de alta, media o baja tensión a niveles adecuados para la distribución de energía eléctrica, operadores de Red utilizan las siguientes relaciones de transformación 230-34,5 kV, 115-34,5 kV, 115-11,4 kV, 115-34,5 kV, 34,5-11,4 kV, 34,5-13,2 kV,13.2-0.208/0.120kV, 13.2-0.220/0.127kV, 13.2-0.440/0.266kV, 11.4-0.208/0.120kV, 11.4 -0.220/0.127kV, 11.4 - 0.440/0.266kV
  Es de anotar que la utilización de tensión a 11.4kV está reservada para zonas ubicadas en alturas superiores a 1000 m.s.n.m y tensión a 13.2kV, para alturas inferiores.
  TIPOS DE SUBESTACIONES ::.
  Las subestaciones de distribución se pueden clasificar según su ubicación en:
  • Subestación aérea
  • Subestación de piso
  • Subestación subterránea
  
  
  SUBESTACIÓN AÉREA ::.
  La subestación aérea o tipo poste es empleada en zonas rurales, y urbanas, para prestar el servicio a usuarios industriales o residenciales de estratos 1,2 y 3. La subestación aérea esta conformada por un transformador de distribución, acompañado de su respectiva protección contra sobretensión (Descargadores de sobretensión DST) y protección contra sobrecorriente (cortacircuitos), como también de algunos accesorios indispensables para su montaje como apoyos, aisladores y herrajes.
  Los transformadores utilizados en este tipo de subestación pueden ser monofásicos o trifásicos y los fabricantes ofrecen transformadores de distribución con potencias nominales normalizadas que no exceden los 150 kVA, cuando la potencia nominal excede los 112.5KVA o el peso del transformador sobrepasa los 650kg, se requiere utilizar para su instalación una estructura tipo H. La estructura tipo H se compone de dos apoyos (postes).
  La alimentación de los transformadores que conforman una subestación aérea puede hacerse por red aérea o subterránea.

  Figura 2.5.1. Subestación aérea o tipo poste*

  
  
  Los niveles de tensión para redes de uso público se encuentran definidos en la Norma ICONTEC NTC 1340 es tensiones nominales en sistema de energía eléctrica a 60 Hz en redes de servicios públicos, y, pero si un cliente de un operador de red requiere un nivel de tensión diferente, puede definir su contrato de conexión en un nivel de tensión normalizado, con el cual alimentará un transformador de su propiedad, este transformador recibe el nombre de transformador de uso dedicado y definir así la relación de transformación que más le convenga a sus necesidades.
  Las potencias nominales de los transformadores instalados en subestación aérea o tipo poste en Colombia son las siguientes:

  Tabla 2.5.1. Potencias nominales de transformadores instalados en subestación aérea o tipo poste en Colombia

  En las estructuras empleadas por operadores de red en Colombia para la subestación tipo poste encontramos:
  Disposición con cable de guarda trafo monofásico unipolar
  Disposición con cable de guarda trafo monofásico unipolar autoprotegido
  Trafo en poste circuito primario tangencial
  Trafo en estructura tipo H circuito primario tangencial
  Trafo en poste autoprotegido
  
  
  SUBESTACIÓN DE PISO ::.
  La subestación de piso se utiliza en zonas urbanas, para prestar el servicio a usuarios industriales, comerciales, alumbrado público y residencial.
  Las subestaciones de piso presentan variantes que determinan su clasificación en: subestación tipo patio, subestación tipo pedestal o pad mounted y subestación capsulada.
  
  
  SUBESTACIONES TIPO PATIO ::.
  Las subestaciones tipo patio son empleadas a la intemperie en algunas industrias, habitualmente son alimentadas por redes subterráneas a 34,5 kV y en el lado de baja tensión se pueden manejar niveles de tensión según la necesidad del usuario.

  Figura 2.5.2. Subestación tipo patio*

  
  
  Las potencias nominales comúnmente utilizadas en los transformadores monofásicos o trifásicos que conforman subestaciones de patio urbana son:

  Tabla 2.5.2. Potencias nominales de transformadores instalados en subestación de patio urbana en Colombia

  Los transformadores con potencia nominal entre 1000 kVA y 2500 kVA, deben tener tanque de expansión o cámara con colchón de aire que permita la apropiada refrigeración del transformador.
  Algunas de las configuraciones de la subestación tipo patio empleadas en Colombia son:
  Centro de distribución industrial 34,5 kV tipo exterior – derivación aérea con reconectador
  Centro de distribución industrial 34,5 kV tipo exterior – derivación aérea con seccionador fusible
  En las subestaciones tipo patio el equipo de medida se debe encontrar alojado en una celda tipo intemperie de fácil acceso para el personal sin tener que ingresar al patio de conexiones; para la protección contra sobretensiones el transformador debe contar con descargadores de sobretensión (DST) de 27 kV, 10 kA, de óxido metálico y por el lado de alta tensión debe utilizar un reconectador o seccionador con fusible tipo HH.
  La subestación debe estar provista de una puesta a tierra a la cual se conectaran las partes metálicas no conductoras del equipo empleado en la subestación, así como las crucetas metálicas, los cables de guarda, la carcaza del transformador, los DST y el neutro del transformador.
  
  
  SUBESTACIÓN PEDESTAL O PAD MOUNTED (TIPO JARDÍN) ::.
  La subestación pedestal o pad mounted (tipo jardín) puede ser utilizada a la intemperie o al interior de edificios, ofrecen seguridad para ser instalada en lugares en que existe paso de personas como en parques o avenidas.
  La subestación de pedestal está conformada por dos gabinetes, uno en el que se encuentra alojado el transformador el cual lleva sus protecciones internas y otro para la caja de maniobras, estos gabinetes cuentan con cerradura que impiden el ingreso de personal no autorizado. La subestación de pedestal debe contar con una puesta tierra a la que se conectan las partes metálicas de la subestación, al neutro del transformador y la tierra de los descargadores de sobretensión.

  Figura 2.5.3. Subestación pedestal o pad mounted (tipo jardín)*

  La subestación de pedestal posee seccionadores de maniobras que pueden ubicarse en la celda de maniobra o a la intemperie. Los seccionadores deben poseer aislamiento en aceite o en SF6 y la cámara de interrupción del arco debe ser en aceite, vacío ó SF6; son seccionadores tripolares de operación manual bajo carga.
  El área de la subestación se encuentra encerrada por una malla instalada como mínimo a un metro del perímetro de los equipos y de 2.5 metros de altura, con avisos de peligro y alta tensión, también su puede instalar en un local en el que la puerta dé al exterior del inmueble.
  
  
  TRANSFORMADORES DE PEDESTAL
  El transformador pedestal se divide en dos compartimientos cada uno con puerta y separados el un del otro por una lamina metálica, en el del lado izquierdo se alojan los terminales de alta tensión del transformador y al lado derecho los terminales de baja tensión.
  El transformador de pedestal es protegido en el lado de alta tensión por un fusible de expulsión tipo bayoneta en serie con un fusible limitador de corriente el cual opera cuando hay fallas internas en el transformador, se encuentra ubicado en el interior de su tanque, por esta razón cuando este actúa el transformador debe ser retirado para someterlo a revisión y en el lado de baja tensión el transformador para su protección cuenta con un interruptor automático escogido según la corriente de cortocircuito y la curva de capacidad térmica que pueda soportar el transformador.
  La capacidad de los transformadores pedestal empleados para alumbrado publico son: 30, 45 y 75 kVA y para distribución se maneja una relación 11.4 – 0.208/0.120 kV con capacidades de 45, 75, 112,5 150 225, 300, 400 y 500 kVA.
  
  
  CAJA DE MANIOBRA
  En la caja de maniobra se realiza la conexión o desconexión individual de los transformadores de las redes de distribución y acometidas por medio de interruptores, la caja de maniobra puede ser en aceite o en SF6 para acometidas subterráneas.
  
  
  SUBESTACIONES CAPSULADAS ::.
  Las subestaciones o centros de transformación capsuladas, son aquellas en las que existe un recinto cerrado en el cual se encuentran alojadas varias celdas, una de ellas destinada para el transformador de distribución, una celda para el equipo de protección y maniobra, es decir el seccionador tripolar de trabajo bajo carga con nivel de aislamiento de 15 kV; otra celda alberga el grupo de medida compuesto por los transformadores de potencial y de corriente.

  Figura 2.5.4. Subestación Capsulada

  
  
  Las subestaciones capsuladas son empleadas en industrias o en urbanizaciones de estrato 4,5 y 6.
  En las subestaciones capsuladas se utilizan transformadores en aceite o transformadores tipo seco, se protegen con fusibles limitadores de corriente, el cual se selecciona dependiendo de la potencia nominal del transformador.
  Los transformadores en aceite se alojan en un local reforzado (bóveda) independiente al local de las celdas de entrada, salida, protección y en algunos casos la celda de medida. El transformador tipo seco se instala en el mismo local de las celdas;
  
  

  	Las celdas son elaboradas en lámina, poseen una puerta metálica con cerradura, una ventana de inspección con vidrio templado de seguridad y rejillas de ventilación.
  Figura 2.5.5. Subestación Capsulada

  
  
  En las subestaciones capsuladas se pueden emplear seccionadores tripolar en aire con tensión nominal de 17.5 kV y corriente nominal de 630 A para conductor 2/0 y 400 A para conductor 4/0, seccionador en aire con fusibles limitadores de corriente con tensión nominal de 17.5 kV y corriente nominal de 400 A, o celda con seccionadores en SF6, la cual se utiliza también como celda de entrada y celda de salida, consta de un tanque lleno de SF6 en el que se sumerge un seccionador tripolar de trabajo bajo carga de tres posiciones: conectado (cerrado), desconectado (abierto) y puesto a tierra.
  
  
  SUBESTACIONES TIPO LOCAL ::.

  Las subestaciones tipo local en la actualidad no son permitidas, debido al peligro latente al que esta expuesto el personal, ya que tanto el transformador de distribución, los seccionadores de operación bajo carga o el barraje, se encuentran a la vista en el interior de un recinto cerrado de 3.5X2.5X3 m.
  	Figura 2.5.6. Subestación Tipo Local*

  SUBESTACIÓN SUBTERRÁNEA ::.
  La subestación subterránea se instala bajo el nivel del piso en andenes, zonas verdes, o en un predio particular, están conformadas por dos bóvedas una para el transformador y otra para el seccionador de maniobras, estas se encuentran unidas por un banco de ductos. El seccionador debe ser de tipo inundable de operación bajo carga de 200 A, debe contar con codos premoldeados sin partes vivas expuestas, para la conexión de los terminales de media tensión.

  Figura 2.5.7. Subestación subterránea*

  
  El transformador puede ser sumergible u ocasionalmente sumergible de capacidad hasta 200 kVA, con la propiedad de permanecer hasta tres horas en agua, si el transformador no cuenta con el conjunto de protección y seccionamiento interno, se deben instalar seccionadores independientes en aceite o en SF6 sumergibles; los bornes de conexión de baja tensión deben ser aislados y los de alta deben ser codos premoldeados resistentes a la humedad; entre el tanque del transformador y el piso de la bóveda debe existir una distancia superior a 4 centímetros. La bóveda del transformador debe disponer de una cubierta removible en la parte superior que permita el acceso a los fusibles internos y los bujes de media y alta tensión del transformador sin tener que ingresar a la bóveda.