Sistemas de Evacuación del Calor en un Transformador

Existen diversos métodos para disipar el calor generado en los transformadores, clasificados según el medio de circulación y la potencia del equipo:

Métodos de Refrigeración

• Refrigeración Natural: Empleada en transformadores de pequeña y mediana potencia. El aceite circula por diferencia de densidades a través de radiadores adosados a la cuba, aumentando la superficie de refrigeración en contacto con el aire.
• Refrigeración Forzada de Aire: Utilizada para grandes potencias. Se adosan ventiladores (horizontales o verticales) a los radiadores para acelerar el proceso de disipación.
• Circulación Forzada de Aceite: Consiste en la aspiración e impulsión del aceite caliente mediante una bomba. La finalidad es aumentar la velocidad de circulación del aceite a través de los radiadores.

Denominaciones de Sistemas de Refrigeración

De acuerdo con estos sistemas y el medio utilizado para el intercambio de calor, surgen las siguientes denominaciones:

• ONAN: Refrigeración natural de aceite y natural del aire.
• ONAF: Refrigeración natural de aceite y forzada de aire.
• OFAF: Refrigeración forzada de aceite y forzada de aire.

Equipos de Maniobra y Protección en Subestaciones

Interruptor de Potencia

Es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del sistema eléctrico tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío) como en condiciones de cortocircuito. El interruptor puede ser manual o accionado por la señal de un relé. Son monofásicos, es decir, se requiere una unidad por cada fase.

Clasificación según el Medio de Extinción del Arco Eléctrico:

• Vacío
• Gran volumen de aceite
• Aire comprimido
• Hexacloruro de azufre (SF6) (Nota: El texto original mencionaba «Hexacloruro de aceite», se mantiene la corrección del término técnico más común)

Seccionador

Es un equipo mecánico utilizado para aislar una línea o equipo de una fuente de potencia. Aísla equipos tales como interruptores, capacitores o líneas para la ejecución de mantenimiento. Se utiliza para maniobrar circuitos en vacío y, según su tipo, puede tener la posibilidad de realizar maniobras en carga, para lo cual debe disponer de fusibles tipo HH.

Es considerado como elemento de maniobra y no de protección. Son monofásicos, es decir, se requiere una unidad por cada fase.

Tipos de Seccionadores según su Función:

• Seccionadores de maniobra
• Seccionadores de puesta a tierra
• Seccionadores de operaciones en carga

Descargadores de Sobretensión

Es el dispositivo encargado de proteger el transformador y las líneas de sobretensiones externas que surgen por descargas atmosféricas o maniobras. Limita la tensión que llega a los bornes del transformador enviando a tierra las sobretensiones.

Actualmente se emplean descargadores de Óxido de Zinc (OZn), conformados por varistores de óxido de zinc en serie que disminuyen su resistencia interna ante la presencia de una sobretensión, dirigiéndola a tierra.

El descargador de sobretensión se comporta como una resistencia inversa. Es decir, a medida que aumenta la tensión, reduce su resistencia, permitiendo drenar las elevadas corrientes de falla de tipo atmosféricas, con valores de entre 10 kA y 100 kA. En condiciones normales de funcionamiento, el descargador se comporta como un resistor.

Transformadores de Tensión (TT)

Son empleados para el acoplamiento de voltímetros, medidores de energía, relés y protecciones, siendo su tensión primaria la propia de línea. La tensión del arrollamiento secundario se encuentra normalizada en 110/√3 V.

Tipos de Transformadores de Tensión según su Construcción:

• Transformadores de Tensión Inductivos: Traducen las tensiones con un circuito inductivo, lo que garantiza una precisión exacta durante toda la vida útil del transformador.
• Transformadores de Tensión Capacitivos: Traducen las tensiones con un divisor capacitivo y un transformador inductivo de media tensión, ofreciendo alta estabilidad de la precisión.

Esquemas de Conexión y Barras Colectoras en Subestaciones (ET)

Concepto de Barra Colectora (BUS)

En general, de acuerdo con el tipo de servicio que la Estación Transformadora (ET) debe prestar y la flexibilidad operativa requerida, puede constar de una o más barras.

Para realizar el cambio de transformadores en una ET se utiliza la barra colectora, también llamada BUS. Los sistemas de barras colectoras responden a los siguientes requisitos operativos:

• Posibilidad de retirar de servicio cualquier transformador en cualquier momento sin necesidad de interrumpir el servicio.
• Posibilidad de interrumpir cualquier línea en cualquier momento sin necesidad de extraer de servicio ningún transformador.
• Posibilidad de elevar la tensión de alguna línea en determinados instantes.
• Facilidad para hacer ampliaciones o cambios sin necesidad de interrumpir el servicio.

A continuación, se describen las configuraciones típicas de las ET utilizadas:

Configuraciones Típicas de Barras

1. Juego de Barras Simples

Es el más sencillo y económico de los esquemas eléctricos utilizados. Requiere un reducido equipamiento y se utiliza en instalaciones de media tensión de poca potencia donde se admiten cortes de energía con cierta frecuencia.

Ventajas:

• Instalación simple y económica.
• Maniobra sencilla.
• Circuitos auxiliares simples.
• Reducidos espacios de instalación y costos.

Desventajas:

• Una falla en barras o la necesidad de mantenimiento de la misma produce la interrupción total del servicio.
• El mantenimiento del interruptor implica sacar de servicio la salida correspondiente.
• Sin flexibilidad operativa.

2. Juego de Barra Simple y Acoplamiento Longitudinal (Barras Simples Divididas)

Las barras se encuentran divididas en dos secciones (B1 y B2) vinculadas a través de un equipamiento de acoplamiento longitudinal (interruptor de potencia), motivo por el cual el esquema resulta más oneroso que el anterior. En caso de avería en las barras, el sector afectado queda limitado al abrir el equipo de acoplamiento longitudinal, quedando en servicio el resto de la instalación.

Ventajas:

• Una falla en barras o en el interruptor de una salida determinada produce solamente la interrupción parcial del servicio.
• El sistema puede operar con dos fuentes de alimentación independientes.
• Se facilita el mantenimiento.
• Mayor flexibilidad.

Desventajas:

• Las salidas no pueden transferirse de barra.
• El mantenimiento de un interruptor implica la salida de servicio de la línea respectiva.
• El mantenimiento de las barras o seccionador de las barras implica la interrupción parcial del servicio.

3. Juego de Barras Simples con Bypass

En la disposición de barra simple, para evitar los inconvenientes que resultan de sacar de servicio las líneas de salida por trabajos de mantenimiento de los interruptores, muchas veces se instalan seccionadores en paralelo con tales interruptores. De esta forma, abriendo los interruptores del seccionador y cerrando el seccionador en paralelo, la línea de salida puede permanecer en servicio mientras se realizan los trabajos de mantenimiento.

Esta disposición tiene el inconveniente de que si durante el período de tiempo en que el interruptor está abierto se produce una avería en la línea, se provocará la desconexión simultánea de los interruptores de las salidas restantes.

4. Doble Juego de Barras y Acoplamiento Transversal

Este esquema se utiliza en instalaciones de importancia, requiriendo mayor equipamiento que los sistemas anteriores. Posibilita el incremento notable de la flexibilidad operativa, elevando el costo final de la instalación. Con esta disposición, cada línea puede alimentarse indistintamente con cada juego de barra. También resulta posible conectar todas las líneas de alimentación sobre un juego de barra, mientras se realizan trabajos de mantenimiento en los seccionadores asociados en los segundos juegos de barras.

Ventajas:

• Cada salida puede conectarse indistintamente a cada barra.
• En caso de una avería de una de las barras, se produce una interrupción parcial y momentánea del servicio, dado que inmediatamente se puede transferir la línea a la otra barra.
• Permite efectuar el mantenimiento de una barra y seccionador de barra sin interrupción del servicio.
• El interruptor de acoplamiento puede utilizarse como reserva de interruptores de líneas, siendo posible la transferencia o no de las protecciones, dependiendo del diseño de la estación transformadora.

Desventajas:

• El mantenimiento de un interruptor implica la salida del servicio de la línea.

5. Esquema de Interruptor y Medio

El campo de aplicación de esta configuración de barras se limita a las ET de gran potencia o instalaciones importantes donde la continuidad del servicio es fundamental. La limitación radica en el elevado costo del equipamiento utilizado.

El inconveniente principal de este esquema lo proporciona el complejo sistema de protección, dado que debe coordinarse completamente la actuación del interruptor central ante fallas en cualquiera de las salidas donde se encuentra vinculada. Se utiliza principalmente en el nivel de 500 kV dada su importancia.

6. Esquema de Doble Interruptor

El sistema de doble juego de barras y doble interruptor se utiliza en instalaciones muy importantes donde es fundamental la continuidad del servicio o para la vinculación de centrales eléctricas. Ante fallas en uno de los interruptores o bien en una de las barras, el sistema de protección mantiene el otro interruptor y barra sin producir la interrupción del servicio. Con esta disposición no resulta necesaria la utilización de acoplamientos.

Subestaciones a Nivel (Centros de Transformación)

Estos centros de transformación se encuentran ubicados dentro de edificios y se componen por puertas de acceso para personal y maquinaria, rejillas de ventilación, canaletas para el tendido de cable, fosas para recogido de aceite, etc. Estas SET (Subestaciones Eléctricas de Transformación) incluyen, además del transformador de distribución, las siguientes celdas:

Celdas Componentes:

Celda de Línea

Utilizada para la entrada y salida de los cables. Lleva un interruptor seccionador de puesta a tierra, pilotos señalizadores de tensión (situados en la parte delantera con los colores marrón, amarillo y verde), alojamientos para terminales de cable y barras de interconexión.

• El interruptor seccionador tiene apertura y cierre simultáneo en los tres polos, con posición abierta visible.
• El seccionador de puesta a tierra está situado entre el terminal del cable y el aparato de protección y maniobra.

Celda de Protección

Utilizada para maniobra y protección. Lleva un interruptor seccionador fusible, seccionador de puesta a tierra, alojamiento para terminal de cable, bobina de disparo (accionada por el termostato del transformador) y barras de interconexión.

Celda de Medida

Donde se conectan los transformadores de intensidad de relación y luego los transformadores de tensión.