Instalaciones de Distribución: Tema 2 PDF

INSTALACIONES DE DISTRIBUCIÓN Configuración de los centros de transformación 2  / 1. Introducción y contextualización práctica 3 / 2. Transformador de distribución 4 2.1. Co...

INSTALACIONES DE DISTRIBUCIÓN Configuración de los centros de transformación 2  / 1. Introducción y contextualización práctica 3 / 2. Transformador de distribución 4 2.1. Conexiones en primario y secundario 4 / 3. Regulación de un transformador de potencia 4 / 4. Aparamenta 5 / 5. Cuadro de distribución de BT 6 / 6. Esquemas unifilares 7 6.1. Esquemas unifilares en celdas 8 / 7. Instalaciones de tierra 9 / 8. Caso práctico 1: “Instalaciones de tierra” 10 / 9. Centros de reparto 11 9.1. Partes fundamentales de los centros de reparto 11 / 10. Caso práctico 2: “Aparamenta” 12 / 11. Resumen y resolución del caso práctico de la unidad 12 / 12. Bibliografía 13 © MEDAC ISBN: 978-84-19872-17-3 Reservados todos los derechos. Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción, transmisión y distribución total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, incluidos la reprografía y el tratamiento informático.  Vamos a definir la función, características y señalización de las celdas de los CT. Detallaremos los entresijos de los CT, describiendo su aparamenta principal Describiremos los mismos mediante esquemas unifilares e identificaremos los aparatos de maniobra, así como los elementos de protección de las celdas. Analizaremos en profundidad los cuadros de distribución y aprenderemos cómo está instalada la puesta a tierra de un centro de transformación. / 1. Introducción y contextualización práctica En este tema, vamos a ver más en profundidad los centros de transformación y, en particular, los transformadores de distribución con sus conexiones; además, veremos cómo es la regulación de un transformador de potencia. También entraremos en detalle de toda la aparamenta que conlleva un centro de transformación. También, debemos saber cómo son los esquemas unifilares de las diferentes celdas, además de sus tipos y señalización. Cómo se conectan y para qué sirven las tierras será un punto a tener en cuenta dentro de nuestro tema, antes de meternos de lleno en un tipo de centro de transformación en concreto, como son los centros de reparto. A continuación, vamos a plantear un caso práctico a través del cual podremos aproximarnos de forma práctica a la teoría de este tema. Escucha el siguiente audio donde planteamos la contextualización práctica de este tema. Encontrarás su resolución en el apartado ‘Resumen y resolución del caso práctico’. Fig.1. Interior de un centro de transformación. Audio intro. “Un CT por dentro” http://bit.ly/3FJOX91  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN Instalaciones de distribución /4 / 2. Transformador de distribución El transformador de distribución (fig. 2) es un tipo de transformador trifásico de potencia utilizado en centros de transformación para convertir la energía MT (media tensión) en BT (baja tensión), con una capacidad de potencia que puede alcanzar hasta 2.500 kVA. Sin duda, este es el componente más crucial de los centros de transformación. Fig.2. Transformador de distribución. 2.1. Conexiones en primario y secundario Las conexiones en primario y secundario de un transformador de distribución se refieren a la forma en que se conectan las bobinas del transformador a la red eléctrica. La elección de la conexión en primario y secundario del transformador depende de la tensión de la red eléctrica y de la tensión necesaria en la carga. La conexión en primario del transformador es la forma en que se conecta la bobina de alta tensión del transformador a la red eléctrica de alta tensión. Existen diferentes tipos de conexiones en primario, como, por ejemplo, la conexión en triángulo (Δ) o en estrella (Y). La conexión en estrella se utiliza cuando la tensión de la red eléctrica es igual a la tensión nominal del transformador. Por otro lado, la conexión en estrella se emplea cuando la tensión de la red eléctrica es mayor que la tensión nominal del transformador. La conexión en secundario del transformador es la forma en que se conecta la bobina de baja tensión del transformador a la carga. Existen diferentes tipos de conexiones en secundario, como, por ejemplo, la conexión en triángulo o en estrella. La elección de la conexión en secundario depende de la tensión nominal de la carga y de la potencia que se requiera suministrar. Además de las conexiones en primario y secundario, los transformadores de distribución también pueden tener una conexión de derivación en el secundario. La conexión de derivación permite ajustar la tensión en el secundario del transformador. En algunos casos, también puede haber una conexión de derivación en el primario. En resumen, las conexiones en primario y secundario son importantes para garantizar que la tensión de la red eléctrica se ajuste adecuadamente a la tensión nominal del transformador y de la carga. La elección de la conexión en primario y secundario depende de la tensión de la red eléctrica y de la potencia que se necesite suministrar. Además, la conexión de derivación permite ajustar la tensión en el secundario del transformador. / 3. Regulación de un transformador de potencia La regulación en un transformador de potencia es la capacidad del transformador para mantener una tensión de salida constante, incluso cuando la carga conectada al transformador varía. Cuando una carga se conecta al transformador, la corriente que fluye a través de la carga produce una caída de tensión en el bobinado del transformador. Esta caída de tensión se conoce como la caída de tensión del transformador y puede afectar a la calidad de la energía eléctrica suministrada a la carga.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN /5 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional La regulación de un transformador de potencia se realiza mediante la adición o eliminación de devanados en el secundario. Esto permite ajustar la tensión de salida para cumplir con los requisitos de la red eléctrica. La regulación es esencial para el correcto funcionamiento de la red eléctrica y para mantener la estabilidad de la tensión. La regulación de un transformador se refiere a la diferencia entre los voltajes secundarios medidos en terminales, en vacío y a plena carga, expresada como un porcentaje del voltaje a plena carga. Para calcular el voltaje en vacío, es importante tener en cuenta el factor de potencia de la carga. Debido a que la carga de los transformadores de potencia varía constantemente, en especial en periodos de alta actividad industrial y comercial, la tensión en los secundarios de los transformadores también varía en función de la carga. Fig.3. Transformador de potencia. Es crucial garantizar una regulación de voltaje adecuada en los sistemas eléctricos para proteger los equipos y dispositivos electrónicos de posibles daños ocasionados por fluctuaciones de tensión. Es por ello que resulta importante conocer las características constructivas de los transformadores y las líneas de transmisión, y cómo se comportan frente a diferentes tipos de carga, ya sea capacitiva, inductiva o resistiva. La carga y el factor de potencia también son factores importantes a tener en cuenta, ya que dependiendo de si la carga está en atraso, en adelanto o es la unidad, se pueden generar efectos diferentes en el sistema eléctrico y en los equipos conectados. · ∆U2 · εc = U ∙100(%) 2N · V2vacío-V2carga · εc = V2vacio ∙100(%) / 4. Aparamenta La aparamenta en un centro de transformación incluye una serie de componentes que garantizan la seguridad y el correcto funcionamiento de la instalación eléctrica. Las aparamentas principales en un centro de transformación son: Herrajes: Son soportes metálicos que sostienen los componentes de la aparamenta, incluido el transformador de distribución. Son necesarios para asegurar la estabilidad y la seguridad de la instalación. Botellas terminales: Son una parte crucial de la aparamenta. Estas se utilizan para conectar los conductores eléctricos a los componentes de la aparamenta, como el transformador de distribución. Aisladores: Son elementos que aseguran la seguridad en la transmisión de energía eléctrica. Estos se colocan entre los componentes de la aparamenta y el suelo para evitar contactos indirectos. Seccionadores: Es un dispositivo que se utiliza para abrir o cerrar un circuito eléctrico sin cortar la corriente eléctrica. Se usa para separar o aislar partes de la red eléctrica para fines de mantenimiento, prueba o reparación. El seccionador no es un dispositivo de protección y, por lo tanto, no está diseñado para cortar la corriente eléctrica en caso de sobrecarga o cortocircuito. Podemos aislar partes del circuito de manera visible. Interruptores: Son componentes clave que permiten la conexión o desconexión de la corriente eléctrica. Son esenciales para la regulación de la energía eléctrica en la red. Disyuntores: Son dispositivos de protección que interrumpen el flujo de corriente en caso de sobrecarga o cortocircuito. Son más precisos y confiables que los fusibles en la detección y protección contra sobrecargas.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN Instalaciones de distribución /6 Fusibles: Son dispositivos de protección que se queman para interrumpir el flujo de corriente en caso de sobrecarga o cortocircuito. Los tipos APR, DIN y XS son de diferentes tamaños y tipos de fusibles que se utilizan en un centro de transformación. Pararrayos/autoválvulas: Son dispositivos que protegen contra los rayos y las descargas eléctricas atmosféricas. Se encargan de que la corriente no dañe el sistema eléctrico y que la energía eléctrica se dirija hacia tierra. Vídeo 1. “Aparamenta en imágenes” http://bit.ly/3JYBBIs / 5. Cuadro de distribución de BT Un cuadro de baja tensión (también conocido como cuadro modular de distribución en BT) para centros de transformación es un conjunto de módulos asociados que se ensamblan en fábrica y están diseñados para recibir el circuito principal de BT proveniente del transformador AT/BT y distribuirlo en un número determinado de circuitos individuales. Estos son utilizados, principalmente, en CT de tipo interior, básicamente hay dos tipos de módulos, módulo de cuatro salidas de ampliación y módulo de cuatro salidas de acometida. Pudiendo ser de cuatro solo AC o de ocho si es AC+AM. Los AC suelen tener cuatro unidades, que son: Embarrado: Nos encontramos con barras verticales, conexión entre el puente BT y las barras horizontales. Las barras horizontales reparten de las verticales a las diferentes salidas. Seccionamiento: Donde se encuentra un seccionador multipolar sobre pletinas deslizantes. Protección: Formado por bases tripolares verticales cerradas (BTVC), con cortacircuitos fusibles de baja tensión, del tipo cuchilla NH-2 (400 A) y NH-3 (630 A), con dispositivo extintor de arco. Control: Se instala a medida, y dependiendo del cliente, suele estar en la parte superior y puede contener los siguientes elementos: amperímetros-maxímetros, relé auxiliar, toma de corriente bipolar, bases portafusibles con un fusible de 40 A, a conectar en la fase, y puente de neutro seccionables e interruptor magnetotérmico, entre otras. Los AM solo tendrán embarrado y protección, con las mismas funcionalidades que en AC, únicamente se diferencian de forma constructivas con sus envolventes y demás. El puente de BT, que conecta las bornas del transformador y el cuadro de protección de baja tensión, debe estar hecho de conductores unipolares de cobre o aluminio aislados con XLPE o EPR, y con una tensión de 0,6/1 kV, según las normas de la compañía eléctrica. Los cables deben estar dispuestos por circuitos, uniendo fases y neutro, y sujetos a la pared o colocados en bandejas metálicas si la pared del CT es medianera con otro local. Fig.4. Cuadro de distribución de baja tensión.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN /7 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional En el siguiente recurso encontrarás más información sobre el punto anterior. Recuerda... Los interruptores de corte que se encuentran en el cuadro son capaces de soportar un arco eléctrico de hasta 63 kA, esto significa que son capaces de soportar una cantidad muy alta de corriente eléctrica sin dañarse en caso de una sobrecarga. / 6. Esquemas unifilares Un esquema unifilar es un diagrama que muestra una representación esquemática de un sistema eléctrico. En un centro de transformación, los esquemas unifilares se utilizan para identificar los puntos de conexión, las conexiones y los dispositivos de protección. También podemos utilizar esquemas unifilares para identificar las celdas dentro de un CT. Como vimos anteriormente, un CT lo podemos clasificar dependiendo del tipo de alimentación del propietario, etc. Así, a la hora de representarlo en esquemas unifilares, tenemos: Según su propiedad: Fig.5. Esquema unifilar CT de compañía con dos trafos. Fig.6. Esquema unifilar CT de abonado.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN Instalaciones de distribución /8 Según su alimentación: Fig.7. Esquema unifilar CT alimentado en punta. Las celdas también las podemos representar por esquemas unifilares dependiendo de su uso o composición habitual. En este caso, nos vamos a centrar en las celdas prefabricadas, que son las más usadas actualmente. En general, los esquemas unifilares de las celdas en un centro de transformación muestran la conexión de los distintos componentes eléctricos y su funcionamiento en conjunto para realizar la transformación de energía eléctrica de alta a baja tensión. Estos esquemas son una herramienta importante para el diseño, la construcción y el mantenimiento de los centros de transformación. Audio 1. “Esquemas unifilares” http://bit.ly/40a5XNQ 6.1. Esquemas unifilares en celdas Un esquema unifilar es una representación gráfica de un sistema eléctrico que muestra cómo se conectan los distintos componentes eléctricos en un circuito. Los esquemas unifilares de las celdas en un centro de transformación varían dependiendo del tipo de celda. A continuación, describiremos los esquemas unifilares de cada tipo de celda: Celda de línea: Es la encargada de realizar maniobras en las redes de distribución. El esquema unifilar de esta celda muestra la conexión de los interruptores de línea y los seccionadores necesarios para la maniobra. Fig.8. Esquema unifilar celdas de línea.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN /9 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional Celda de protección: Es la encargada de proteger el transformador frente a sobreintensidades. El esquema unifilar de esta celda muestra la conexión de los dispositivos de protección, como los relés de protección y los interruptores de corte en carga. Celda de medida: Es la encargada de medir la energía en AT. El esquema unifilar de esta celda muestra la conexión de los transformadores de tensión e intensidad necesarios para la medición de la energía eléctrica. Celda de transformador: Es la encargada de alojar el transformador en sí. El esquema unifilar de esta celda muestra la conexión del transformador, junto con los dispositivos de protección y maniobra necesarios para su funcionamiento. Fig.9. Esquema unifilar celdas en un CT. Sabías que... En la parte frontal superior de cada celda existe un esquema sinóptico del circuito principal, el cual contiene los ejes de accionamiento del interruptor, el seccionador de puesta a tierra y la señalización de posición del interruptor. / 7. Instalaciones de tierra Las instalaciones de tierra es un sistema de conductores y estructuras que están conectados a la tierra para proporcionar un camino de baja resistencia para la corriente eléctrica en caso de una falla o sobrecarga en el sistema. Esto ayuda a proteger a las personas y los equipos contra sobrecarga de tensión y evita daños en el sistema eléctrico. La puesta a tierra de protección se emplea como medida de seguridad, en caso de un fallo, donde un conductor energizado haga contacto con una superficie conductora expuesta o un conductor ajeno al sistema hace contacto con él, la conexión a tierra reduce el peligro para todas aquellas personas que puedan tocar las zonas expuestas a una corriente eléctrica. Por lo tanto, la puesta a tierra de protección cumple, como su nombre indica, la función de proteger a las personas. La puesta a tierra de servicio es una puesta a tierra diferente a la de protección y tiene como objetivo poder dar servicio a la instalación, esto es, requisito obligatorio para el funcionamiento correcto de la instalación eléctrica. Según el sistema de distribución empleado, su implementación lo marcará la ITC-BT-08 del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión. De forma habitual, la instalación de los dos tipos de puesta a tierra se realiza en los centros de transformación que dan servicio, por ejemplo, a un sistema de distribución TT, donde el neutro estará conectado a tierra como puesta de tierra de servicio y las partes metálicas del centro de transformación deben estar enlazadas entre sí con la puesta a tierra de protección.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN Instalaciones de distribución / 10 La instalación a tierra en un centro de transformación incluye conductores de tierra y puntos de conexión a tierra en los equipos y las estructuras. Estos componentes deben ser diseñados, instalados y mantenidos adecuadamente para garantizar su eficacia en la protección de la seguridad y continuidad de suministro. Fig.10. Esquema de puesta a tierra de protección en CT. Sabías que... Las instalaciones de tierra también tienen un efecto positivo en el medioambiente al reducir los efectos de los campos electromagnéticos en la fauna y flora cercanas al CT, evitando la acumulación de cargas estáticas que dañen los equipos. / 8. Caso práctico 1: “Instalaciones de tierra” Planteamiento: Tenemos un centro de transformación que alimenta a una fábrica de producción de alimentos en el campo. La fábrica se encuentra en una zona húmeda y propensa a tormentas eléctricas, por lo que la seguridad es una prioridad en el diseño de la instalación eléctrica. Nudo: El centro de transformación tiene una capacidad de 500 kVA y está alimentado por una línea de alta tensión aérea. En el diseño de la instalación eléctrica se deben considerar los siguientes puntos: La instalación de una tierra de servicio y una tierra de protección. El uso de materiales de alta calidad para garantizar la eficacia de la instalación. La necesidad de diseñar un sistema de puesta a tierra que cumpla con las normativas de seguridad eléctrica. Desenlace: Después de un análisis exhaustivo del terreno y de la carga eléctrica, se decide diseñar una tierra de servicio y una tierra de protección. La tierra de servicio se encargará de garantizar la continuidad de la operación del centro de transformación, mientras que la tierra de protección se encargará de proteger a los trabajadores y la maquinaria en caso de fallas eléctricas.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN / 11 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional Para ello, se decide usar una malla de cobre enterrada a una profundidad de 1 metro, con una resistencia menor a 5 ohmios. Además, se instalarán electrodos de puesta a tierra en la base del centro de transformación, con una resistencia menor a 1 ohmio. Con estos elementos en el lugar se garantiza una instalación eléctrica segura y confiable para la fábrica de alimentos, cumpliendo con las normativas de seguridad eléctrica y protegiendo a los trabajadores y la maquinaria de posibles fallas eléctricas. Fig.11. Malla para instalación de tierra. / 9. Centros de reparto Los centros de reparto de la energía eléctrica son instalaciones encargadas de recibir y distribuir la energía eléctrica desde los centros de transformación de la empresa de suministro de energía hasta los puntos de consumo de los clientes. Estos centros tienen como función principal garantizar la continuidad y la calidad del suministro de energía eléctrica a los usuarios. Se encuentran en la parte media o baja tensión de la red eléctrica, y pueden tener transformadores de menor capacidad. Están diseñados para proporcionar energía eléctrica a zonas geográficas más pequeñas y asegurar la continuidad de suministro en caso de fallas en la red local. En resumen, los centros de transformación se encargan de reducir la tensión de la energía eléctrica de alta tensión y proporcionarla a los centros de reparto, que a su vez distribuyen la energía eléctrica a los clientes finales; es importante que sean diseñados, construidos y mantenidos adecuadamente para garantizar su funcionamiento óptimo. Fig.12. Centro de reparto. 9.1. Partes fundamentales de los centros de reparto Dentro de los centros de reparto, nos podemos encontrar las siguientes celdas y sistemas que lo conforman, y que no son muy distintas de un centro de transformación. Celdas de entrada: Son áreas donde se conecta la energía eléctrica recibida del centro de transformación. Normalmente, incluyen interruptores, fusibles y dispositivos de protección para asegurar la continuidad de suministro y proteger la red contra fallas. Celdas de salida: Son áreas donde la energía eléctrica se distribuye a los clientes o usuarios finales. Por norma, incluyen transformadores, medidores y dispositivos de protección para asegurar la continuidad de suministro y proteger la red contra fallas. Embarrado: Es un sistema de cables y conexiones que garantizan la continuidad del suministro de energía eléctrica en caso de una falla en una de las celdas. Es una estructura que sostiene y aloja los equipos eléctricos y de control en un centro de reparto. Debe ser seguro, resistente y cumplir con las regulaciones y los estándares relevantes para garantizar la seguridad de las personas y los equipos.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN Instalaciones de distribución / 12 / 10. Caso práctico 2: “Aparamenta” Planteamiento: La empresa eléctrica Electra S.A. ha contratado a un grupo de técnicos para realizar una revisión en un centro de transformación. Los técnicos deberán identificar la aparamenta que esté enfocada a la seguridad. Nudo: Los técnicos se dirigen al centro de transformación y comienzan su revisión. Identifican diferentes elementos de la aparamenta, como los herrajes, las botellas terminales, los aisladores, los seccionadores, los interruptores, los disyuntores, los fusibles APR, DIN y XS, los pararrayos y las autoválvulas. Los técnicos observan que los disyuntores tienen una función importante en la seguridad de la instalación eléctrica, ya que su función principal es la protección contra sobrecargas y cortocircuitos, y son capaces de interrumpir la corriente eléctrica en caso de que se presente alguna falla en el sistema. Por lo tanto, los técnicos deciden que los disyuntores son los elementos de la aparamenta que están enfocados en la seguridad. Desenlace: Los técnicos realizan un informe en el que se identifican los elementos de la aparamenta del centro de transformación y se destaca la importancia de los disyuntores en la seguridad de la instalación eléctrica. La empresa eléctrica Electra S.A. toma en cuenta esta información y realiza una serie de acciones para mejorar la seguridad en sus centros de transformación. Fig.13. Fusible DIN. / 11. Resumen y resolución del caso práctico de la unidad A continuación, encontrarás un esquema resumen sobre la configuración de los centros de transformación: Conexiones Transdistribución Regulación CONFIGURACION DE LOS CT Aparamenta Esq. unifilares Celdas Tipos y señalización Cuadro de distribución De servicio Instalación de tierra De protección Celdas Centros de reparto Embarrado Fig.14. Esquema resumen del tema.  TEMA 2. CONFIGURACIÓN DE LOS CENTROS DE TRANSFORMACIÓN / 13 MEDAC · Instituto Oficial de Formación Profesional Resolución del caso práctico de la unidad En primer lugar, debemos instalar el transformador de distribución con las conexiones adecuadas en primario y secundario. Además, debemos asegurarnos de que el transformador tenga una regulación de potencia adecuada para evitar problemas de sobrecarga o cortocircuito. Luego, debemos instalar la aparamenta necesaria, que incluye herrajes, botellas terminales, aisladores, seccionadores, interruptores, disyuntores, fusibles y pararrayos. Cada uno de estos elementos tiene una función específica en la protección del centro de transformación y de los equipos de la empresa. También es importante que realicemos un esquema unifilar que nos permita visualizar la disposición de los elementos del centro de transformación y las conexiones eléctricas entre ellos. En cuanto a las celdas, debemos elegir el tipo adecuado y señalizarlas correctamente para evitar cualquier tipo de confusión. Además, debemos instalar un cuadro de distribución de baja tensión con interruptores de corte y protección para asegurarnos de que la energía se distribuya de manera segura y eficiente. Finalmente, debemos prestar atención a la instalación de tierra, tanto de servicio como de protección, para garantizar la seguridad de las personas y los equipos de la empresa. Con la configuración adecuada del centro de transformación, la empresa puede contar con un suministro de energía eléctrica seguro y eficiente, lo que se traducirá en una mayor productividad y rentabilidad. Además, al contar con los elementos de protección necesarios, se reducen las posibilidades de sufrir cortocircuitos o sobrecargas eléctricas que puedan dañar los equipos o poner en riesgo la seguridad de las personas. / 12. Bibliografía Aisladores (s. f.). Obtenido de: https://blog.structuralia.com/aisladores-en-lineas-electricas-materiales-tipos-y- caracteristicas-principales Esquemas eléctricos (s. f.). Obtenido de: https://ikastaroak.birt.eus Instalaciones (s. f.). Obtenido de: https://pinazo.com/ Celdas y fusibles (s. f.). Obtenido de: https://iberapa.es/ Puestas a tierra (s. f.). Obtenido de: https://www.ingesco.com/ Areatecnología (s. f.). Obtenido de: https://www.areatecnologia.com/electricidad.htm Efectoled (s. f.). Obtenido de: https://www.efectoled.com/blog/es/esquemas-electricos