practica de subestaciones

1. 1
INTRODUCCION
Una Subestación es un conjunto de dispositivos eléctricos, que forman parte de
un sistema eléctrico de potencia; sus funciones principales son: transformar
tensiones y derivar circuitos de potencia Transformación de tensión.
1.TIPOS DE SUBESTACIONES.
1.1 POR EL NIVEL DE AISLAMIENTO:
1.1.1 -AIS
Son tradicionalmente las más utilizadas. La aparamenta, cables y embarrados se
encuentran aislados en aire. Además, por este motivo cada dispositivo se encuentra
de manera individual y separada del resto. Los tamaños de los dispositivos y
embarrados resultan mucho mayores en conjunto ya que las distancias de
seguridad a tener en cuenta son mucho mayores.
1.1.2 -GIS

2. 2
Como solución a los problemas de aiislamiento se diseñaron las subestaciones
blindadas con la aparamenta y los embarrados aislados en gas. Los tamaños
son menores pero al ir todo encapsulado se tienen que cumplir otros requisitos
de presión del gas, sellado de las cámaras etc. diferentes a los que se pueden
encontrar en la tecnología AIS. Existen dos formas de realizar el aislamiento en
gas:
1.Una de ellas contiene las fases en un mismo blindaje, aisladas entre sí por el
propio gas. Resultan posiciones mucho más compactas llegando a reducir la
anchura de una posición de diez metros para 132 kV hasta un metro. Las
tensiones permisibles bajo esta tecnología son hasta 170 kV.
2. La otra solución consiste en tener cada fase, tanto de embarrado como de
posición aislada, en su propio blindaje. El tamaño del dispositivo crece respecto
al anterior pero las tensiones admisibles aumentan hasta los 800 kV. En ambos
casos las posiciones se compartimentan para separar aislamientos de gas y de
esta manera, si ocurre algún imprevisto en algún elemento, que no afecte al
resto.
1.1.3 HIBRIDAS
Este tipo de subestación modular presenta características de ambas
tecnologías AIS y GIS. Los embarrados siguen estando aislados en aire pero la
aparamenta viene integrada en un único compartimento aislado en gas tipo
GIS. Así se puede compactar una fase de una subestación de intemperie aislada
en aire en un elemento sencillo y de mucho menor tamaño.
Se puede utilizar para un rango de tensiones de entre 72.5 kV y 550 kV, para
servicio exterior.
Cada módulo está compuesto por un interruptor, seccionadores, elementos de
medida de tensión y corriente.
1.2 POR LA FUNCIÓN QUE DESEMPEÑAN
1.2.1 Subestación de maniobra o generación.
Es aquella que funciona como patio de conexiones para una central generadora, es
decir, es un conjunto de equipos con igual nivel de tensión, localizados en la misma
zona, a partir de los cuales la subestación de generación realiza la elevación del nivel
de tensión de generación a un nivel de tensión apto para transporte de energía
eléctrica en considerables distancias.

3. 3
La prioridad principal en una subestación de generación es la confiabilidad, mientras
que la flexibilidad y seguridad van de acuerdo a la importancia y ubicación de la
subestación en el sistema de potencia.
1.2.2 Subestación de enlace
Se encuentra dentro de la red de transmisión de la energía eléctrica, tiene la
función de facilitar el enlace y/o direccionamiento de la misma, normalmente
con estas subestaciones finaliza la línea de transmisión desde la subestación
de maniobra
1.2.3 Subestación de distribución
Son las más comunes dentro del sistema eléctrico, los cuales se encuentran
cerca de los centros de carga, en su caso, una ciudad.
1.2.4 Subestaciónindustriales
Funciona a partir de una línea principal del sistema eléctrico o acometida que
nos entrega CFE, tiene la característica de cumplir con los requerimientos
técnicos del cliente. Este tipo de subestación será estudiado en este capítulo.
2. RELACION ENTRE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN, CENTRALES
GENERADORAS Y LAS SUBESTACIONES ELÉCTRICAS.
Generación y transporte de electricidad es el conjunto de instalaciones que se utilizan
para transformar otros tipos de energía en electricidad y transportarla hasta los lugares
donde se consume. La generación y transporte de energía en forma de electricidad
tiene importantes ventajas económicas debido al costo por unidad generada.
Las instalaciones eléctricas también permiten utilizar la energía hidroeléctrica a mucha
distancia del lugar donde se genera. Estas instalaciones suelen utilizar corriente
alterna, ya que es fácil reducir o elevar el voltaje con transformadores. De esta manera,
cada parte del sistema puede funcionar con el voltaje apropiado. Las instalaciones
eléctricas tienen seis elementos principales:
1. La central eléctrica
2. Los transformadores, que elevan el voltaje de la energía eléctrica generada a las
altas tensiones utilizadas en las líneas de transporte
3. Las líneas de transporte

4. 4
4. Las subestaciones donde la señal baja su voltaje para adecuarse a las líneas de
distribución
5. Las líneas de distribución
6. Los transformadores que bajan el voltaje al valor utilizado por los consumidores.
En una instalación normal, los generadores de la central eléctrica suministran voltajes
de 26.000 voltios; voltajes superiores no son adecuados por las dificultades que
presenta su aislamiento y por el riesgo de cortocircuitos y sus consecuencias. Este
voltaje se eleva mediante transformadores a tensiones entre 138.000 y 765.000 voltios
para la línea de transporte primaria (cuanto más alta es la tensión en la línea, menor es
la corriente y menores son las pérdidas, ya que éstas son proporcionales al cuadrado
de la intensidad de corriente).
En la subestación, el voltaje se transforma en tensiones entre 69.000 y 138.000 voltios
para que sea posible transferir la electricidad al sistema de distribución. La tensión se
baja de nuevo con transformadores en cada punto de distribución. La industria pesada
suele trabajar a 33.000 voltios (33 kilovoltios), y los trenes eléctricos requieren de 15 a
25 kilovoltios. Para su suministro a los consumidores se baja más la tensión: la
industria suele trabajar a tensiones entre 380 y 415 voltios, y las viviendas reciben
entre 220 y 240 voltios en algunos países y entre 110 y 125 en otros.
2.1 REGULACIÓN DEL VOLTAJE
Las largas líneas de conducción presentan inductancia, capacitancia y resistencia al
paso de la corriente eléctrica. El efecto de la inductancia y de la capacitancia de la línea
es la variación de la tensión si varía la corriente, por lo que la tensión suministrada
varía con la carga acoplada. Se utilizan muchos tipos de dispositivos para regular esta
variación no deseada.
La regulación de la tensión se consigue con reguladores de la inducción y motores
síncronos de tres fases, también llamados condensadores síncronos. Ambos varían los
valores eficaces de la inductancia y la capacitancia en el circuito de transmisión. Ya
que la inductancia y la capacitancia tienden a anularse entre sí, cuando la carga del
circuito tiene mayor reactancia inductiva que capacitiva (lo que suele ocurrir en las
grandes instalaciones) la potencia suministrada para una tensión y corriente
determinadas es menor que si las dos son iguales.
La relación entre esas dos cantidades de potencia se llama factor de potencia. Como
las pérdidas en las líneas de conducción son proporcionales a la intensidad de
corriente, se aumenta la capacitancia para que el factor de potencia tenga un valor lo
más cercano posible a 1. Por esta razón se suelen instalar grandes condensadores en
los sistemas de transmisión de electricidad.

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2.2 PERDIDA DURANTE EL TRANSPORTE
La energía se va perdiendo desde la central eléctrica hasta cada hogar de la ciudad
por:
Resistividad: Que provoca que la corriente eléctrica no llegue con la misma intensidad
debido a la oposición que presenta el conductor al paso de la corriente. La resistencia
que ofrece el cable depende de su:
-Diámetro o área de la sección transversal. La conductividad disminuye al disminuir
el grosor del cable (a mayor diámetro, menor número del cable)
-Material con que está hecho.
-Longitud. La conductividad de un cable es inversamente proporcional a la longitud y
la resistencia es directamente proporcional a la longitud.
-Cambios de temperatura que sufre. Al paso de la corriente, la resistividad se ve
incrementada ligeramente al aumentar su temperatura.
-Capacitancia. Porque a medida que se transfiera más carga al conductor, el potencial
del conductor se vuelve más alto, lo que hace más difícil transferirle más carga. El
conductor tiene una capacitancia determinada para almacenar carga que depende del
tamaño y forma del conductor, así como de su medio circundante.
2.3 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN ELÉCTRICA
Uno de los grandes problemas de la electricidad es que no puede almacenarse, sino
que debe ser transmitida y utilizada en el momento mismo que se genera. Este
problema no queda resuelto con el uso de acumuladores o baterías, como las que
utilizan los coches y los sistemas fotovoltaicos, pues sólo son capaces de conservar
cantidades pequeñas de energía y por muy poco tiempo.
Conservar la electricidad que producen las grandes plantas hidroeléctricas y
termoeléctricas es un reto para la ciencia y la tecnología. En algunos lugares, se
aprovechan los excedentes de energía eléctrica o la energía solar para bombear agua
a depósitos o presas situados a cierta altura; el agua después se utiliza para mover
turbinas y generadores, como se hace en las plantas hidroeléctricas.
En cuanto se produce la electricidad en las plantas, una enorme red de cables tendidos
e interconectados a lo largo y ancho del país, se encargan de hacerla llegar, casi
instantáneamente, a todos los lugares de consumo: hogares, fábricas, talleres,
comercios, oficinas, etc.

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Miles de trabajadores vigilan día y noche que no se produzcan fallas en el servicio;
cuando éstas ocurren, acuden, a la brevedad posible, a reparar las líneas para
restablecer la energía. A tal efecto, hay centros de monitoreo, estratégicamente
situados, para mantener una vigilancia permanente en toda la red. A veces, los vientos,
las lluvias y los rayos, entre otras causas, afectan las líneas de transmisión, las cuales
deben ser revisadas y reparadas por los técnicos, ya sea en las ciudades o en el
campo.
3. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UNA SUB ESTACIÓN.
3.1 SERVICIOS AUXILIARES.
Los servicios auxiliares se refieren a la alimentación de la subestación que no
se encuentra relacionado con las llegadas, es decir, en este se encuentran la
alimentación de todos los equipos electrónicos de control, protección o
medición; todos los equipos de patio que sean motorizados o que requieran
alimentación; el servicio de alumbrado interno de armarios y tableros, de
alumbrado público y aire acondicionado de áreas de la subestación.
Básicamente con esto se busca satisfacer las distintas exigencias de
alimentación de las subestaciones, sin comprometer el servicio. Para satisfacer
estas necesidades se adoptan distintos tipos de alimentación, a corriente
alterna (C.A) y a corriente continua. (C.C).
3.1.1 Norma IEC 60694, referencias para subestación tipo AIS, de 115/13,8 KV
“Los servicios auxiliares serán alimentados de las barras de 13,8 kV, colocando
los transformadores de servicios auxiliares a la intemperie, cerca del pórtico de
13,8 kV.
“Para la alimentación de los servicios auxiliares se prevén dos (2) bancos de
transformación de 75 KVA cada uno, tres (3) transformadores monofásicos de
distribución 13,8 kV / 120-240 V, conectados a secciones separadas de las
barras de 13,8 kV.”
3.1.2 Ejemplo de servicios auxiliares.
Para los servicios auxiliares, el suministro de corriente alterna vendrá de un
transformador trifásico de 22,9+- 2x2,5%/0,40-0,23 kV, 25 kVA, Yd5.
Para el suministro de corriente continua en 110 Vcc, se ha considerado un
banco de baterías del tipo Plomo Acido de 110 Vcc, 100 Ah, con su respectivo
cargador- rectificador de 50 Acc.

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Para el suministro de corriente continua en 48 Vcc, se ha considerado un banco
de baterías del tipo Plomo Acido de 48 Vcc, 100 Ah, con su respectivo
cargador- rectificador de 50 Acc. Se ha considerado un tablero de servicios
auxiliares de 380/220 Vcc y un tablero de servicios auxiliares de 110 Vcc.
3.2 PROTECCIÓN
Consumos unitarios:
• Relé de distancia: 30W
• Relé diferencial de transformador: 20W
• Relé de falla de interruptor: 5W.
• Relé de sobrecorriente : 5W
Consumos por celdas:
• Celda de línea66 kV:1 celda + 1 celda futura : 2 x (30 + 5 + 5=80W
• Celda de transformador 66 kV : 1 celda: 1 x (20 + 5 + 5)=30W
• Cela de transformador 22,9kV: 1 celda :1 x (5)=5 W
• Celda de línea 22,9 kV : 1 celda + 2 celdas futuras: 3 x (5) = 15W
• Celdadetransformador: 1 celda :1 x (5) =5 W
• Celdas de banco de capacitare: 3 celdas: 3x50=15W
ALUMBRADO
• Reflectores: 5x100W=500W
• AlumbradodeEdificiodeControl 9x50W= 450W
• Consumo permanente delasubestación 150W+1600W+950W=2700W
CONTROL Y MEDICIÓN
• Cada módulo de control y medición: 200
• Consumo por ocho(8) celdas: 8x200W=1600W

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3.3. TRANSFORMADORES DE POTENCIA
Transformador de potencia es el aparato más importante de los centros
de transformación. Es la máquina eléctrica estática capaz de transformar, por
inducción electromagnética, los niveles de voltaje.
Para cumplir con este requerimientoespecifico, resulta que el transformador de
potencia es el equipo más grande, pesado, complejo y también más costoso de
los equipos usados en una Subestación Eléctrica.
Para que un transformador opere encondiciones normales, debe estar sujeto a sus
características de construcción para las cuales fue diseñado. Los más
importantes dentro de un transformador para trabajar en un régimen normal son:
Tensión nominal (Vn). Es la tensión máxima que puede soportar el transformador
por tiempo indefinido. El transformador puede tener dos o más tensiones nominales.
Alta tensión, media Tensión y baja tensión cuando es de tres devanados.
Relación de transformación. es la relaciónde tensión primario con el secundario o
sea V1 la tensión V2. Cambiando en ocasiones la relación de transformación en
los transformadores de potencia la variable según la construcción del
transformador y dependiendo la carga en VA que se va a utilizar lo que se le ha a
agregado un cambiador de derivación para balancear la carga según la cantidad de
potencia de salida a la cual va a trabajar.
Corriente nominal (In). Es la corriente de carga máxima que el transformador puede
soportar durante el transcurso de su vida útil bajo la temperatura y condiciones
climáticas para las cuales fue diseñado. Se tiene corrientes nominales en cada nivel.
Potencia nominal. Es la potencia máxima que el transformador puede llevar por
tiempo indefinido durante su vida útil. Se mide en MVA y se calcula a partir de la
tensión y la corriente.
Frecuencia nominal. la frecuencia a la cual deben operar los transformadores y
autotransformadores debe ser de 60 Hz.

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Circuito magnético. Es un circuito magnético cerrado que generalmente está
formado por columnas unidas por yugos o culatas, hechas de acero de láminas y
aisladas entre sí por medio de de laca. El espesor de las láminas va de 0.3 a
0.5 mm.
Devanados. Cuando los transformadores son de dos devanados, en cada
columna se colocan devanados concéntricos de baja y alta tensión de la fase
correspondiente. Si el transformador es de tres devanados, en cada columna
se colocan devanados de baja, media y alta tensión. En los transformadores
monofásicos los devanados de todas las tensiones se colocan en cada una de las
columnas.
3.3.1. Transformador de dos devanados:
Normalmente empleado en subestaciones de Distribución.
-Puede utilizar LTC para,
-Pueden utilizar taps para regulación de la tensión.
-Generalmente ∆ -Υ en unidades reductoras.
-Paraelcasodeunidades elevadoras usualmente es Υ - ∆
3.3.2 Transformador de tres devanados:
-Normalmente empleado en subestaciones de Distribución
-Puede utilizar TAPS para regulación
-Puede utilizar LTC para regulación de tensión
-Generalmente en unidades de distribución Υ-Υ- ∆
-En plantas de generación el grupo es por lo general ∆ -Υ-Υ

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3.4. PARARRAYOS
Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizando el aire para
excitar, llamar y conducir la descarga hacia tierra, de tal modo que no cause daños a
las personas o construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. El primer
modelo se conoce como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor.
3.4.1. Clasificación de los pararrayos
Los pararrayos se pueden clasificar de la siguiente manera:
Pararrayos tipo subestación de 3 a 678 kV.
Pararrayos de tipo intermedio o de línea de 3 a 120 kV.
Pararrayos de tipo distribución de 3 a 37 kV.
Pararrayo de baja tensión de 175 a 650 V.

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3.4.2. Necesidad de los pararrayos
El rayo es un fenómeno meteorológico que genera severos efectos térmicos, eléctricos
y mecánicos, en función de su energía durante la descarga. Se conocen rayos con
trayectoria ascendente y descendente, que varían de valor en función de la actividad
tormentosa y su situación geográfica. Los valores de corriente que pueden aparecer en
un solo rayo oscilan entre 5.000 y 350.000 amperios, con una media de 50.000
amperios. Las temporadas de tormentas son cada vez más amplias durante el año y
aparecen incluso en invierno; su distribución geográfica es muy variable, y puede haber
variaciones importantes en los mapas cerámicos de la actividad de tormentas y la
densidad de rayos.
La elevada intensidad de un rayo puede provocar paro cardíaco o respiratorio por
electrocución de un ser vivo, debido al paso de la corriente de descarga. El impacto
directo de un rayo provoca daños en las estructuras (edificios, antenas
telecomunicaciones, industrias, etc.). El impacto de un rayo disipa calor por el efecto
Joule y, por tanto, puede llegar a provocar incendios.
El cambio climático es uno de los mayores causantes del aumento de la actividad de
tormentas y del aumento de la densidad de rayos, y por defecto de la aparición de
tantos accidentes en instalaciones protegidas con pararrayos en punta.
El aumento de la actividad solar incrementa la actividad eléctrica de la atmósfera, y
genera inesperadas tormentas electromagnéticas y termodinámicas que no aparecen
en los modelos climáticos ni en las previsiones. Esta actividad eléctrica es, entre otros
fenómenos meteorológicos conocidos, otro detonante del aumento de la actividad de
rayos nube-tierra o tierra-nube.
3.5. BANCOS DE BATERÍAS
Son bancos de baterías estacionarios con capacidad para suministrar potencia
en corriente directa a los esquemas de protección, control, señalización y todo lo
que requiera de corriente directa a través de centros de carga. como se muestra en la
siguiente figura.

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El sistema de banco baterías se utiliza para energizar los siguientes equipos :
1.-Protecciones
2.-Lámparas piloto
3.-Cuadro de Alamrmas
4.-Registrador de eventos
5.-Circuito de transferencia de potenciales
6.-Sistemas contra incendio
7.-Equipo de onda portadoran (OPLAT)
8.-equipos de micro onda
9.-Control de Disparo de los interruptores de alta tensión y baja tensión
10.-Control de Apertura de los interruptores de alta tensión y baja tensión
11.-Control de los seccionadores
12.-Sistemas de iluminación de emergencia
13.-Sistemas ininterrumpido de energía (UPS)
Estos bancos de baterías deben estar alimentados por su cargador - rectificador que
convierte la corriente alterna en corriente directa para la carga de los mismos.
Las baterías, que se utilizan en las subestaciones son del tipo de electrolito pueden ser
ácidas o alcalinas.
3.5.1.Batería De Tipo Ácido
Cada celda está formada por las siguientes partes:
Recipiente. Es un envase que puede ser poliestireno transparente. O de vidrio, que
ofrece la ventaja de permitir la inspección visual de los elementos interiores. Dentro
del recipiente se localizan las placas activas, el electrolito y los separadores.
Placas. Las placas positivas están formadas por dióxido de plomo (PbO2) y pueden
estar fabricadas en dos formas:
a) Placa plana empastada de una masa de dióxido de plomo. Este tipo se utiliza en la
industria automotriz por ser más barata, pero es de menor duración, ya que con el uso
y la vibración se va disgregando la pasta.
b) Placa multitubular. Formada por una hilera de tubos fabricados con malla de fibra de
vidrio trenzada, dentro de los cuales se introduce una varilla de aleación de plomo. Al
unir todos los tubos en su parte superior queda formada la placa. Este método tiene la
ventaja de producir mayor energía por unidad de peso y además evita la
sedimentación del material activo, por lo que llega a tener una duración de hasta 20

13. 13
años. Las placas negativas son planas en ambos casos, y están formadas por plomo
puro.
Separadores. Son los elementos aislantes que mantienen separadas las
placas positivas de las negativas. Son láminas ranuradas. Fabricadas de
hule microporoso para permitir la circulación del electrolito, sin que este afecte
químicamente.
Electrolito. Está formado por ácido sulfúrico diluido en agua. Cuando la celda
tiene carga eléctrica completa, la densidad del electrolito es de 1.21.
3.6. CONDENSADORES
Los bancos de capacitores(condensadores) de potencia son agrupamientos de
unidades montadas sobre bastidores metálicos, que se instalan en un punto de la red
de MT (en subestaciones o en alimentadores de distribución) con el objeto de
suministrar potencia reactiva y regular la tensión del sistema.
3.6.1.El diseño de los bancos debe atender a los siguientes criterios:
-Lograr la potencia reactiva deseada en un punto del sistema, dividiendo este valor
en una determinada cantidad de capacitores monofásicos de una potencia unitaria
normalizada.
-Conectar las unidades en una conexión definida generalmente en estrella o doble
estrella con neutro flotante. De este modo normalmente los capacitores tienen una
tensión nominal igual a la tensión de fase del sistema.
-Efectuar el conexionado de modo tal que permita el uso de un esquema de
protección seguro, sencillo y económico.

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-Si fuera conveniente, dividir la potencia total del banco en escalones, de modo de
insertarlos progresivamente en función de las necesidades de potencia reactiva del
sistema en cada momento.
-Instalar el banco en un sitio que satisfaga condiciones de seguridad, comodidad,
facilidad para su operación, control y mantenimiento, y que esté protegido contra
intervenciones no autorizadas o vandalismo.
Además de las unidades capacitivas (con o sin fusibles internos), los bancos pueden
incluir elementos de protección, maniobra y control tales como seccionadores fusibles,
llaves de maniobra en vacío o en aceite, sistemas de protección por desequilibrio,
controladores automáticos, reactancias de inserción, etc.
De acuerdo con lo expuesto, se puede clasificar a los bancos de capacitores en:
-Bancos fijos para líneas de distribución de media tensión.
-Bancos automáticos para líneas de distribución de MT.
-Bancos fijos para industrias y estaciones transformadoras.
-Bancos automáticos para estaciones transformadoras.
-Bancos alta tensión.
-Bancos en celda.
-Bancos para uso petrolero y minero.
Cabe destacar que los condensadores, reactancia y resistencias de alta tensión son
elementos que no siempre son necesarios en una subestación y por lo tanto se
recurre a ellos en determinadas circunstancias. En concreto, se emplean para
corregir y mejorar la calidad de las magnitudes eléctricas del sistema y elevar la
eficiencia de la transmisión de energía eléctrica.

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3.7.OBRA CIVIL
La construcción de una subestación eléctrica implica una serie de obras tipo civil entre las que
destacamos, entre otras:
• Valla exterior
• Explanación y excavaciones
• Cimentaciones(abiertas o con pilones)
• Fundaciones de equipos y pórticos.
• Canalizaciones de cables de control y potencia.
• Caminos de acceso.
• Malla de tierra circundante a la subestación.
• Drenajes y suministros de agua.
• Estructuras de edificios, caseta de protección y control, casetas de rele y casetas de
residuos.
• Pozos de recogida de aceite.
• Grava superficial.
• Muro contrafuego.
3.8.CELDAS
En general se entenderá como Celdas de Media Tensión (en inglés Switchgear) al
conjunto continuo de secciones verticales (Celdas) en las cuales se ubican equipos
de maniobra (interruptores de potencia extraíbles, seccionadores,
etc.), medida (transformadores de corriente y de tensión, etc.), y, cuando se solicite,
equipos de protección y control, montados en uno o más compartimientos insertos en
una estructura metálica externa, y que cumple la función de recibir y distribuir la
energía eléctrica.
3.8.1.Clases de celdas
-Metalclad: la celda está constituida por 4 compartimientos; donde estas ubicados los
diferentes equipos.
-Tipo gis: celdas prefabricadas compactas de aislamiento en SF6.

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-Metal enclosed: los equipos se encuentras ubicados dentro de un mismo
compartimiento metálico.
3.9. RELÉ MULTIFUNCIÓN
El avance tecnológico y el desarrollo del software asociado han permitido que los relés
de protección de los sistemas eléctricos se transformen en un dispositivo inteligente
que adquiere señales de campo y realiza varias funciones de control, protección y
medida. Así el relé de protección multifunción adquiere aún mayor relevancia para los
sistemas eléctricos de potencia.
Los relés son una forma de protección activa designadaa mantener un alto grado de
continuidad de servicio y un daño limitado de los equipos; en otras palabras se los
consideran los centinelas silenciosos de los sistemas de potencia.
Existen diversas formas de clasificar a los relés, entre ellas están:
Por su función: de protección, de monitoreo, de re cierre, de regulación, auxiliar y
sincronización.
Por sus entradas: corriente, voltaje, potencia, presión, frecuencia, flujo, temperatura,
vibración, etc.
Por su principio de operación o estructura: balance de corriente, porcentaje,
producto,estado sólido, térmico, electromecánico, etc.
Por su característica de actuación: distancia, sobre corriente direccional, tiempo
inverso, bajo voltaje, piloto, etc.
Con el pasar del tiempo y el mejoramiento de la tecnología, los relés han
experimentado lo que se puede llamar la clasificación según su historia:
-Los Relé electromecánicos. se caracterizan porque las cantidades medidas son
convertidas en señales bajas pero similares, y son combinadas o comparadas
directamente con valores de referencia que se encuentran en los detectores de nivel
para producir la salida deseada.

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-Los Relé electrónicos. son aquellos en los cuales las cantidades medidas son
manipuladas en forma análoga y convertida subsecuentemente en forma binaria.
-Los Relé digitales. las cantidades medidas son convertidas en datos numéricos,
mientras que un microprocesador con operaciones matemáticas y/o lógicas toma
decisiones de disparo.
3.10. APARATOS DE MANIOBRA Y CORTE
3.10.1. SECCIONADORES
Caracteristicas:
-Aislamiento de partes de forma visible para traba bajar sobre ellas de forma segura.
-Apertura y cierre en vacío.
-Soportan la intensidad nominal de forma permanente e intensidad de corto circuito
durante un tiempo determinado.
-Son utilizados con enclavamiento mecánico.
3.10.2. Tipos de seccionadores.
Seccionadores de cuchillas giratorias.
Estos aparatos son los más empleados para tensiones medias, tanto para interior
como para exterior, pudiendo disponer tanto de seccionadores unipolares como
tripolares. La constitución de estos seccionadores es muy sencilla, componiéndose
básicamente en una base o armazón metálico rígido (donde apoyarán el resto de los
elementos), dos aisladores o apoyos de porcelana, un contacto fijo o pinza de contacto
y un contacto móvil o cuchilla giratoria (estos dos últimos elementos montados en cada
uno de los aisladores de porcelana).

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Seccionadores de cuchillas deslizantes.
Con una estructura muy similar a la de los seccionadores de cuchillas giratorias,
descritos anteriormente, poseen la ventaja de requerir menor espacio en sus maniobras
dado que sus cuchillas se desplazan longitudinalmente, por lo que se puede instalar en
lugares más angostos. No obstante, dado su tipo de desplazamiento de las cuchillas,
esto seccionadores tienen una capacidad de desconexión inferior en un 70% a los
anteriores.
Seccionadores de columna giratoria central:
En este tipo de seccionadores la cuchilla está fijada sobre una columna aislante, central
que es giratoria. Con esta disposición se tiene una interrupción doble, de tal
suerte que cada punto de interrupción requiere una distancia de aire igual a la mitad de
la total. Las dos columnas exteriores están montadas rígidamente sobre soporte
metálico de perfiles laminados y son las encargadas de sostener los contactos fijos.
Seccionador de dos columnas giratorias:

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El seccionador dispone de dos columnas en lugar de tres como el modelo de columna
giratoria central, siendo estas dos columnas giratorias y portadoras de cuchillas
solidarias, que giran hacia el mismo costado. En este caso se obtiene sólo un punto
de interrupción a mitad de recorrido entre las dos columnas.
El campo de aplicación de este seccionador es en instalaciones de intemperie con
tensiones de servicio de hasta 110 kV y corrientes nominales comprendidas entre 800
y 2.000 amperios. Este seccionador puede montarse con cuchillas de puesta a tierra,
en cuyo caso se impide cualquier falsa maniobra por medio de un enclavamiento
apropiado.
Seccionadores de pantógrafo:
Los seccionadores de pantógrafo han sido creados para simplificar la concepción y la
realización de las instalaciones de distribución de alta tensión en intemperie (se suele
utilizar para la conexión entre líneas y embarrados que se hallan a distinta altura y
cruzados entre sí)
Seccionadores de puesta a tierra:
Pueden adaptarse a diversos componentes y, según el esquema utilizado y las
especificaciones del cliente, pueden montarse en cualquier punto de la instalación, sea
como una simple puesta a tierra de mantenimiento, o como puesta a tierra de cierre
rápido.

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3.10.3. Interruptor automático
Caracteristicas:
-Apertura y cierre en carga.
-Soportan la intensidad nominal e intensidades de cortocircuito durante un
tiempo limitado.
-Poder de corte, capacidad de interrupción de la corriente de cortocircuito.
-Debe extinguirse el arco eléctrico.
Tipos de interruptores:
• Aire Soplado magnético. Con frecuencia, el principio en que se basan
estos aparatos implica que, mediantesoplado magnético, se alargue el
arco,incrementando su resistencia hasta tal punto que llegue aser
considerable en la impedancia del circuito.
• Aceite
Gran volumen de aceite. En su forma básica, los interruptores de aceite están
emparentados con los aparatos de tipo seccionador, en los que el aceite que
sustituye al aire ejerce simultáneamente las funciones de dieléctrico y de agente
extintor.
Pequeño volumen de aceite. Este tipo de aparato consta de una cámara de
desconexión fabricada con material aislante y en cuyo interior se evapora un
pequeño volumen de aceite, creándose con ello el aumento de presión
requerido por el soplado del arco.
• Aire comprimido
A fin de conseguir la extinción del arco, se utilizan en estos aparatos las
excelentes cualidades dieléctricas del aire sometido a presión. Además, gracias
a la gran velocidad de barrido, se facilita la evacuación de las moléculas
ionizadas, pudiéndose conseguir la desconexión con una escasa separación de
los contactos.

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• SF6
El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas inerte artificial que tiene excelentes
propiedades de aislamiento, así como una estabilidad térmica y química
excepcionalmente altas. Estas características le han conferido un amplio uso
en interruptores, tanto de alta como de Tensión Media, mostrando en ambos
casos un rendimiento y una fiabilidad muy elevados.
• Vacío
Ya a principios del siglo XIX, la interrupción de corriente en el vacío se
consideraba una técnica de conmutación ‘ideal’. Sin embargo, diversas
dificultades prácticas hicieron que se ignorase durante casi tres décadas. Uno
de los problemas fundamentales era la fabricación de un contenedor aislante
adecuado que permaneciese herméticamente sellado permanentemente.
Aparatos de protección y medida
• Transformadores de intensidad
• Transformación de tensión
4. EL TRANSFORMADOR Y SUS CLASIFICACIONES.
Los transformadores de medida como todos los transformadores, son máquinas
eléctricas dotadas de un primario y secundario que se aprovechan de las
propiedades electromagnéticas de la corriente alternapara transformar corriente
y tensión, en este caso, se busca representar una magnitud.
4.1. Tipos de transformadores:
Transformador de intensidad. El transformador de intensidad, como su nombre
indica, tiene como fin proporcionar en una escala mucho menor en el
secundario una magnitud proporcional de la corriente que pasa por el primario.
Es un transformador pasante, es decir, la corriente atraviesa el núcleo toroidal
donde se transforma en corriente de secundario. Por este motivo, el número de
secundarios de un transformador implica el número de núcleos que tiene el
propio transformador.

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Transformadores de tensión o potencial. Un transformador de voltaje es un
dispositivo destinado a la alimentación de equipos de medición y protección con
tensiones proporcionales a las de la red en el punto en el cual está conectado.
El primario se conecta en paralelo con el circuito por controlar y el secundario
se conecta en paralelo con las bobinas de voltaje de los diferentes aparatos de
medición y de protección que se requiere energizar.
Cada transformador de voltaje tendrá, por lo tanto, terminales primarios que se
conectarán a un par de fases o a una fase y tierra, y terminales secundarios a
los cuales se conectarán aquellos aparatos de medida y protección.
Transformador de tensión inductivo. Este transformador se utiliza para la
medida de tensión, generalmente para la tensión entre fase y tierra por lo que
una de las tomas se conecta a una fase y la otra rígidamente a tierra.
Soporta menores tensiones que un transformador de tensión capacitivo pero
proporciona mejores resultados en el ámbito de la precisión, por lo que se le
suele preferir para medida. El núcleo, es de chapa laminada y rectangular, lo
cual implica que tenga peores propiedades magnéticas y un aumento de los
entrehierros y por tanto que se necesite un núcleo mayor. A pesar de esto, se
prefiere este aumento en tamaño por el gran número de espiras que suele
llevar asociado.
Transformador de tensión capacitivo. Realmente no es un transformador
propiamente dicho sino un puente capacitivo para la reducción de la tensión. Es
por ello, que al carecer de espiras no dan problemas de volumen para grandes
tensiones como lo dan los inductivos. Estos transformadores son necesarios
para conformar un sistema de trampa de ondas para poder establecer una
conexión de onda portadora.
Transformadores de voltaje para medida. Son los concebidos para alimentar
equipos de medida. Una de sus características fundamentales es que deben
ser exactos en las condiciones normales de servicio. El grado de exactitud de
un transformador de medida se mide por su clase o precisión, la cual nos índica
en tanto por ciento el máximo error que se comete en la medida.
Transformadores de voltaje para protección. Son aquellos destinados a
alimentar relés de protección. Si un transformador va a estar destinado para medida
y protección, se construye normalmente con dos arrollamientos secundarios, uno
para medida y otro para protección, compartiendo el mismo núcleo magnético,
excepto que se desee una separación galvánica.

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5. ENFRIAMIENTO Y TIPOS DE ENFRIAMIENTOS.
Para prevenir el rápido deterioro de los materiales aislantes dentro de un
transformador, se deben proveer los medios de enfriamiento adecuados tanto para el
núcleo como para los devanados.
Los transformadores con potencias inferiores a 50 KVA, se pueden enfriar por medio
del flujo de aire circundante a los mismos. La caja metálica que los contiene se pude
Existen los sumergidos en aceite y el tipo seco.
Entre los sumergidos en aceite, tenemos:
Tipo OA. Es un transformador sumergido en aceite con enfriamiento natural. Este es el
enfriamiento más común y frecuente resultando más económico y adaptable a la
generalidad de las aplicaciones. En estas unidades el aceite aislante circula por
convección natural dentro de un tanque con paredes lisas o corrugadas o bien
provistas de enfriadores tubulares o de radiadores separables. Esta solución se adopta
para transformadores de más de 50 kVA con voltajes superiores a 15 kV.
Tipo OA / FA. Sumergido en aceite con enfriamiento a base de aire forzado. Esta
unidad es básicamente del tipo OA a la cual se le han agregado ventiladores para
aumentar la disipación del calor en las superficies de enfriamiento, y por lo tanto,
aumentar los KVA de salida del transformador. El empleo de este sistema de
enfriamiento está indicado cuando la unidad debe soportar sobrecarga durante
períodos cortos. Pero cuya ocurrencia se espera con cierta frecuencia dentro de las
condiciones normales de trabajo y que deben ser tolerados sin afectar el
funcionamiento normal del transformador. Este tipo de transformadores es básicamente
una unidad OA a la cual se le han agregado ventiladores para aumentar la disipación
del calor en las superficies de enfriamiento y por lo tanto, aumentar los kVA de salida.
Tipo OA / FA / FOA. Transformador sumergido en aceite con enfriamiento propio, con
enfriamiento a base de aire forzado y a base de aceite forzado. El régimen del
transformador tipo OA sumergido en aceite puede ser aumentado por el empleo
combinado de bombas y ventiladores. En la construcción se usan los radiadores
desprendibles normales, con la adición de ventiladores montados sobre dichos
radiadores y bombas conectadas a los cables de los mismos. El aumento de la
capacidad se han: en dos pasos. Con este tipo de enfriamiento se trata de incrementar
el régimen de operación (carga) de transformador tipo OA por medio del empleo
combinado de bombas y ventiladores. Se fabrican en capacidades de 10000 kVA
monofásicos 15000 kVA trifásicos.
En el primero se usan la mitad de los ventiladores y la mitad de las bombas para lograr
el aumento de 1.333 veces la capacidad sobre el diseño OA; en el segundo se usa la
totalidad de los ventiladores y las bombas, con lo que se consigue un aumento de
1,667 veces el régimen OA. El arranque y parada de los ventiladores y bombas son

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controlados por la temperatura del aceite, por medio de controles automáticos que
seleccionen la secuencia de operación al aumentar la carga del transformador.
Tipo FOA. Sumergido en aceite con enfriamiento con aceite forzado con enfriadores de
aire forzado. El aceite de estas unidades es enfriado al hacerlo pasar por cambiadores
de calor o radiadores de aire y aceite. Colocados fuera del tanque. Su diseño está
destinado a usarse únicamente con los ventiladores y bombas de aceite, trabajando
continuamente, en cuyas condiciones pueden sostener la totalidad de su carga
nominal. Su diseño está destinado a usarse únicamente con los ventiladores y las
bombas de aceite trabajando continuamente.
Tipo OW. Sumergido en aceite, con enfriamiento por agua. Este tipo de transformador
está equipado con un cambiador de calor tubular colocado fuera del tanque. El agua de
enfriamiento circula en el interior de los tubos y se drena por gravedad o por medio de
una bomba independiente. El aceite fluye estando en contacto con la superficie de los
tubos.
Tipo FOW. Sumergido en aceite, con enfriamiento de aceite forzado con enfriadores de
agua forzada. Este es prácticamente igual que el tipo FOA. Sólo que el cambiador de
calor es del modelo agua-aceite y por lo tanto; el enfriamiento del aceite se hace por
medio de agua sin tener ventiladores.
Entre los tipos secos, tenemos:
Tipo AA. Transformadores tipo seco con enfriamiento propio. Se caracteriza por no
tener aceite u otro líquido para efectuar las funciones de aislamiento y enfriamiento. El
aire es el único medio aislante que rodea el núcleo y las bobinas.
Tipo AFA. Transformador tipo seco con enfriamiento por aire forzado. el diseño
comprende un ventilador que empuja el aire en un dueto colocado en la parte inferior
de la unidad; por medio de aberturas en el dueto se lleva el aire a cada núcleo. Este
tipo solo tiene un régimen. Con ventilador.
Tipo AA /FA. Transformador tipo seco con enfriamiento propio, con enfriamiento por
aire forzado, su denominación indica que tiene dos regímenes, uno por enfriamiento
natural y el otro contando con la circulación forzada por medio de ventiladores, éste
control es automático y opera mediante un relevador térmico. Los transformadores de
distribución son generalmente del tipo OA (auto enfriado en aceite).

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Sumergidos en aceite
Tipo secos

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6.Conexión de devanados
Las formas que más frecuentemente se emplean para realizar las conexiones
de los arrollamientos son:
Estrella. Se unen en un mismo punto los tres extremos de los arrollamientos que
poseen la misma polaridad, existiendo dos formas básicas según se una los terminales
A, B, C ó A’, B’, C’ (a, b, c ó a’, b’, c’ para el secundario).
Triangulo. Se unen sucesivamente los extremos de polaridad opuesta da cada dos
devanados hasta cerrar el circuito; según sea el orden de sucesión en que se realiza
esta operación, pueden existir dos forma diferentes.
Zig-zag. Este tipo de conexión solo es empleado en el lado de baja tensión, consiste
en subdividir en dos partes iguales los devanados secundarios, una parte se conecta
en estrella y luego cada rama se unen en serie con las bobinas invertidas de las fases
adyacentes, siguiendo un determinado orden cíclico.

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Tipos de conexiones.
En general, la conexión en triangulo se comporta bien frente a los desequilibrios que
provoca la alimentación de cargas no simétricas, mientras que las conexiones en
estrella presentan problemas, deformando la onda de tensión (aparecen armónicos de
tensión). La conexión zigzag representa una opción mejorada de la conexión en
estrella, y se comporta bien ante desequilibrios, aunque presenta el inconveniente de
necesitar un 15% más de cobre, sin embargo estas conexiones se pueden combinar de
acuerdo al tipo de alimentación y a la carga a alimentar. Las conexiones básicas de
estos transformadores son:
Conexión Y-y (Estrella – Estrella) Para una tensión dada entre fases VL, la tensión en
bornes de una fase de un transformador conectado en estrella es 3/LV, mientras que
cuando se trata de transformadores conectados en triangulo la tensión en cada bobina
es VL, o sea, un 73% mayor; la corriente en cada bobina de un transformador
conectado en estrella es igual a la corriente de línea IL, mientras que la de un
transformador conectado en triangulo es 3/LI, o sea, el 58% de la corriente de línea. Así
pues, siempre que las restante condiciones sean las mismas, el devanado de un
transformador conectado en estrella tendrá menos espiras, necesitará un conductor de
mayor sección transversal que un transformador equivalente conectado en triangulo y
su construcción será algo menos costosa. La conexión estrella-estrella se considera
ventajosa cuando han de enlazarse dos sistemas de tensiones relativamente altas, e
incluso existe otra razón que puede resultar conveniente en determinados casos, la de
que no existe desplazamiento de fase entre las tensiones de primario y secundario.
Conexión Y-d (Estrella – Delta) La conexión se comporta razonablemente bien bajo
cargas desequilibradas, ya que el triángulo redistribuye parcialmente cualquier
desequilibrio que se presente. Sin embargo, esta disposición tiene el problema de que,
debido a la conexión en triángulo, las tensiones secundarias sufren un desplazamiento
de 30º con respecto a las tensiones del primario, lo cual puede causar inconvenientes
al conectar en paralelo los secundarios de dos grupos transformadores, ya que para
hacer esta maniobra, y como se demostrará más adelante, es preciso que los
diferentes grupos tengan el mismo índice horario. La conexión Y-d se adapta
particularmente a transformadores en sistemas de alta tensión en el extremo reductor
de tensión de línea.
Conexión D-y (Delta – Estrella) Esta conexión presenta las mismas ventajas y el
mismo desplazamiento de fase que la conexión Y-d. Se utiliza como transformador
elevador en las redes de A. T. El empleo de la conexión en estrella en la parte de alta
tensión permite poner a tierra el punto neutro, con lo que queda limitado el potencial
sobre cualquiera de las fases a la tensión simple del sistema, reduciéndose al mismo
tiempo el costo de los devanados de A. T., por las razones expuestas en la explicación
de la conexión Y-y.

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Esta conexión es también muy utilizada en los transformadores de distribución,
correspondiendo la estrella al lado de baja tensión, que permite de este modo alimentar
cargas trifásicas y cargas monofásicas (en este caso entre fase y neutro). El primario
en triángulo tiende a compensar los desequilibrios producidos por las cargas
monofásicas.
Conexión D-d (Delta – Delta) Esta conexión se utiliza en transformadores de B. T., ya
que se necesitan más espiras por fase de menor sección. Se comporta bien frente a
cargas desequilibradas. Este montaje puede trabajar al 58% (es decir, 3/1) de la
potencia asignada trabajando como triángulo abierto en el caso de un banco trifásico
con transformadores monofásicos en el que hay una unidad averiada y hay que
proceder a su reparación.
Conexión Y-z (Estrella – Zigzag) La conexión zigzag se emplea únicamente el lado de
B.T. Este montaje se utiliza en redes de distribución, ya que permite el uso de un
neutro en el secundario. Se comporta bien frente a desequilibrios de cargas. Debido a
la composición de tensiones del lado secundario, se requiere un 15% más de espiras
que en una conexión en estrella convencional.
6.1 Puesta en Servicio
Una vez verificada la instalación mecánica y efectuada todas las pruebas del
transformador, se procede a la energización del mismo. Para esto se debe tomar en
cuenta algunas precauciones y seguir los pasos, dados por ZETRAK® (nota 2) que se
indican a continuación:
-Verificar que los seccionadores del devanado primario y el interruptor secundario estén
en posición de abierto. En seccionadores de cuatro posiciones, solo deben ser
operados haciendo el movimiento de las manecillas del reloj.
-Al energizar el sistema, se deben instalar fusibles de prueba aproximadamente un
10% del valor de la corriente nominal por cada transformador, para protección de los
mismos y del sistema.
-Energizado el sistema, conectar el transformador en vacío, cerrando el seccionador
del devanado primario y el interruptor secundario, en este orden.
-Tomar lecturas de la tensión secundaria para verificar que sea la adecuada según la
placa.
-Si la tensión secundaria no es la adecuada, se ajusta con el cambiador de
derivaciones, el cual es de operación sin carga, por lo que se debe desenergizar el
transformador antes de efectuar dicho cambio.
-Luego de asegurar la correcta operación en vacío del transformador, se desenergiza
nuevamente para reemplazar los fusibles de prueba por los de operación nominal.

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-Una vez cambiados, se energizará de la igual forma como se describió previamente,
con la variante de que en esta ocasión se alimentará la carga, revisando que la tensión
y la corriente sean los correctos.