Sistema Eléctrico Integral: Componentes, Clasificaciones y Transformadores

El sistema eléctrico es un conjunto complejo y fundamental para el suministro de energía. Está formado por las centrales generadoras, las subestaciones y las líneas de transporte. Se organiza en tres subsistemas principales:

• Subsistema de Producción: Generación de energía.
• Subsistema de Transporte: Conducción de energía a largas distancias.
• Subsistema de Distribución: Entrega de energía a los consumidores finales.

Las tensiones de servicio están normalizadas para el transporte y la distribución, garantizando la eficiencia y seguridad de la red.

Niveles de Tensión en la Red Eléctrica

La clasificación de la tensión es crucial para el diseño y operación de los sistemas eléctricos:

• Alta Tensión (AT) / Red de Alta Tensión (RAT):
  • 1ª Categoría: Entre 66 kV y menos de 220 kV.
  • 2ª Categoría: Entre 30 kV y 66 kV.
  • 3ª Categoría: De 1 kV a 30 kV.
• Media Tensión (MT): De 1 kV a 30 kV (comúnmente utilizada en distribución).
• Alta Tensión (AT): De 30 kV a 300 kV (principalmente para transporte).
• Muy Alta Tensión (MAT): De 300 kV a 800 kV (para transporte de grandes bloques de energía).

Centros de Transformación (CT)

Los Centros de Transformación (CT) son puntos clave en la red para adecuar los niveles de tensión. Algunos ejemplos de tensiones de salida comunes son:

• B1: 230/127 V
• B2: 400/230 V

Clasificación de Centros de Transformación

Los CT se clasifican según diversos criterios:

• Por Emplazamiento:
  • Interiores.
  • Exteriores:
    • De superficie.
    • Subterráneos (hasta 36 kV y 1 MVA).
    • Semienterrados.
• Por Acometida:
  • Alimentados por línea aérea (hasta 6 metros).
  • Alimentados por cable subterráneo.
• Por Ubicación:
  • Interiores.
  • Intemperie (<160 kVA).
• Según su Propiedad:
  • De abonado o cliente.
  • De empresa o red pública.
• Por Número de Líneas de Alimentación:
  • Con una sola línea de llegada de alimentación.
  • Con dos líneas de alimentación.

Esquemas de Conexión en Redes Eléctricas

Los esquemas de conexión definen la topología de la red:

• Radial o de Antena:
  • En punta.
  • Una sola vía.
  • Tipo arborescente.
  • Común en distribución aérea y en MT en medio rural.
• Bucle Abierto o en Anillo:
  • En paso.
  • Común en redes subterráneas.
• Con Doble Procedencia: Ofrece mayor fiabilidad al tener dos fuentes de alimentación.

Componentes Clave de un Sistema Eléctrico

Los principales dispositivos de maniobra y protección incluyen:

• Interruptor: Corta el paso de la corriente, a menudo utilizando gas SF6, y tiene capacidad para operar con carga.
• Seccionador: Proporciona una separación visible del circuito, operando siempre sin carga.
• Seccionador-Fusible: Requiere una pértiga para su manipulación y es recambiable.
• Ruptofusible: Se comporta como un seccionador, pero incorpora un fusible en serie para protección contra sobrecorrientes.

Características Técnicas de Equipos Eléctricos

Para el correcto funcionamiento y selección de equipos, se consideran las siguientes características:

• Tensión Nominal: La tensión más elevada a la que el equipo puede operar de forma continua.
• Nivel de Aislamiento: Capacidad del equipo para soportar tensiones de ensayo a la frecuencia industrial, a la onda del rayo y a las sobretensiones de maniobra.
• Corriente Nominal o Asignada: La corriente máxima que el equipo puede conducir de forma continua; debe ser superior a la corriente de operación esperada.
• Poder de Cierre: Valor máximo de cresta de corriente que el equipo puede soportar al cerrar un circuito.
• Poder de Corte: Valor máximo de corriente que el equipo puede interrumpir de forma segura.

Desafíos Comunes en Sistemas Eléctricos

Los problemas fundamentales que afectan a los equipos eléctricos son:

• Calentamiento: Exceso de temperatura debido a pérdidas de energía.
• Aislamiento: Deterioro o fallo del material aislante.
• Esfuerzos Mecánicos: Daños estructurales por fuerzas electromagnéticas o vibraciones.

Centro de Transformación Prefabricado con Celdas Modulares

Un CT prefabricado con celdas modulares es una solución compacta y eficiente. Sus componentes típicos incluyen:

• Base y frente.
• Cuba.
• Interruptor/seccionador/seccionador de puesta a tierra.
• Interruptor automático.
• Mando.
• Fusibles.

Existen diferentes tipos de celdas modulares según su función:

• IM: Celda de llegada y salida de línea.
• SME: Celda de seccionamiento y remonte.
• QM: Celda con interruptor-fusibles combinados.
• GBC-2C: Celda para medida de tensión o intensidad.

El Transformador Eléctrico: Componentes y Tipos

El transformador es un dispositivo esencial para modificar los niveles de tensión en la red.

Núcleo Magnético

El núcleo magnético es el camino del flujo magnético. Está compuesto por:

• Columnas: Donde se enrollan las bobinas.
• Culatas y Yugos: Cierran el circuito magnético.

Se fabrica con chapas de 0.35 mm de espesor, que pueden ser:

• Normales: Laminadas en caliente.
• De Grano Orientado: Laminadas en frío, con mejores propiedades magnéticas.

Arrollamientos o Bobinas

Los arrollamientos o bobinas son los conductores por donde circula la corriente. Pueden ser:

• Alternados.
• Concéntricos: Generalmente, primero se enrolla la bobina de Baja Tensión (BT) y luego la de Alta Tensión (AT).

Características Técnicas del Transformador

Las especificaciones clave de un transformador incluyen:

• Potencia Nominal (S): Se calcula como S = √3 * U * I / 1000 (en kVA).
• Tensión del Secundario: La tensión de salida del transformador.
• Grupo de Conexión: Indica la configuración de los arrollamientos y el desfase entre tensiones. Por ejemplo:
  • Para potencias P < 160 kVA: Yzn11.
  • Para potencias P > 160 kVA: Dyn11.
• Tensión de Cortocircuito (Ucc): Porcentaje de la tensión nominal que, aplicada al primario con el secundario en cortocircuito, hace circular la corriente nominal. Se calcula como In * Zcc (típicamente entre 4% y 6%).

Tipos de Transformadores (según Aislamiento)

Los transformadores se clasifican principalmente por su medio aislante:

• En Baño de Aceite Mineral:
  • De llenado total de la cuba.
  • De depósito de expansión (común en CT públicos).
  • De llenado integral sin depósito (diseño actual, más compacto).
• Con Aislamiento Seco: Utilizan resina termoendurecible (epoxy) mezclada con sílice y alúmina hidratada, ofreciendo mayor seguridad y menor mantenimiento.

Constitución Externa y Dispositivos de Protección

La estructura externa de un transformador de potencia incluye:

• Pasatapas de MT (Media Tensión).
• Pasatapas de BT (Baja Tensión).
• Cuba (recipiente principal).
• Depósito de expansión (en transformadores con aceite).
• Indicador de nivel de aceite.
• Desecador (para absorber humedad del aire).
• Termostato (para control de temperatura).
• Placa de características (con datos técnicos).
• Designación de bornes.

Dispositivos de Protección y Control

Para la seguridad y monitoreo del transformador, se utilizan:

• Relé Buchholz: Detecta la formación de gases y el flujo de aceite, indicando fallos internos. Se coloca entre el depósito de expansión y la cuba.
• DGP (Detector de Presión de Gas): Monitorea la presión interna.
• TPTC (Termómetro con Contactos de Alarma y Disparo): Mide la temperatura del aceite o de los arrollamientos, activando alarmas (ej. a 150°C) o disparando el interruptor (ej. a 160°C) en caso de sobrecalentamiento.
• CT de Red Pública: Generalmente consta de un cuadro con conexión trifásica (3 fases + neutro).