SUBESTACIÓN TIPO PEDESTAL

BREVE HISTORIA

A principios de la década de 1960, fue desarrollado un nuevo concepto de transformador, conocido como transformador de distribución tipo Pad Mounted, al cual se le denominó tipo pedestal.

En su forma preliminar, este transformador consistió básicamente de una unidad convencional equipada con un gabinete para protección externa, debido a que era de frente vivo, además de que era montado sobre una base de concreto; de ahí se deriva la denominación que se le otorga.

Este modelo primitivo fue sustituido por un transformador altamente especializado, que incorpora actualmente todo arreglo concebible de boquillas, accesorios, interruptores, fusibles, evolucionando del modelo inicial a una unidad de transformación eléctrica, autoprotegida y de frente muerto.

APLICACIÓN

El pedestal trifásico está diseñado para operar a la intemperie y estar montado sobre una base típicamente de concreto. Tiene integrado un gabinete a prueba de vandalismo, el cual contiene los accesorios y las terminales de conexión.Los transformadores del tipo pedestal trifásico se utilizan en lugares donde la seguridad y apariencia son un factor decisivo, tales como:

Desarrollos comerciales. Desarrollos turísticos. Edificios de oficinas y/o residenciales. Hoteles. Hospitales.

Parques eólicos. Pequeña y mediana industria bajo el concepto de subestaciones compactas. Universidades.

CLASIFICACIÓN

Los transformadores tipo pedestal de distribución subterránea se clasifican:

1. Según el tipo de aislamiento de sus accesorios, en:

De frente muerto. Son aquellos que no tienen partes vivas expuestas en el compartimiento de media tensión, estando el transformador energizado.

De frente vivo. Son aquellos que tienen partes vivas expuestas dentro del gabinete.

2. En cuanto al sistema de alimentación:

Tipo radial. Tipo anillo, que permite alimentar a cada transformador desde dos puntos

diferentes.

ACCESORIOS

Dependiendo de la especificación:

Alta tensión: fusible limitador de corriente de rango parcial en serie con el fusible de expulsión o fusible limitador de corriente de rango completo que puede ser removido desde el exterior. También se ofrece fusible de aislamiento en serie con el de expulsión.

Baja tensión: interruptor termo magnético sumergido en aceite, hasta 150 kVA. Indicador de nivel de líquido aislante para 225 kVA y mayores. Indicador de temperatura de líquido aislante para 225 kVA y mayores. Provisión para manovacuómetro. Cambiador de derivaciones desenergizado. Registro de mano.

COMPONENTES BÁSICOS

Los componentes básicos de los transformadores tipo pedestal se enumeran enseguida:1. Núcleo.2. Bobinas.3. Tanque.4. Elementos de conexión.5. Elementos de seccionalización.6. Elementos de protección.

1. Núcleo

El material de los núcleos de transformadores tipo pedestal es acero al silicio de alta permeabilidad y bajas pérdidas, grado M-3, de 0.009” de espesor, con recubrimiento a base de compuestos inorgánicos. El núcleo que se utiliza en estos transformadores es de tipo enrollado, sus características principales son:

Solamente se tiene un entrehierro. Bajos valores de pérdidas y corriente de excitación. Bajo nivel de ruido. Proporciona mayor rigidez mecánica a las bobinas. En transformadores trifásicos, se utiliza el núcleo de 5 piernas, el cual ayuda a

evitar problemas de ferrorresonancia.

2. Bobinas

Las bobinas de B.T. son construidas con aluminio grado eléctrico, aleación 1350, con 62 % de IACS* mínimo, de sección adecuada para conservar un diferencial de temperatura bajo y lograr la eficiencia que especifican las normas.

El devanado es en forma de hoja o foil, con objeto de reducir los esfuerzos axiales a que son sujetas las bobinas en el caso de un cortocircuito. Las bobinas de M.T. son construidas con alambre magneto de cobre electrolítico, con 100 % de IACS*, esmaltado con resina a base de poliéster amida-imida, con una clase térmica de 200 °C, compatible con el aceite del transformador.

Cada capa de los devanados de media y baja tensión está aislada con papel Kraft Insuldur, de clase térmica 120 °C, el cual estabiliza el aislamiento contra la oxidación y hace posible alcanzar temperaturas más altas. El papel Kraft Insuldur cuenta con elementos a base de resina epóxica en forma de diamante, que se funden y curan durante el proceso de horneado dado a las bobinas. En el proceso, el papel compacta los conductores entre capas y de esta manera crea una masa sólida para proporcionar a la bobina rigidez mecánica y soportar los esfuerzos electrodinámicos causados por un eventual cortocircuito. Una particularidad más de las bobinas es su capacidad de absorción de sobretensiones por transitorios y su baja impedancia, que permite obtener una buena regulación en los sistemas de distribución subterránea.

3. Tanque

Éste contiene el ensamble núcleo-bobinas, accesorios de protección y seccionalización, y aceite del transformador. Se debe fabricar con placas de acero de alta calidad para lograr la resistencia mecánica que requiere el equipo y soportar los esfuerzos a que se someten los transformadores durante su manejo e instalación, así como a los esfuerzos eventuales de operación.

4. Elementos de conexión

Boquillas de Media Tensión Boquillas tipo pozo Boquillas tipo inserto Boquillas tipo perno

Las boquillas tipo pozo o similares son adecuadas para ensamblarse a un adaptador y a un codo conector, ensamblado directamente al cable de alimentación, obteniéndose así una estructura de frente muerto altamente confiable y segura, que facilita los trabajos de inspección y mantenimiento. Estos ensambles pueden encontrarse en dos tipos: para desconexión y conexión con carga, y para conexión y desconexión sin carga.

Con el primer tipo, se puede conectar o desconectar el transformador al sistema en condiciones de carga, como en el caso de los transformadores monofásicos, en donde la seccionalización se efectúa con un inserto de operación con carga utilizando boquillas tipo pozo. En el segundo caso, se requiere de un seccionador para facilitar dichos trabajos.

Boquillas de baja tensión.En los transformadores tipo pedestal (monofásico o trifásico), tipo sumergible trifásicos, se prefieren boquillas tipo espada con cuatro barrenos, según NEMA, para facilitar la alimentación a varios circuitos secundarios.

5. Elementos de seccionalización

Existen dos tipos de seccionadores: el radial y el seccionador en anillo. Estos dispositivos facilitan las operaciones de inspección y mantenimiento, pues permiten aislar el transformador del sistema fácilmente, son de operación con carga sumergidos en el líquido aislante y se instalan en el interior del tanque del transformador. Su operación se realiza mediante una pértiga desde el exterior del transformador. Los seccionadores radiales son de dos posiciones y conectan o desconectan al transformador sin romper la continuidad del servicio de los demás transformadores de la red. Los seccionadores en anillo tienen la característica de facilitar la alimentación de los transformadores en los sistemas de distribución en anillo, ya que disponen de cuatro posiciones de operación:

Conexión por el lado izquierdo o línea A del transformador Conexión por el lado derecho o línea B del transformador Conexión por ambos lados o líneas A y B del transformador Desconectado del sistema

6. Elementos de protección

Las protecciones para los transformadores tipo pedestal son de diseño especial y son de dos tipos, según la función que desempeñan:

Para proteger al transformador del lado de la carga contra condiciones de sobrecarga o cortocircuito

Interruptor de baja tensión.

Éste puede ser de tipo térmico o termo magnético, dependiendo de la capacidad del transformador; cuenta con manija de operación desde el exterior y luz indicadora de operación que señala si el transformador está trabajando en condiciones anormales. Este interruptor tiene características de operación que son sensibles a las variaciones térmicas del transformador, creando una imagen térmica del valor de temperatura media de la bobina en cualquier momento, lo que le permite operar bajo una condición dada.

El elemento del tipo térmico es sensible a las corrientes de carga y a la temperatura del aceite; el elemento del tipo magnético detecta las corrientes de corto circuito en el secundario. También cuenta con un dispositivo de emergencia, el cual permite al transformador soportar cargas pico mayores en situaciones de emergencia.

Fusible de expulsión.

Se le denomina así, pues durante la operación de interrupción, expulsa gases para extinguir el arco y debe de interrumpir la falla en un intervalo igual o menor que la duración del primer ciclo, aislando el sistema. Este fusible es de baja capacidad interruptora sumergido en aceite y puede ser del tipo bayoneta (removible desde el exterior), o de operación interior; instalado en el lado de media tensión, sus interrupciones nominales son de 3 mil 500 A simétricos a 8.3 kV; 2 mil 500 A simétricos a 15.5 kV, y 1 mil A simétricos a 23 kV. En cuanto a su función se clasifican en:

Fusible de expulsión sensible a la corriente. Es sensible solamente a la corriente, como sobrecorrientes y fallas en el secundario

Fusible de expulsión sensible a sobrecargas y a la temperatura del aceite. Es sensible a fallas secundarias, corrientes excesivas de carga, corrientes de falla del transformador y a la temperatura del aceite

Para proteger al sistema contra fallas internas del transformador

Fusible limitador de corriente.

Es de tipo arena de plata de alta capacidad interruptora (50 mil A simétricos), no produce gases ni ruidos en el momento de operación, y resulta adecuado para fallas de proceso muy violento. Es eficiente para minimizar los altos esfuerzos de corriente de falla sobre el equipo y el sistema. El tipo de montaje puede ser de dos formas: para removerse desde el exterior del tanque y para removerse desde el interior del tanque por medio del registro de mano. Estos fusibles son de dos tipos, de rango parcial y de rango completo.El fusible de rango completo (propósitos generales) está diseñado para liberar fallas tanto de alta como de baja corriente, por lo que no se requiere coordinar con otro fusible.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS

Dependiendo de la ubicación física en exteriores o interiores se deben tener en cuenta los siguientes criterios técnicos

1. Instalación a la Intemperie

La instalación del transformador debe realizarse en un sitio de fácil acceso donde se garantice el acceso y retiro mediante vehículo grúa o montacargas, con capacidad de izar y transportar el transformador. Ver figuras 1 y 4.

Se deben proveer facilidades para el levantamiento del tanque con gato. El espacio libre vertical para un gato debe estar entre 38 mm., y 165 mm.

El transformador debe quedar instalado en un lugar con área libre suficiente que permita la apertura de las puertas del gabinete del transformador, las cuales deben alcanzar un ángulo mayor de 135°. Ver figura 1.

El transformador no se podrá instalar en lugares obligados de tránsito de las personas o en rutas peatonales obligadas. En caso de que el transformador quede cercano a zonas de tráfico vehicular se deben instalar barreras de contención.

La instalación del transformador debe garantizar unas distancias mínimas a edificaciones, muros, vías y arboles. En caso de instalarse cerca de muros, estos deben ser resistentes al fuego. En la figura 1, se especifican algunas distancias de separación entre el transformador de pedestal y otro tipo de elemento que lo rodee como ventanas puertas o muros de edificaciones.

En las subestaciones tipo pedestal, cuando en condiciones normales de operación se prevea que la temperatura exterior del cubículo supere los 45°C, debe instalarse una barrera de protección para evitar riesgos asociados a dicha temperatura y colocarse avisos que indiquen la existencia de una “superficie caliente”. Si el transformador posee una protección que garantice el corte o desenergización cuando exista una sobretemperatura, quedará eximido de dicha barrera. (Artículo 30.4 del RETIE).

En caso de que el encerramiento sea una malla eslabonada, debe guardarse una distancia perimetral de 1000 mm y si por el contrario el encerramiento es totalmente sólido (sin orificios) esa distancia perimetral se puede reducir a 600mm. Si el encerramiento es metálico, se deberá conectar sólidamente al sistema de puesta del transformador. En todo caso el material utilizado para el encerramiento, deberá ser una material no inflamable y de bajo conducción del calor con temperaturas inferiores a 45°C.

El transformador se ubicará sobre una base o pedestal de concreto cuyas características constructivas se detallan en la figura 4. Es de anotar que las dimensiones del pedestal estarán de acuerdo con la capacidad del transformador y es un dato que debe ser suministrado por el fabricante del transformador.

La base o pedestal de concreto sobre la que se anclará el transformador estará colocada sobre una capa de suelo compactado y rodeada de una capa de grava para contener el 100% del aceite del transformador para un eventual derrame. Las dimensiones de la franja de grava son 50 cm de ancho y 20 cm de profundidad. Las características se detallan en las figuras 3 y 4.

El transformador tipo pedestal se anclará sólidamente a la base o pedestal de concreto a través de los pernos instalados para tal fin. Los dispositivos de anclaje deben ser accesibles solamente desde el interior de los compartimentos.

La malla de hierro que constituye el refuerzo estructural de la base pedestal de concreto se deberá unir a la malla de puesta a tierra del transformador. El conector debe ser de un material tal que evite la corrosión y el par galvánico en la unión entre el hierro y el cobre.

Del borne neutro del transformador se conectará un conductor, en el mismo calibre del conductor de neutro, hacia la malla de puesta a tierra. El tanque o chasis del transformador se conectará también a la malla de puesta a tierra. A esta tierra se deben conectar sólidamente todas las partes metálicas que no transporten corriente y estén descubiertas.

El número de varillas para la puesta a tierra dependerá de la resistividad del terreno y de la resistencia de la malla a tierra. El tipo de configuración de la malla de tierra será definido por el área, la resistividad del terreno y el valor de resistencia mínimo a cumplir. Para cualquier caso, se deberá cumplir con todo lo establecido en el artículo 15 del RETIE. En particular el valor de puesta a tierra debe ser de acuerdo a lo establecido en el artículo 15.4 del RETIE.

Aunque en los esquemas de esta norma aparece una forma de malla de puesta a tierra ésta deberá ser diseñada para garantizar que en cualquier punto accesible a personas que puedan transitar o permanecer cerca de la subestación, no estén sometidos a tensiones de paso, de contacto o transferidas, que superen los umbrales de soportabilidad cuando se presenta una falla, los umbrales son los considerados en el RETIE.

Los electrodos de puesta a tierra deben cumplir con el RETIE en su artículo 15 “Puestas a Tierra”, en lo relacionado con material, requisitos de instalación.

Las conexiones de puesta a tierra se harán con soldadura exotérmica o con los conectores Aprobados en la norma RA7018.

Aviso preventivo de riesgo eléctrico: deberá colocarse en la parte exterior del transformador, en el frente superior del gabinete o puerta del compartimiento de Media Tensión en la orilla superior, un aviso preventivo de peligro eléctrico, de acuerdo con la norma RA7074.

El fabricante debe entregar al usuario las indicaciones y recomendaciones mínimas de montaje y mantenimiento del transformador, así como las dimensiones y características del pedestal o base de concreto la cual deberá estar de acuerdo a las normas y correctamente nivelada sobre un terreno firmemente apisonado, para evitar que se incline en el futuro. Distancias de despeje: Ver figura 1.

La instalación del transformador pedestal deberá incluir un foso y una trampa de aceite. Estos deberán diseñarse y construirse de tal forma que entre ambos se tenga la capacidad para contener como mínimo un volumen equivalente al 100% del volumen total de aceite del transformador a instalar. Para el foso la capacidad mínima deberá ser del 30% del volumen total de aceite del transformador a instalar. Para la trampa, la capacidad mínima será del 70%.

2. Instalaciones en Interiores

Es importante destacar que la instalación de un transformador tipo pedestal en el interior debe cumplir con las mismas exigencias para un transformador convencional y las exigidas en la norma NTC 2050. Destacamos la necesidad de construcción de un foso para contener el derrame del aceite y evitar la propagación de un incendio.

El local para las subestaciones tipo pedestal dentro de edificaciones, se debe ubicar en un sitio de fácil acceso desde el exterior con el fin de facilitar tanto al personal calificado las labores de mantenimiento, revisión e inspección, como a los vehículos que transportan los equipos.

La puesta a tierra, el electrodo y los conectores utilizados, deben cumplir con los mismos requisitos citados en esta norma para cuando el transformador tipo pedestal es instalado en exteriores. En todo caso, se debe construir una malla de puesta a tierra que garantice la seguridad del personal tal como lo exige el RETIE.

La obra civil de apoyo debe proveer el espacio adecuado para proteger los cables durante los movimientos del transformador.

El transformador tipo pedestal no debe estar localizado en áreas clasificadas como peligrosas, según el capítulo 5 de la norma NTC 2050 en sus artículos 500 a 517.

Los transformadores tipo pedestal los cuales son refrigerados en aceite no deben ser instalados en niveles o pisos que esté por encima de sitios de habitación, oficinas y en general lugares destinados a ocupación permanente de personas.

Los locales ubicados en semisótanos y sótanos, con el techo debajo de antejardines y paredes que limiten con muros de contención, deben ser debidamente impermeabilizados para evitar humedad y oxidación.

Cuando un transformador requiera instalación en bóveda, esta debe construirse con materiales que ofrezcan una resistencia al fuego de mínimo tres horas.

En las subestaciones está prohibido que crucen canalizaciones de agua, gas natural, aire comprimido, gases industriales o combustibles, excepto las tuberías de extinción de incendios. En las zonas adyacentes a la subestación no deben almacenarse combustibles.

Aviso preventivo de riesgo eléctrico: deberá colocarse en la parte exterior del transformador, en el frente superior del gabinete o puerta del compartimiento de Media Tensión en la orilla superior, un aviso preventivo de peligro eléctrico, de acuerdo con la norma RA7074. Además, se deberá colocar un aviso que indique la existencia de una superficie caliente.

Los locales donde quedará instalada la subestación, deben tener una placa en la entrada con el aviso que contenga el símbolo de “Peligro Alta Tensión” y con puerta de acceso hacia la calle, preferiblemente.

El transformador deberá ser instalado en lo posible, en zonas de baja circulación de personas, preferiblemente en zonas de circulación restringidas al tránsito vehicular y peatonal. Si el transformador está instalado en una zona verde pero cerca de la vía, deberán colocarse barreras de contención que eviten en caso de accidente un daño al transformador Tipo Pedestal y respetando las distancias mínimas requeridas en la figura1.

VALORES NOMINALES

VENTAJAS

Requerimiento mínimo de espacio. Más seguro, ya que no presenta partes energizadas accesibles a personas, por lo

que puede instalarse en lugares públicos con acceso restringido. Constituye una subestación completa. Mantenimiento mínimo por contaminación. Autoprotegido. Facilidad de restablecimiento de servicio después de una falla en el secundario

(solo cuando lleva interruptor termo magnético). Desconexión de la alimentación en forma rápida y segura. Aspecto estético agradable.