Transformadores de Potencial 35kV | Especificaciones Técnicas y Aplicaciones en Subestaciones
Introducción a los Transformadores de Potencial 35kV
Los transformadores de potencial de 35kV representan un componente fundamental en los sistemas de transmisión y distribución de energía eléctrica de media y alta tensión. Estos dispositivos especializados permiten la reducción de tensiones elevadas a valores estandarizados que pueden ser utilizados de forma segura por instrumentos de medición, equipos de protección y sistemas de automatización.
En el contexto de las redes eléctricas modernas, los transformadores de potencial cumplen una función dual esencial: por un lado, facilitan la medición precisa de parámetros eléctricos para fines de facturación y monitoreo operacional; por otro lado, proporcionan las señales necesarias para que los relés de protección detecten y aíslen fallas en el sistema, garantizando así la continuidad del suministro eléctrico y la seguridad de las instalaciones.
Importancia en el Sistema Eléctrico
La presencia de transformadores de potencial adecuadamente dimensionados y calibrados es crítica para el funcionamiento confiable de las subestaciones eléctricas. Sin estos equipos, sería imposible realizar mediciones directas de tensiones de 35kV debido a los riesgos de seguridad y a las limitaciones técnicas de los instrumentos de medición convencionales.
Características Técnicas Detalladas
Los transformadores de potencial de 35kV se diseñan y fabrican siguiendo especificaciones técnicas rigurosas que garantizan su desempeño en condiciones operativas diversas. Las características principales incluyen parámetros eléctricos, mecánicos y ambientales que deben ser considerados durante la selección e instalación del equipo.
Parámetros Eléctricos Principales
La tensión nominal primaria de estos transformadores es de 35kV, con una tensión máxima de operación que típicamente alcanza los 40.5kV. Esta especificación permite que el equipo opere de manera continua dentro de los límites de tensión establecidos por las normas internacionales, incluyendo variaciones temporales dentro del rango aceptable del ±10% de la tensión nominal.
En el lado secundario, las tensiones estandarizadas incluyen 100V, 110V y 120V, dependiendo de los requisitos del sistema de medición y protección instalado. Esta flexibilidad permite la compatibilidad con una amplia gama de instrumentos y relés disponibles en el mercado internacional.
La clase de precisión es otro parámetro crítico que varía según la aplicación específica. Para mediciones de energía y facturación, se recomiendan clases de precisión 0.2 o 0.5, que garantizan errores de relación inferiores al 0.2% o 0.5% respectivamente bajo condiciones normales de operación. Para aplicaciones de protección, las clases 3P o 6P son adecuadas, priorizando el desempeño durante condiciones de falla sobre la precisión en régimen normal.
Capacidad de Carga y Factor de Tensión
La carga nominal, expresada en Volt-Amperios (VA), determina la capacidad del transformador para alimentar los instrumentos conectados al secundario sin comprometer la precisión. Los valores típicos oscilan entre 50 VA y 500 VA, dependiendo del número y tipo de dispositivos conectados. Es fundamental realizar un cálculo adecuado de la carga total antes de seleccionar el transformador para evitar errores de medición por sobrecarga.
El factor de tensión especifica la capacidad del transformador para operar bajo condiciones de sobretensión temporal. Un factor típico de 1.2 Un continuo indica que el equipo puede operar indefinidamente al 120% de la tensión nominal, mientras que un factor de 1.9 Un durante 8 horas permite la operación temporal durante condiciones de falla a tierra en el sistema.
Características de Aislamiento
El aislamiento de los transformadores de potencial 35kV debe soportar no solo la tensión de operación continua, sino también sobretensiones transitorias causadas por maniobras de interruptores, descargas atmosféricas o fallas en el sistema. El nivel básico de aislamiento de impulso (BIL) típicamente especificado es de 170kV a 200kV, garantizando la supervivencia del equipo ante eventos transitorios severos.
La resistencia de aislamiento medida con megóhmetro de 2500V debe ser superior a 1000 MΩ en condiciones ambientales normales, y las pruebas de tensión inducida y descargas parciales verifican la integridad del aislamiento antes de la puesta en servicio del equipo.
Aplicaciones en Subestaciones y Redes de Distribución
Los transformadores de potencial de 35kV encuentran aplicación en diversos puntos de la red eléctrica donde se requiere medición, protección o control de parámetros de tensión. La selección del tipo y ubicación adecuada depende de la configuración del sistema y de los objetivos operacionales específicos.
Subestaciones de Transmisión
En las subestaciones de transmisión 110/35kV o 220/35kV, los transformadores de potencial se instalan típicamente en las barras de 35kV para proporcionar señales de tensión a los sistemas de protección de barras, sincronización de generadores y medición de energía intercambiada. La configuración puede ser monofásica o trifásica dependiendo del esquema de puesta a tierra del neutro del sistema.
Para sistemas con neutro efectivamente puesto a tierra, se utilizan transformadores de potencial trifásicos de cinco columnas o bancos de tres transformadores monofásicos conectados en estrella-estrella con neutro aterrizado. Esta configuración permite la medición de tensiones fase-neutro y la detección de fallas asimétricas en el sistema.
Subestaciones de Distribución
En las subestaciones de distribución 35/10kV, los transformadores de potencial se instalan en la entrada de 35kV para medición de energía recibida y en las salidas de 35kV para medición de energía transmitida a otras subestaciones o grandes clientes industriales. La precisión de estas mediciones es crítica para la facturación y el balance energético de la utility.
Adicionalmente, los transformadores de potencial alimentan los sistemas de protección de líneas, transformadores de potencia y barras, proporcionando las señales de polarización necesarias para los relés direccionales y de distancia.
Instalaciones Industriales
Las grandes instalaciones industriales que se alimentan directamente a 35kV, como plantas siderúrgicas, refinerías de petróleo o complejos petroquímicos, requieren transformadores de potencial para la medición de energía consumida y la protección de sus instalaciones internas. En estos casos, la clase de precisión 0.2 es frecuentemente especificada para garantizar la exactitud de la facturación energética.
Parques de Generación Renovable
Los parques eólicos y las centrales solares de gran escala que se conectan a la red de transmisión a 35kV utilizan transformadores de potencial para la medición de energía generada, el control de inversores y la protección de las instalaciones de generación. La capacidad de operar bajo condiciones de tensión variable es particularmente importante en estas aplicaciones debido a la naturaleza intermitente de las fuentes renovables.
Normas y Estándares Aplicables
El diseño, fabricación, prueba e instalación de transformadores de potencial de 35kV está regulado por un conjunto de normas internacionales y nacionales que establecen los requisitos mínimos de seguridad, desempeño y compatibilidad. El cumplimiento de estas normas es esencial para garantizar la interoperabilidad del equipo y su aceptación por parte de las autoridades regulatorias y las utilities eléctricas.
Normas IEC (Comisión Electrotécnica Internacional)
La norma IEC 61869-3 establece los requisitos específicos para transformadores de potencial inductivos, complementando los requisitos generales definidos en IEC 61869-1. Esta norma cubre aspectos como las clases de precisión, los factores de tensión, las pruebas de tipo y las condiciones de servicio. La versión más reciente de esta norma incorpora requisitos actualizados para el desempeño bajo condiciones de armónicos y transitorios.
La norma IEC 60044-2, aunque ha sido parcialmente reemplazada por la serie IEC 61869, continúa siendo referenciada en especificaciones existentes y en equipos instalados previamente. Los ingenieros deben estar familiarizados con ambas normas para la gestión de parques de equipos mixtos.
Normas IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)
La norma IEEE C57.13 define los requisitos para transformadores de instrumento en el sistema norteamericano, incluyendo clasificaciones de precisión, métodos de prueba y condiciones de operación. Las diferencias principales con IEC incluyen la nomenclatura de clases de precisión (0.3Z en lugar de 0.2) y los valores estandarizados de tensión secundaria (115V o 120V en lugar de 100V o 110V).
Para proyectos que involucran equipos de fabricación europea instalados en Norteamérica o viceversa, es fundamental verificar la compatibilidad entre las normas aplicables y realizar las adaptaciones necesarias.
Normas Nacionales (GB – China)
La norma GB 20840.3 es la adopción china de IEC 61869-3 con modificaciones nacionales específicas. Los equipos fabricados para el mercado chino deben cumplir con esta norma y obtener la certificación CCC (China Compulsory Certification) antes de su instalación. Las pruebas de tipo deben realizarse en laboratorios acreditados por las autoridades chinas.
Certificaciones de Calidad y Conformidad
Además del cumplimiento de normas técnicas, los transformadores de potencial deben contar con certificaciones de calidad del sistema de fabricación. La certificación ISO 9001:2015 demuestra que el fabricante opera un sistema de gestión de calidad documentado y auditado independientemente.
La marcación CE indica conformidad con las directivas europeas de baja tensión y compatibilidad electromagnética, permitiendo la libre circulación del producto dentro del Espacio Económico Europeo. Para aplicaciones específicas, pueden requerirse certificaciones adicionales como KEMA (Holanda), CESI (Italia) o UL (Estados Unidos).
Consideraciones para la Selección e Instalación
La selección adecuada de un transformador de potencial de 35kV requiere la evaluación de múltiples factores técnicos, ambientales y económicos. Una selección incorrecta puede resultar en errores de medición, fallas prematuras del equipo o incompatibilidad con los sistemas existentes.
Factores Técnicos de Selección
La relación de transformación debe seleccionarse considerando la tensión nominal del sistema y las tensiones secundarias requeridas por los instrumentos conectados. Es recomendable incluir una capacidad de reserva del 20-30% en la carga nominal para permitir futuras expansiones del sistema de medición.
La clase de precisión debe seleccionarse según la aplicación: clases 0.2 o 0.5 para medición de energía y facturación, clases 1.0 o 3.0 para instrumentación de panel, y clases 3P o 6P para protección. Cuando un transformador alimenta tanto circuitos de medición como de protección, pueden especificarse múltiples secundarios con diferentes clases de precisión.
Condiciones Ambientales
Las condiciones ambientales del sitio de instalación influyen significativamente en la selección del tipo de transformador. Para instalaciones en interiores, los transformadores de tipo seco con aislamiento en resina epóxica son preferidos debido a su menor mantenimiento y ausencia de riesgos de derrame de aceite.
Para instalaciones en exteriores, los transformadores deben contar con protección contra la radiación UV, la humedad y la contaminación ambiental. El nivel de contaminación del sitio (definido por las normas IEC como niveles I a IV) determina la longitud de línea de fuga requerida para los aisladores externos.
Requisitos de Espacio y Montaje
Las dimensiones físicas y el peso del transformador deben ser compatibles con el espacio disponible en la subestación. Los transformadores de poste requieren bases de montaje adecuadas, mientras que los transformadores de tipo bushing se instalan directamente en los tanques de transformadores de potencia o interruptores.
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