Los transformadores de media tensión se encargan de disminuir la tensión de la red de distribución de energía eléctrica hasta el nivel de tensión utilizado por el cliente. Y, en otras ocasiones, se encargan de elevar la tensión de los generadores de baja tensión, para evacuar la energía generada hacia el sistema de distribución de media tensión.
La mayor parte de las redes de distribución eléctrica se encuentra dentro del rango de «media tensión», también llamado «medio voltaje» en algunos países. Lo que quiere decir es que el lado de alta de los transformadores de distribución ronda entre los 4.16kV y los 69kV, con algunas excepciones. En caso de que exceda estos niveles de tensión, suelen llamarse «transformadores de alta tensión» debido a que requieren exigencias de aislamiento más robustas.
Los transformadores de media tensión modernos se fabrican de acuerdo con muchos estándares, sobre todo por el IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) y la IEC (International Electrotechnical Commission).
Por ejemplo, en los Estados Unidos, las características y la funcionalidad de la mayoría de los transformadores de distribución se encuentran bajo el estándar IEEE C57.12.00 (Standard General Requirements for Liquid-Immmersed Distribution Power and Regulating Transformers). Sin embargo, hay diversos estándares que se aplican a diferentes tipos específicos de transformadores, como los que veremos en este artículo.
1. Transformadores de Media Tensión Tipo Subestación
El transformador tipo subestación es el equipo principal de las subestaciones eléctricas. Estos transformadores se clasifican por su relación de voltaje primario y secundario y su capacidad de transporte de energía.
Por ejemplo, un transformador de subestación de distribución típico tendría un voltaje nominal que ronde entre 15kV hasta 34.5kV en el primario, con una potencia nominal de aproximadamente 5-20 MVA. Mientras que, el voltaje secundario puede rondar desde 15kV hasta 4.16kV, o incluso menos de 600V. Cabe destacar que estos sólo son los valores «típicos» y pueden variar dependiendo del país y de la aplicación.
El diseño de fabricación y la funcionalidad de los transformadores de media tensión tipo subestación están dictados por los estándares IEEE C57.12.00 y C57.12.36. Este tipo de transformadores constan de un núcleo y bobinas sumergidas en aceite en un tanque de acero. El aceite sirve como aislante y como refrigerante para mantener el núcleo a temperaturas de funcionamiento fiables.
Los transformadores de subestación se identifican fácilmente por sus bujes, sus medidores, sus paneles o equipos de monitoreo expuestos, y por lo general están ubicados detrás de una cerca o en un área restringida.
2. Transformador Trifásico Tipo Pedestal (Pad-Mounted)
El transformador trifásico tipo pedestal (three-phase pad-mounted transformer) es un transformador de distribución de energía eléctrica montado en una plataforma de concreto en un gabinete de acero cerrado.
Generalmente, este tipo de transformadores son más pequeños que los de «Tipo Subestación», ya que rondan entre 45kVA y los 5MVA de potencia nominal, aunque también se pueden encontrar de 10MVA.
Los transformadores tipo pedestal (pad-mounted) tienen un diseño constructivo ideado para ser instalados en áreas públicas, sin poner en riesgo la seguridad de los transeúntes. A demás, es resistente a intensiones de operación y/o maniobras indebidas de personas no autorizadas, por lo que no es necesario invertir en la construcción de una cerca o de un perímetro de restricción de acceso.
En este sentido, el diseño y la funcionalidad de este tipo de transformador están dictados por el estándar IEEE C57.12.34, mientras que la característica de resistencia a la manipulación de este transformador está dictada por el estándar IEEE C57.12.28, o C57.12.29 en caso de ser instalados en áreas costeras.
3. Transformador Monofásico Tipo Pedestal (Pad-Mounted)
Los transformadores de media tensión monofásicos tipo pedestal se instalan comúnmente en áreas residenciales y están destinados a la distribución de energía a través de sistemas subterráneos. Estos transformadores suelen tener una potencia nominal de entre 10kVA y 167kVA, o incluso pueden llegar hasta 250kVA. En cuanto a la tensión del primario, pueden llegar hasta 35kV.
Las características y el diseño de los transformadores monofásicos tipo pedestal se pueden encontrar en el estándar IEEE C57.12.38.
4. Transformador Monofásico Montado en Poste (Pole-Mounted)
Los transformadores monofásicos montados en poste, o «Tipo Poste», suelen instalarse en áreas residenciales. Y, también pueden ser comunes para pequeñas empresas que requieren energía trifásica de un banco de transformadores. Las potencias nominales de estos transformadores rondan entre los 5kVA hasta los 500kVA, con voltajes del lado de alta de 35kV línea a línea.
Los bancos de transformadores montados en poste permiten conectar tres unidades monofásicas a un sistema trifásico para distribuirlas a través de líneas aéreas.
Los estilos de conexión de los devanados, los estándares de montaje, el diseño y la funcionalidad generales de este tipo de transformadores se rigen por el estándar IEEE C57.12.20.
5. Transformador Ventilado de Tipo Seco
Los transformadores ventilados de tipo seco (Ventilated Dry-Type Transformers) se enfrían por aire en lugar de ser enfriados por líquido (como el aceite). La caja del transformador está ventilada para permitir que el aire fluya y enfríe las bobinas. Para operaciones al aire libre, un gabinete de transformador de tipo seco generalmente tiene rejillas de ventilación.
Los estándares que rigen los transformadores de tipo seco son IEEE C57.12.01 y C57.12.91, con clasificaciones de 15kVA a 30000kVA y voltajes primarios superiores a 1000V.
Valores Nominales Típicos de los Transformadores de Media Tensión
Los valores nominales de los transformadores se rigen por las especificaciones requeridas por el cliente, o por los estándares internacionales, como el IEEE o el IEC. A continuación, describiremos el significado de los valores nominales típicos de los transformadores fabricados bajo normativa IEEE.
Potencia Nominal (kVA)
La potencia nominal de los transformadores (kVA – kilovoltios-amperios) se utiliza para expresar la capacidad del transformador, porque no todas las cargas de los transformadores son puramente resistivas. El componente resistivo consume potencia que se mide en vatios, mientras que el componente reactivo consume potencia medida en VAR. La suma vectorial de estas dos cargas es la carga total.
Voltaje (V)
La designación de voltaje define tanto la forma en que se puede aplicar un transformador a un sistema, así como la forma del diseño del transformador (aislamiento, dimensiones, entre otros). La norma IEEE C57.12.00 define la designación de las clasificaciones de voltaje de los transformadores monofásicos y trifásicos.
Aumento de Temperatura (Temperature Rise)
El valor nominal de «aumento de temperatura» de un transformador se refiere a la capacidad de aumento máximo de temperatura que el transformador puede soportar sin pérdida anormal de su vida útil.
En este sentido, el valor nominal de la potencia del transformador (kVA) se basa en la corriente que el transformador puede soportar sin exceder su clasificación de aumento de temperatura. Cuanto más cargado esté un transformador, mayor será su temperatura interna. Por lo tanto, una sobrecarga en el transformador se traduce en un aumento de temperatura que puede producir daños y disminuir la vida útil de los materiales que conforman el transformador.
Fluido
El fluido de un transformador se refiere al refrigerante dieléctrico con el que se fabrica. Por lo general, el fluido más utilizado es el aceite mineral convencional, debido a que ofrece un costo razonable con un rendimiento probado, confiable y duradero. En este caso, los procedimientos de mantenimiento están bien establecidos y el aceite mineral usado usualmente se pueden reacondicionar para su uso mediante filtrado y desgasificación.
El punto de combustión del aceite mineral es aproximadamente 155ºC, mientras que el punto de combustión de un fluido menos inflamable es superior a 300ºC. Es decir, los fluidos menos inflamables, como el FR3 (de la marca Cargill), son la mejor alternativa para instalaciones en interiores, encima de edificios o en zonas de alto tráfico peatonal.
El uso de fluidos menos inflamables es reconocido como un método de reducir el riesgo de incendio, en interiores y exteriores, por el Código Eléctrico Nacional (National Electrical Code NFPA 70) y el Código Nacional de Seguridad Eléctrica (National Electric Safety Code).
Enfriamiento (Cooling)
El calor que generan tanto el núcleo como los devanados debe disiparse al aire a través del tanque y las aletas de refrigeración. Cuanta más superficie haya en el tanque, más calor se puede disipar.
La adición de aletas de enfriamiento es una opción para aumentar el área de superficie sin aumento significativo de la cantidad de aceite, manteniendo los costos más bajos que el aumento del tamaño del tanque en sí.
Cada transformador lleno de líquido se identifica con un código de cuatro letras que describe el método de enfriamiento del transformador definidos por el estándar IEEE C57.12.00.
Nivel Básico de Aislamiento (BIL)
El nivel básico de aislamiento (BIL) es un valor nominal que se refiere a la cantidad de aislamiento incorporado en la unidad para soportar un voltaje de impulso sin dañarse.
Impedancia
El valor nominal de la Impedancia se refiere a la suma vectorial de la resistencia inherente y la reactancia del transformador. La impedancia del transformador determina cuánta es la corriente de falla disponible en los terminales secundarios del transformador.
Frecuencia
La frecuencia típica de los transformadores es de 50Hz o 60Hz (Hercios – Hertz). El transformador debe diseñarse y fabricarse acorde a la frecuencia del sistema en donde será instalado.
Conclusiones
Existen muchos tipos de transformadores de potencia de media tensión, y sus modelos van variando dependiendo de las exigencias de la aplicación y de las normativas internacionales de fabricación. En este artículo sólo tratamos algunos modelos de la normativa IEEE. Sin embargo, para los Ingenieros de Proyectos, lo más recomendable es que puedan acercarse a los fabricantes y pedir asesoría acerca de cuál es el modelo de transformador más recomendable para su proyecto, especialmente si son proyectos mineros, petroleros, costeros o industriales con manejo de materiales peligrosos o explosivos.
→ Artículo Recomendado: Seccionadoras en Sistema de Distribución Tipo Anillo
🔹 ¡Comparte este Artículo si te ha gustado!