Diseño y Gestión de Líneas Eléctricas MT: Apuntes del Curso

CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS
DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
TEMA 1. SISTEMA ELÉCTRICO. INSTALACIONES Y COMPONENTES
1
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
TEMA 1. SISTEMA ELÉCTRICO. INSTALACIONES Y COMPONENTES
Índice
1. SISTEMA ELÉCTRICO. INSTALACIONES Y COMPONENTES................................................................. 3
1.1 Introducción ................................................................................................................................ 3
1.1.1 Clasificación de instalaciones por nivel de tensión.............................................................. 6
1.1.2 Conceptos eléctricos básicos ............................................................................................... 6
1.2 Instalaciones eléctricas ............................................................................................................. 10
1.2.1 Subestaciones eléctricas .................................................................................................... 10
1.2.2 Centros de Distribución ..................................................................................................... 15
1.3 Tipos de redes ........................................................................................................................... 16
Bibliografía .......................................................................................................................................... 18
2
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
1. SISTEMA ELÉCTRICO. INSTALACIONES Y COMPONENTES
1.1 Introducción
Desde que a finales del siglo XIX el ingeniero, físico e inventor Nikola Tesla la desarrollara e impulsara,
la corriente eléctrica alterna se ha convertido en algo imprescindible para nuestra vida diaria.
La energía eléctrica proviene de los generadores de corriente alterna, también llamados
alternadores, situados en las centrales eléctricas.
Las grandes centrales de generación están ubicadas junto a las fuentes de energía primarias de tipo
hidráulico, térmico, eólico, etc. que no suelen encontrarse próximas a los grandes centros de
consumos residenciales o industriales, por lo que se presenta la necesidad de enlazar la generación
y el consumo mediante líneas eléctricas.
La capacidad de transporte de energía eléctrica de las líneas es directamente proporcional a su
tensión, por lo que las líneas de mayor tensión son las encargadas de las grandes interconexiones y
las líneas de inferiores tensiones permiten que la energía eléctrica llegue a los consumidores finales.
El paso de unos niveles de tensión a otros se realiza a través de las instalaciones de transformación.
Todo el conjunto de instalaciones de generación, transporte, transformación y distribución de la
energía eléctrica es lo que se denomina Sistema Eléctrico.
De acuerdo con la tipología de instalaciones descrita, el sistema eléctrico se divide en tres
subsistemas principales: Generación, Transporte y Distribución.
Ilustración 1. Sistema Eléctrico (Fuente: REE)
3
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
La Generación se divide en dos grandes grupos, Energías no renovables y Energías renovables, en
función del origen de la energía utilizada. Durante los últimos años las Energías renovables han tenido
un gran crecimiento en España, superando actualmente a las Energías no renovables. Las tablas
siguientes describen los tipos más importantes de cada grupo.
Energía
Utilización
Hasta hace algunos decenios ha sido una de las
principales fuentes de energía en España.
Actualmente, con el cierre de la minería, es marginal.
La utilización de centrales eléctricas que funcionan
Gas
con gas tuvo un gran incremento a principios del siglo
Natural actual, pero se ha estancado en los últimos años.
Petróleo Este tipo de energía está en claro retroceso, siendo el
principio de funcionamiento similar a las que emplean
y
restos fósiles, pero los efectos contaminantes son
derivados mucho mayores.
El combustible utilizado es uranio enriquecido.
Uranio Plantea problemas de seguridad y residuos.
Tabla 1. Energías no renovables
Carbón
Energías
no
renovables
Fósiles
Minerales
Energía
Solar
Hidráulica
Eólica
Biomasa
Energías Mareomotriz
renovables
Geotérmica
Otras
Utilización
Solar fotovoltaica: Transforma energía solar en electricidad.
Solar térmica: Utiliza la energía solar para calentar agua y con
esta generar electricidad.
Transforma la energía cinética o potencial proporcionada por
corrientes o saltos de agua para generar electricidad.
Transforma la energía del viento en electricidad.
Utiliza el gas desprendido en la descomposición de la materia
orgánica para producir electricidad.
Transforma la energía del mar, a través de las olas, corrientes
marinas o de las mareas, para producir electricidad.
Utiliza el agua caliente o vapor de agua que se obtiene
directamente de la naturaleza por acción de la energía calorífica
de la tierra para producir electricidad.
Se encuentran en desarrollo otras técnicas de generación de
electricidad tales como:
- Biocombustibles: Utilizando para su fabricación materias de
origen vegetal (soja, algas, etc.). Tienen como inconveniente su
impacto ecológico.
- Pilas de combustible: Se fabrican mediante la combinación de
oxígeno e hidrógeno, para la obtención de corriente eléctrica
continua.
Tabla 2. Energías renovables
4
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
El reparto de Generación en España, por tipo de fuente de energía, es el que se muestra a
continuación. El 70% de la generación lo soportan tres fuentes (Eólica, Nuclear e Hidráulica).
Ilustración 2. Reparto de generación en España. Marzo 2018 (Fuente: REE)
La red de Transporte en España está formada por las líneas de tensiones 220 kV o 400 kV en la
Península y las líneas de tensión ≥ 66 kV en las islas, y sus Subestaciones de transformación y está
gestionada por Red Eléctrica de España (REE).
La red de Distribución incluye todas las líneas de tensión ≤ 132 kV y sus Subestaciones de
transformación, hasta los niveles de consumo doméstico de 220 V o 380 V y en España está
gestionada por diferentes compañías, entre las más importantes se encuentran ENDESA, IBERDROLA,
GAS NATURAL-FENOSA, E-REDES (anterior EDP Hidrocantábrico) y Viesgo (anterior EON).
E-Distribución Redes Digitales
i-DE Redes Eléctricas Inteligentes
Unión Fenosa Distribución
E-Redes Distribución Eléctrica
Viesgo Distribución Eléctrica
Inteligentes
Inteligentes
Ilustración 3.Mapa de distribución geográfica de Compañías Distribuidoras
5
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
1.1.1 Clasificación de instalaciones por nivel de tensión
La clasificación del punto anterior atiende a las funciones de las instalaciones dentro del Sistema
Eléctrico.
La clasificación que atiende al nivel de tensión se define en los Reglamentos de Instalaciones
Eléctricas de Alta Tensión R.D. 337/2014, de 9 de mayo y el Reglamento sobre condiciones técnicas
y garantías de seguridad en líneas eléctricas de alta tensión y sus instrucciones técnicas
complementarias ITC-LAT 01 a 09 R.D. 223/08, de 15 de febrero, donde en su artículo 2 se definen
como instalaciones de Alta Tensión todas aquellas que utilizan corriente alterna trifásica a 50 Hz de
frecuencia , cuya tensión nominal entre fases sea superior a 1 kV. Adicionalmente en su ITC-RAT 04 y
Capítulo 1. Artículo 3, respectivamente, las instalaciones se clasifican en:
a) Categoría especial: las de tensión nominal igual o superior a 220 kV y la de tensión inferior
que formen parte de la Red de Transporte de acuerdo con lo establecido en la Ley 24/2013,
de 26 de diciembre, del Sector Eléctrico.
b) Primera categoría: las de tensión nominal inferior a 220 kV y superior a 66 kV.
c) Segunda categoría: las de tensión nominal igual a 66 kV y superior a 30 kV.
d) Tercera categoría: las de tensión nominal igual o inferior a 30 kV y superior a 1 kV.
Las instalaciones cuya tensión de corriente alterna es inferior a 1 KV o de corriente continua inferior
a 1,5 kV se denominan Baja Tensión (BT) y están sujetas a los requerimientos del Reglamento
Electrotécnico de Baja Tensión (REBT) y sus instrucciones técnicas complementarias ICT-BT 01 a 52
R.D. 842/2002, de 2 de agosto.
En el ámbito del sector eléctrico, la denominación habitual de las instalaciones de corriente
alterna de tensiones ≤ 1 kV es Baja Tensión (BT), a las de tercera categoría (≤ 30kV) se las
denomina Media Tensión (MT), quedando el resto de categorías superiores como Alta Tensión
(AT).
1.1.2 Conceptos eléctricos básicos
En este apartado se van a presentar los conceptos básicos relacionados con la electricidad.
TENSIÓN CONTINUA Y ALTERNA: Se define como la diferencia de potencial entre dos puntos. Suele
denotarse por la letra V o U. También se denomina fuerza electromotriz (fem) si la energía tiene
origen externo (baterías, generadores, etc.) o caída de tensión si existe una pérdida o disminución de
energía en resistencias o componentes pasivos. Se habla de tensión continua cuando su valor se
mantiene constante a lo largo del tiempo y es suministrada por generadores de corriente continua
(pilas, baterías, dinamos, etc.) que disponen de dos polos (positivo y negativo). Se denomina tensión
alterna cuando la magnitud y el sentido del flujo varían cíclicamente. Esta variación responde a una
función seno (tipo senoidal). La unidad en el sistema internacional es el Voltio (V).
6
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
Ilustración 4. Tensión continua (DC)
Ilustración 5. Tensión alterna senoidal (AC)
CORRIENTE CONTINUA Y ALTERNA: algunas partículas subatómicas como los protones y los
electrones disponen de carga eléctrica, una propiedad física que se manifiesta por las fuerzas de
repulsión y atracción que existen entre ellas. El flujo de las cargas eléctricas a través de un conductor
se denomina corriente eléctrica. Se habla de corriente continua cuando su valor se mantiene
constante a lo largo del tiempo y se denomina corriente alterna cuando la magnitud y el sentido del
flujo varían cíclicamente. Esta variación responde a una función seno (tipo senoidal). La unidad en el
sistema internacional es el Amperio (A).
Ilustración 6. Forma de onda senoidal. Valor eficaz (Fuente: Wikipedia)
La medida de la amplitud de una tensión o corriente continuas es relativamente simple, dado que
puede realizarse tomando un intervalo de tiempo y hallando su valor medio. En corriente alterna, si
se utiliza el mismo procedimiento se obtendrá un valor cero o próximo a él, dado que tienen similares
variaciones del flujo por encima y debajo de un eje central. Si se eleva al cuadrado cada valor antes
de hacer la media (para convertir toda la onda a valores positivos), y luego para deshacer la
conversión se hace la raíz cuadrada de dicho valor, se obtiene un dato similar al obtenido en la
corriente continua que resulta el valor medio de amplitud de la señal. Este valor se denomina Valor
eficaz (VRMS), donde RMS es el acrónimo de “root mean square”, y corresponde al valor máximo de
la onda (Vpk, valor pico) dividido por √2. En corriente alterna se utilizan para su medida los valores
eficaces, que también se definen como los mismos valores que en corriente continua provocarían los
mismos efectos caloríficos en una resistencia.
7
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
La corriente alterna se puede distribuir mediante un sistema monofásico, formada por una fase (F) y
un neutro (N) o mediante un sistema trifásico, formada por tres fases (L1, L2 y L3), iguales en módulo
y desfasadas entre ellas 120 grados, y un neutro (N). Se denomina tensión de fase (VF) a la tensión
eficaz que existe entre una fase y el neutro, y tensión de línea (VL) a la que existe entre dos fases. La
relación entre ambas es √3=1,73 (VL = VF . √3), debido al desfase indicado.
FRECUENCIA ELECTRICA: es el número de repeticiones de la onda senoidal por unidad de tiempo. La
unidad de medida de la frecuencia (f) es el Hercio (Hz), que corresponde al número de repeticiones
por segundo. En Europa la frecuencia industrial es de 50 Hz. En otros países, como Estados Unidos
de América es de 60 Hz.
El periodo (T) de una onda eléctrica es el tiempo que transcurre entre 2 puntos equivalentes. Se
puede medir la frecuencia a partir del periodo con la relación:
𝑓=
1
𝑇
Para el caso de una frecuencia de 50 Hz, el periodo tiene un valor de 20 milisegundos.
POTENCIA ELÉCTRICA: es la cantidad de energía eléctrica entregada o absorbida por un elemento en
un momento determinado. La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt (W).
En corriente continua, la potencia eléctrica que atraviesa un dispositivo de dos terminales, es el
producto de la diferencia de potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa
a través del dispositivo.
𝑃 = 𝑉. 𝐼
Cuando el dispositivo es una resistencia (R) la potencia puede calcularse como:
𝑃 = 𝑅. 𝐼 2 =
𝑉2
𝑅
En corriente alterna, la potencia eléctrica desarrollada por un dispositivo de dos terminales es una
función de los valores eficaces de la diferencia de potencial entre los terminales y de la intensidad de
corriente que pasa a través del dispositivo. El cálculo se complica debido al desfase entre tensión y
corriente que presentan algunos tipos de consumos existentes (inductivos o capacitivos).
Tanto en los circuitos inductivos como capacitivos la corriente se desfasa de la tensión un ángulo 𝜑,
lo que provoca que aparezcan componentes activas y reactivas en la corriente eléctrica y que la
corriente total o aparente del circuito sea la suma vectorial de ambas componentes, algo muy similar
sucede con la potencia eléctrica del circuito.
Consideremos un circuito de C. A. en el que la corriente y la tensión tienen un desfase 𝜑. Se define
componente activa de la intensidad (Ia) a la componente de ésta que está en fase con la tensión, y
componente reactiva (Ir) a la que está en cuadratura con ella.
8
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
𝜑
𝜑
Ilustración 7. Componentes activa y reactiva de la intensidad (Fuente: Wikipedia)
Sus valores son:
𝐼𝑎 = 𝐼. 𝑐𝑜𝑠𝜑
𝐼𝑟 = 𝐼. 𝑠𝑒𝑛𝜑
El producto de la intensidad (I) y las de sus componentes activa (Ia) y reactiva (Ir) por la tensión (V)
da como resultado la Potencia aparente (S), Potencia activa (P) y Potencia reactiva (Q).
La Potencia activa (P) es capaz de transformar la energía eléctrica en trabajo. Es, por tanto, la
realmente consumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia la
que se utiliza para determinar la demanda. Se designa con la letra P y se mide en vatios (W) o
kilovatios (kW).
𝑃 = 𝐼. 𝑉. cos 𝜑 (sistema monofásico)
𝑃 = √3. 𝐼. 𝑉. cos 𝜑 (sistema trifásico)
La Potencia reactiva (Q) no se consume ni se genera en el sentido estricto y en circuitos lineales solo
aparece cuando existen bobinas o condensadores. La energía reactiva tiene un valor medio nulo, en
cada ciclo, por lo que no produce trabajo y recibe el nombre de "energía oscilante". Se designa con
la letra Q y se mide en voltamperios reactivos (VAr).
𝑄 = 𝐼. 𝑉. sen 𝜑 (sistema monofásico)
𝑄 = √3. 𝐼. 𝑉. sen 𝜑 (sistema trifásico)
Conceptualmente, la potencia reactiva es una potencia "de ida y vuelta"; es decir, cuando hay
elementos que almacenan energía (condensadores y bobinas), estos están permanentemente
almacenando y devolviendo la energía. Durante las alternancias positivas el circuito toma energía de
la red para crear el campo magnético en la bobina; mientras en las alternancias negativas el circuito
la devuelve, y a dicha devolución se debe la desaparición temporal del campo magnético.
En estas alternancias se producen pérdidas, por la circulación de corriente en la red que alimenta la
carga, que deben evitarse compensando la potencia reactiva inductiva con la capacitiva, lo más
cercano al consumo. A este proceso se le llama compensación del factor de potencia, siendo
deseable que el valor del factor de potencia, cos 𝜑, sea lo más cercano posible a 1, que implica que
el ángulo 𝜑 tenga un valor próximo a 0 grados.
9
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
En los circuitos inductivos puros no existe potencia activa, pero existe la potencia reactiva de
carácter inductivo que vale:
𝑄𝐿 = 𝐼 2 . 𝑋𝐿
En los circuitos capacitivos puros (por ejemplo, en las baterías de condensadores) no existe potencia
activa, pero si existe la potencia reactiva de carácter capacitivo que vale:
𝑄𝐶 = 𝐼 2 . 𝑋𝐶
𝑉2
𝑄𝐶 =
𝑋𝐶
La Potencia aparente de un circuito es la suma (vectorial) de la potencia que disipa dicho circuito y
se transforma en calor o trabajo (potencia activa) y la potencia utilizada para la formación de los
campos eléctrico y magnético de sus componentes (potencia reactiva).
𝑆 = 𝐼. 𝑉
𝑆 = 𝑃2 + 𝑄 2
2
No es realmente la potencia "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad (cos 𝜑 =1). Se
designa con la letra S y se mide en voltamperios (VA) o kilovoltamperio (kVA).
Ilustración 8. Relación entre Potencias aparente, activa y reactiva. (Fuente: Wikipedia)
1.2 Instalaciones eléctricas
En este apartado se van a describir los tipos de instalaciones más característicos del ámbito de la
Distribución de energía eléctrica.
1.2.1 Subestaciones eléctricas
También llamadas Estaciones Transformadoras (ET) o Subestaciones Transformadoras (SET). Son las
instalaciones donde básicamente se realiza la transformación entre diferentes niveles de tensión, a
través de los transformadores de potencia. Están divididas en parques (uno por cada nivel de tensión)
y dentro de ellos de elementos funcionales denominados en el sector eléctrico como “posiciones”,
bahías o calles. Podemos encontrar posiciones de Línea AT, Línea MT, Transformador, Barras AT,
10
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
Barras MT, Acoplamiento de Barras, Batería de condensadores, entre otras. Dentro de la SET también
se encuentran los equipos de mando y protección y los elementos auxiliares necesarios para su
funcionamiento (baterías de corriente continua, servicios auxiliares de c.a. y c.c, remota de
telecontrol, equipos de comunicaciones, etc.).
La configuración eléctrica de una SET se representa mediante un esquema unifilar, donde se reflejan
los elementos eléctricos (posiciones) constitutivos de la misma, y se considera la referencia básica
para el diseño, proyecto y explotación de la instalación. Como su nombre indica, de forma
simplificada, refleja con una sola fase (unifilar) una instalación trifásica. La elección del esquema
unifilar a utilizar está sujeto a criterios de funcionalidad requerida, ubicación, fiabilidad, seguridad
del servicio, ampliabilidad, mantenimiento y coste. Algunos de los esquemas unifilares de montaje
más habituales son los de Simple Barra o Doble Barra.
Barras
Seccionador Barras
Interruptor automático
Transformadores intensidad
Seccionador Línea
Transformador de potencia
A su vez cada una de estas “posiciones” puede estar formada por diferentes equipos denominados
aparamenta o aparellaje. Entre estos se encuentran los seccionadores, interruptores automáticos,
transformadores de medida, pararrayos, fusibles, etc. Estos equipos pueden estar montados
separadamente (montaje convencional) o encontrarse alojados dentro de una envolvente aislada
(celdas o cabinas blindadas).
Ilustración 9. Ejemplo de montaje convencional (intemperie) y conjunto de celdas blindadas (interior)
11
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
El montaje de las SET puede ser intemperie o interior, en función de la disponibilidad de terreno o
condicionantes ambientales y/o constructivos.
Ilustración 10. Ejemplos de SET intemperie e interior
Dentro de los elementos constitutivos de las “posiciones” los más relevantes son los siguientes:
-
Seccionadores: Su funcionalidad es la de aislar un elemento de la red eléctrica o una parte
de ésta del resto de la red para permitir la explotación y mantenimiento de la instalación.
Tiene dos estados (abierto y cerrado) y cuando se encuentra abierto se garantiza una
distancia de aislamiento entre sus extremos, lo que se conoce como “corte visible” o “corte
efectivo”. Se puede maniobrar en tensión pero no se puede maniobrar en carga, dado que
no dispone de capacidad para abrir con intensidades nominales o de cortocircuito. En estado
cerrado deben soportar en permanencia la corriente nominal y, para el tiempo estipulado
por diseño, las corrientes de cortocircuito. Sus valores característicos son: Tensión nominal
(kV); Intensidad nominal (A); Tensión de ensayo (kV) e Intensidad corta duración (kA, s).
Hay muchos tipos en función del número de polos (unipolares o tripolares), del tipo de
soporte (2 columnas o 3 columnas), del tipo de apertura (deslizante o rotativo), del sentido
de apertura (horizontal, vertical o pantógrafo), del tipo de aislamiento (al aire o en
hexafluoruro de azufre SF6) o según el tipo de mando (manual, eléctrico o neumático). Un
caso particular son los seccionadores de puesta a tierra, que permite unir eléctricamente una
parte activa de la instalación con la red de tierras y cortocircuitar las tres fases entre si cuando
son trifásicos, utilizados para asegurar que cualquier tensión que aparezca en los
conductores se deriva a tierra y proteger a los operarios en trabajos de mantenimiento.
Ilustración 11. Diferentes tipos de seccionadores para montaje intemperie
12
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
-
Merecen mención especial los denominados seccionadores en carga o interruptores
seccionadores (IS) cuya característica principal es la de poder realizar aperturas y cierre a
intensidad nominal y que son muy utilizados en las redes de MT, tanto en su montaje aéreo
como en interior, o como parte integrante de una celda blindada.
Interruptores automáticos: Su función consiste en permitir la apertura y cierre de
intensidades de carga y cortocircuito. Sus valores característicos son: Tensión nominal (kV);
Intensidad nominal (A); Tensión de ensayo (kV), Poder de corte (kA), Tipo de extinción, Tipo
de mando y Ciclo de maniobras.
Hay muchos tipos de interruptores en función del tipo de extinción (al aire, gran volumen
aceite GVA, pequeño volumen aceite PVA, SF6 o vacío), del tipo de mando (resortes o
muelles, neumático o aire comprimido o hidráulico). Los interruptores necesitan energía
auxiliar para realizar sus funciones (tensado de muelles, acumulación de presión de aire,
accionamiento de bobinas de apertura/cierre, etc.).
Ilustración 12. Interruptores de AT (SF6 y GVA) y MT (PVA)
-
Transformadores de medida y protección: Su función es convertir los valores primarios de
tensión (kV) e intensidad (A o kA) en valores secundarios (V y A) mucho más reducidos, con
objeto de aislar o separar los equipos a los que se conectan de la AT, evitar perturbaciones
electromagnéticas y reducir las corrientes de cortocircuito en los aparatos de medida y
obtener intensidades y tensiones proporcionales a las que se desea medir y transmitirlas a
los aparatos apropiados. En este apartado se encuentran los transformadores de tensión (TT)
y transformadores de intensidad (TI). Sus valores característicos son Tensión nominal (kV);
Relación de tensión (V), solo para los TT; Relación de Intensidad (A) y Factor límite de
precisión, solo para los TI; Número de devanados secundarios; Potencia de precisión (VA) y
Clase de precisión (%), para ambos.
Su clasificación atiende a la ubicación (exterior o interior), al tipo de aislamiento (resina,
aceite o SF6), al tipo de medida (tensión o intensidad), al tipo de montaje (pasante, toroidal,
enchufable, etc.) o a la función (medida o protección).
13
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
Ilustración 13. Transformadores de intensidad y tensión para AT (Fuente: Arteche)
Ilustración 14. Transformadores de intensidad y tensión para MT (Fuente: Arteche)
-
Pararrayos o autoválvulas: Su función es proteger la instalación ante sobretensiones de
origen atmosférico o producidas por maniobras eléctricas. Son unipolares y se conectan
entre fase y tierra, en cada una de las fases. Con valores de tensión normales se comportan
como un circuito abierto, pero cuando se produce una sobretensión pasan a conducir y
derivan la corriente a tierra. Su montaje se hace en las conversiones aero-subterráneas,
llegadas de líneas aéreas a las subestaciones y junto a los transformadores. Sus valores
característicos son Tensión nominal (kV); Tensión de servicio permanente (kV); Intensidad de
descarga (kA) y Clase de descarga.
14
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
Ilustración 15. Pararrayos de AT, MT y Vista interna.
-
Celdas o cabinas blindadas: Se considera al conjunto de elementos de maniobra, protección
y medida contenidos en un armario metálico montados en Centros de Transformación o
Subestaciones con montaje interior. Los elementos internos (interruptores, seccionadores,
etc.) pueden tener como método de aislamiento el aire (celdas de corte al aire) o el
hexafluoruro de azufre, SF6, (celdas GIS). Algunas de las cualidades de estas celdas son: alta
seguridad, dimensiones compactas, reducido mantenimiento, modularidad y versatilidad. Se
dispone de celdas para todo tipo de necesidades (líneas AT, líneas MT, protección de
transformadores, acoplamientos de barras, baterías de condensadores, medida, etc.).
Ilustración 16. Conjunto celdas blindadas AT (GIS) y conjunto celdas MT
1.2.2 Centros de Distribución
Se podría definir un Centro de Distribución (CD) como una instalación integrada en la red de
Distribución de MT, con o sin transformadores, destinada al suministro de energía eléctrica a los
clientes directamente en MT o a través de redes de BT.
15
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
Se pueden clasificar según el tipo constructivo (interior o intemperie), la propiedad (compañía o
abonado), el nivel de aislamiento del equipamiento (24 kV o 36 kV), el tipo de aparamenta
(convencional o celdas blindadas) o de acuerdo a su funcionalidad. Algunos de los tipos más
habituales son los siguientes:
-
Centro de Seccionamiento: instalación sin transformación, en la que se conectan una o más
líneas de MT mediante interruptores seccionadores (IS), que alimenta uno o más circuitos. Si
al menos una de las líneas dispone de interruptor automático se suele denomina Centro de
Reparto.
Ilustración 17. Centro de Seccionamiento con 3 líneas con IS
-
Centro de Transformación (CT): instalación provista de uno o varios transformadores MT/BT,
con la aparamenta de MT y BT necesaria.
Ilustración 18. CT abonado con 2 transformadores MT/BT (Fuente: Cuaderno Schneider PT004)
Centro de Transformación sobre poste (CT intemperie): instalación en exterior con sus
correspondientes elementos de maniobra y protección (fusibles), formada por un transformador
MT/BT instalado en uno o más apoyos para el suministro de redes de BT.
1.3 Tipos de redes
De acuerdo con la clasificación indicada al principio, las redes pueden agruparse en Transporte y
Distribución. Las Redes de Transporte suelen diseñarse de forma mallada, también denominada red
en anillo. Este tipo de redes dispone de un alto grado de fiabilidad y continuidad del servicio, aunque
implica mayor coste y complejidad en los sistemas de protección.
16
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
Ilustración 19. Esquema con diferentes diseños de redes en función del nivel de tensión
Las redes de Distribución suelen diseñarse con redes de tipo radial, o redes en antena. Ese tipo de
redes tiene como ventaja la reducción del coste y la simplicidad en su explotación y protección, con
el inconveniente que la pérdida de alimentación desde la cabecera de conexión supone la pérdida de
servicio, de forma transitoria, hasta su posible reposición a través de una realimentación desde otro
punto, aunque no siempre es posible. En redes urbanas o zonas industriales (polígonos) se diseña
una mezcla de los dos sistemas descritos, con una configuración de anillo o bucle, que permite una
reposición del servicio más rápida ante averías o para facilitar trabajos de mantenimiento, pero con
una explotación de forma radial mediante la apertura de determinados puntos de la red, para facilitar
su operación y localización de averías.
Ilustración 20. Red de distribución de MT (Fuente: Schneider Electric-Cuaderno Técnico nº4)
17
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ
Bibliografía
ARTECHE. (n.d.). Acercamiento a los transformadores de medida. Cuadernos de Formación: 1.
Ministerio de Energía y Turismo. (2014). Reglamento de Instalaciones Eléctricas de Alta Tensión.
Reglamento de Instalaciones Eléctricas de Alta Tensión. Boletin Oficial del Estado RD
337/2014 de 9 de mayo.
Montané, P. (1988). Protecciones en las instalaciones eléctricas - Evolución y Perspectivas.
MARCOMBO - BOIXAREU EDITORES.
Schneider Electric. (2000). Cuaderno Técnico PT004. Centros de Transformación MT/BT.
18
CURSO: DISEÑO, MANTENIMIENTO Y GESTIÓN DE LINEAS ELÉCTRICAS DE MEDIA TENSIÓN. RELÉS DE
PROTECCIÓN Y CALIDAD DE ONDA
PONENTE: FRANCISCO JAVIER GRACIA GÓMEZ