Clasificación de Estaciones Eléctricas (ET)

La clasificación de las estaciones eléctricas se realiza atendiendo a diversos criterios, siendo uno de los más importantes su comportamiento dentro del sistema de transmisión y distribución.

Según su Comportamiento en el Sistema de Transmisión

• ET de Centrales Eléctricas: Se ubican adyacentes a las centrales generadoras. Su función principal es modificar los parámetros de la potencia suministrada por los generadores para posibilitar la transmisión en alta tensión a través de las líneas de transmisión. Los generadores suelen suministrar potencia en rangos de 0,4 a 25 kV, mientras que la transmisión, según el volumen de energía y la distancia, puede efectuarse desde 66 hasta 500 kV en el contexto nacional.
• Estaciones de Distribución o Seccionamiento (E.S.): Son aquellas que modifican el número de ramas de la red de alta tensión considerando el sentido del flujo energético. Es importante notar que estas E.S. no poseen transformador de potencia.
• ET de Interconexión: Transforman el nivel de tensión de transmisión. Por ejemplo, realizan conversiones de 500 kV a 132 kV. Disponen, como mínimo, de un transformador de potencia.
• ET Principales o de Transformación (ETP): Transforman el nivel de tensión de transmisión a uno inferior destinado a la distribución (media tensión). Generalmente, estas estaciones manejan dos niveles de tensión de distribución (33 kV y 13,2 kV) y conforman las redes urbanas, interurbanas o rurales.
• ET Secundarias (ETS): En el área de distribución, se les denomina Subestaciones Transformadoras (SET o ETS). La mayoría de ellas son del tipo intemperie para el nivel de 33 kV. Las SET para sistemas de 13,2 kV pueden ser interiores, clasificándose en SET de nivel o subterráneas. Las SET de tipo intemperie a 13,2 kV suelen ser aéreas.

Estas SET reducen los niveles de tensión de distribución (33 kV y 13,2 kV) a niveles de baja tensión (0,4 kV y 0,21 kV) utilizados por los usuarios finales. Comúnmente, estas estaciones son conocidas como centros de transformación.

Clasificación de Centros de Transformación (CT) según su Emplazamiento

• De intemperie o exteriores: Son centros de transformación instalados sobre postes o estructuras metálicas. La aparamenta y el transformador se colocan sobre apoyos metálicos u hormigón.
• De interiores: Según su colocación, pueden ser de superficie, semienterrados o subterráneos. Actualmente, estos edificios suelen ser prefabricados.

Clasificación de CT según su Conexión a la Línea de Distribución de Media Tensión

La conexión del CT a la línea de media tensión que le suministra energía eléctrica permite las siguientes clasificaciones:

• Simple derivación o antena: Los CT se conectan directamente a la línea de media tensión que parte de una subestación reductora (ETP) de alta a media tensión. Esta distribución es común en zonas de baja y mediana densidad de carga.
• En anillo: En una red anular, cada CT está equipado con dos interruptores: uno de entrada y otro de salida de la línea. El interruptor de salida de un CT conecta con el de entrada del siguiente, y así sucesivamente, hasta regresar a la estación reductora (ETP) que alimenta la línea de media tensión.
• En doble derivación: El CT se conecta mediante dos interruptores a líneas de media tensión que provienen de dos estaciones reductoras (ETP) distintas. Esta configuración asegura que el CT permanezca operativo incluso si ocurre una avería en una de las líneas de alimentación.

Diseño de una Estación Transformadora (ET)

Para iniciar el diseño de una ET, es fundamental definir su propósito, es decir, su importancia dentro del sistema directo, el número de líneas concurrentes, la cantidad de transformadores de potencia requeridos, la capacidad de compensación, entre otros aspectos.

Este proceso de definición técnica conduce a establecer el sistema de barras a emplear, lo cual determina la configuración de la ET y, consecuentemente, su funcionamiento dentro del sistema eléctrico general.

Factores Determinantes del Esquema Eléctrico de una ET

En síntesis, el esquema eléctrico de una ET se define por los siguientes factores clave:

1. Tensión de potencia a instalar.
2. Costo de inversión.
3. Posibilidad de futura ampliación.
4. Importancia de la continuidad del servicio.

Circuitos Eléctricos en una ET

Los circuitos eléctricos dentro de una ET se pueden dividir en dos categorías principales:

Circuitos Principales

Son aquellos que constituyen el sistema de potencia. Incluyen los circuitos de media o alta tensión por donde fluye la potencia que será transformada o reducida en la ET.

Circuitos Auxiliares

Son los circuitos empleados para la vigilancia y el control de la instalación. Son indispensables para el correcto funcionamiento del equipamiento eléctrico y mecánico, abarcando funciones como comando, protección, medición y fuerza motriz.

Categorías de Servicios Auxiliares

• Servicio de la subestación: Incluye transformadores auxiliares (generalmente de 13,2/0,4 V), baterías para la alimentación de protecciones de alta tensión y sus respectivos cargadores.
• Alumbrado interior y exterior.
• Sistema contra incendios.

Aparamenta Eléctrica de una ET

La aparamenta esencial que compone una Estación Transformadora incluye:

• Transformador de potencia.
• Seccionador.
• Interruptores de potencia.
• Descargadores de sobretensión.
• Transformadores de medida (tensión y corriente).
• Bobinas de bloqueo y equipo de comunicación.
• Aisladores y herrajes.
• Sistema de barras y estructuras soportes.
• Red de puesta a tierra.
• Canalizaciones, conductos y drenajes.
• Edificios de control y de comando.
• Alumbrado normal y de emergencia.
• Sistema de alimentación de corriente continua.

Transformador de Potencia

El transformador de potencia es el componente primordial de una ET, ya que ejecuta la conversión del nivel de tensión de alta (500 kV, 220 kV, 132 kV) a media tensión (33 kV y 13,2 kV) para alimentar a las localidades cercanas y centros urbanos. Usualmente son trifásicos con dos o tres arrollamientos. Las potencias asociadas a estos transformadores varían típicamente entre 5 hasta 500 MVA en el contexto nacional.

Accesorios del Transformador

Los transformadores de potencia están equipados con varios accesorios cruciales para su operación segura y mantenimiento:

• Depósito conservador de aire: Contiene el aceite aislante.
• Indicador del nivel de aceite.
• Desecador de aire (sílica gel): Su función es prevenir la entrada de humedad en el depósito de expansión. Las variaciones de volumen del aceite, causadas por cambios de temperatura, provocan la admisión o expulsión de aire de la cuba. Este aire contiene humedad que reduce la rigidez dieléctrica del aceite. El desecador contiene gel de sílice que absorbe esta humedad antes de que ingrese al sistema.
• Relé de Buchholz: Protege contra cualquier anormalidad magnética o eléctrica interna del transformador. Detecta el desprendimiento de gases y activa una señal de alarma. Las averías internas (recalentamientos locales o efectos de arcos eléctricos) provocan la gasificación del aceite y otros aislantes, lo cual afecta al relé de la siguiente manera:
  • Condiciones normales: El relé está lleno de aceite y sus dos flotadores mantienen los contactos abiertos.
  • Pequeña avería: Se generan burbujas de gas que, al llegar a la parte superior, hacen que un flotador cierre sus contactos, activando la alarma.
  • Avería acentuada: La gasificación brusca provoca que el segundo flotador cierre sus contactos, lo que resulta en el disparo del interruptor y la desconexión del transformador.
• Tanque de expansión de aceite: Es un depósito cilíndrico con orificios superiores para llenado y orificios inferiores para conexión. Una tubería conecta con la cuba, intercalando el relé Buchholz, y otra tubería se conecta con el desecador de aire. Sus funciones son:
  • Mantener constante el nivel de aceite en la cuba, compensando dilataciones y contracciones por temperatura.
  • Evitar el envejecimiento del aceite al reducir la oxidación.
  • Impedir la absorción de humedad.
• Termómetro de indicación de la temperatura del aceite y termostato: Para protección contra sobretemperaturas en el aceite.
• Relé de cuba: Sensa las corrientes de fuga que puedan originarse en la cuba del transformador debido a fallas, como el trabajo de la máquina bajo condiciones de excesivo desbalance de carga.
• Relé de imagen térmica: Su finalidad es sensar la temperatura del arrollamiento y el núcleo del transformador, realizando la desconexión de la máquina en caso de temperaturas excesivas. Este relé actúa como protección contra sobrecargas, ya que detecta la temperatura en el punto más caliente del bobinado, siendo considerada la mejor protección para estos componentes. Se utiliza también para controlar la temperatura de los devanados y la ventilación forzada.