ANTECEDENTES

Redactando un artículo anterior, hice mención a varios fenómenos como las sobrecargas y los desequilibrios y prometí explicarlos.

He conocido diversos casos de disparos de las protecciones de alta y baja tensión debidos a sobrecargas en la instalación por desequilibrios, también por distorsiones armónicas y resonancias.

OBJETO

El objeto del presente artículo es explicar en qué consisten estos fenómenos – o cuando menos alguno de ellos – para comprenderlos y así poder evitar los cortes en el suministro o defectos en las instalaciones.

PUNTO DE PARTIDA

En el presente artículo se van a utilizar dos ejemplos de instalaciones de Centro de Transformación.

  • La primera instalación será un Centro de Transformación de Abonado. Habrá un Transformador alimentado en Media Tensión por una línea y protegido mediante un dispositivo que puede ser fusibles/ruptofusibles o interruptor automático. Habrá una única línea de Baja Tensión – que probablemente ocupe varias salidas del cuadro de baja, pero abastecerá al mismo cuadro o embarrado, con lo que se puede considerar la misma salida – que se conectará al interruptor general del cuadro General de Baja Tensión del Abonado. La línea estará protegida en el Centro mediante un juego de fusibles.
  • La segunda será un típico Centro de Transformación de Compañía Distribuidora. En principio será igual que el anterior, pero a la salida del transformador habrá varias líneas de distribución en Baja Tensión, cada línea estará protegida por un juego de fusibles, pero no habrá protección general de Baja Tensión, únicamente un seccionador general, que no cortará en carga, aunque si en tensión.

Una vez descritas las instalaciones queda definir las magnitudes de cada uno de sus elementos:

  1. Transformador: Potencia máxima: 630 kVA Relación de transformación: 20 kV / 400 V
  2. Protecciones:
    • Media Tensión:

Las protecciones de Media Tensión han de estar calibradas a 20 A.

  • Baja Tensión:

En la instalación de abonado se calibrarán las protecciones para 1.000 A.

Vamos a decir que cada una de las salidas tienen igual carga (126 kVA, es decir 182 A) y que el conductor que emplearemos en cada una será RV 0,6/1 kV 3x(1×150) + 1×95 mm2 Al, que soporta una corriente máxima de 330 A según el Manual Técnico de Iberdrola MT-2.51.01 (5-1). Su ficiente para los 182 A que como máximo se esperan. Se podría haber instalado el de 95 mm2, pero, por lo menos por aquí, los gestores no lo habrían aceptado.

Cada salida se protegerá con un juego de fusibles de 250 A, que protegerán al conductor de sobrecargas y de cortocircuitos en una distancia inferior a 165 metros.

En principio se puede afirmar que se ha dimensionado correctamente la instalación.

He de decir que el conductor de Media Tensión tiene una corriente máxima admisible muy superior a los 20 A. Y digo esto para que ningún lector me diga que no está correctamente dimensionada.

¿CUANDO DISPARARÁN LAS PROTECCIONES?

Las protecciones dispararán cuando haya un cortocircuito o una sobrecorriente. En este artículo no se va hablar de los cortocircuitos, tal vez sean objeto de otro en el futuro.

EN EL CENTRO DE ABONADO

Es evidente que en la instalación de abonado disparará el interruptor automático de Baja Tensión cuando la instalación demande más de los 1.000 A, pero ¿Qué pasará en el lado de Media Tensión?:

Esto quiere decir que si el abonado demanda más de los 1.000 A sobrepasará los límites de las protecciones de Media y Baja Tensión.

¿Cuál disparará antes? La que tenga menor tiempo de respuesta.

Debería disparar la protección de Baja Tensión, para ello el interruptor ha de tener menor tiempo de respuesta que la de Media Tensión. En caso de no poderse se puede aumentar el calibre de la de Media Tensión ya que los transformadores pueden funcionar con una sobrecarga del 15% en la potencia nominal. El siguiente calibre normalizado es el de 25 A lo que conllevaría una sobrecarga de más del 25% en el transformador, con lo que lo más conveniente es hacer una selectividad en las protecciones basada en el tiempo de respuesta y no en la corriente de disparo.

EN EL CENTRO DE COMPAÑÍA

Cuando una de las líneas demande más de los 250 A fundirá el fusible asociado a ella protegiendo al conductor de sobrecargas.

No voy a comentar más en este apartado, ya que es un caso particular que merece un apartado propio.

CONTROL DE POTENCIA

Por lo que conozco cómo funcionan las compañías distribuidoras ninguna monta un control de la potencia demandada en un CT de su propiedad.

Iberdrola dice en su norma NI 50.44.02 sobre “Cuadros de Distribución en BT para Centros de Transformación de Interior” que será necesario instalar una unidad funcional de control que constará de un amperímetro maxímetro. Pero la realidad es que no se instala ni aunque el promotor – entiéndase promotor como pagano (RAE pagano/pagador)– no sea la propia compañía. Argumentan que periódicamente va un
empleado a medir las corrientes que hay en cada una de las línea y, que además disponen de las lecturas de los máximetros (En caso de haberlos) o de los limitadores (ICP).

Ahora, estimado lector, le pido que haga un esfuerzo de imaginación y que piense en su propia ciudad, yo pondré un ejemplo de un pueblo (Ejemplo real).

El CT de compañía elegido tiene cinco salidas, suponga que una tiene como único uso las viviendas de nuestro pueblo. Las otras cuatro abastecen a la pequeña industria y los recintos de hostelería que hay. El alumbrado público cuelga indistintamente de todas las líneas.

Llega el día más importante del año para el pueblo: LA FIESTA DE LA VENDIMIA. La localidad triplica su población, el ayuntamiento monta un escenario y le abastece de una línea de alumbrado público que no tiene limitador, no le importa que le penalicen por exceso de potencia: ¡¡Es el día más importante!!

Los hosteleros ponen a tope los hornos, los de leña y los eléctricos, todos los visitantes han de tomar lechazo. Las cámaras está llenas a reventar, se abren y cierran sin parar: Cocacola, Cerveza, pero que no falte Verdejo para todos.

La pequeña industria vitícola quiere enseñar sus mejores galas, abren las bodegas para enseñarlas al público, organizan catas, degustaciones y todo lo que se os ocurra.

El consumo energético se dispara, excepto el de los hogares que, entre los limitadores ICP y que nadie está en casa son los únicos que han reducido su demanda.

Ahora vamos a hablar de amperios. Cuatro de las líneas tienen que abastecer grandes consumos, todos los consumidores saben que la comercializadora les penalizará por exceso de potencia, pero no importa, lo amortizarán. Imaginemos que, milagrosamente, la demanda se mantiene por debajo de los 250 A del fusible, pero muy cerca, digamos que 245 A en cada una de las cuatro y, que la de los abonados domésticos incluso baja un poco en su consumo habitual y que se pone en 100 A.

Si sumamos 245+245+245+245+100 = 1.080 A. Esto quiere decir que ninguno de los juegos de fusibles de Baja Tensión disparará, pero las protecciones de Media Tensión si lo harán ya que estos 1.080 A de Baja corresponden a 21,6 A en Media.

El disparo de las protecciones de Media Tensión deja sin electricidad a todos los abonados del CT incluido a los de la línea de usuarios domésticos, que habían reducido su consumo habitual. Como se trata de un pueblo en el corazón de la Meseta la compañía no cuenta con una brigada de mantenimiento y se ha desplazar la que hay en la ciudad más próxima, tardando un rato. Luego han de rearmar la protección de Media y esperar a que no se produzcan disparos de nuevo ya que no hay ningún aparato que les indique qué ha sucedido y la única información que tiene son numerosas llamadas de los abonados indignados.

Todos han perdido: El Ayuntamiento que no ha podido dar el servicio que quería, los hosteleros y bodegueros que han perdido negocio, los visitantes que no han disfrutado como deseaban, los que se quedaron en casa huyendo de la fiesta no pudieron ver la tele, la compañía que tuvo que desplazar una brigada y hacerla perder unas horas (Como el sueldo de ésta no variará igual no se debe contar como pérdida), la compañía, otra vez, por que mientras todo ha estado parado no ha vendido los kWh que esperaba.

CONCLUSIÓN – CONTROL DE POTENCIA

Montar un sistema de control mediante un amperímetro máximetro no es suficiente. Lo ideal es que además de registrar las máximas corrientes demandadas tuviese una gestión inteligente y que en situaciones de demanda crítica de corriente desconectara una de las líneas – se ha de programar para que elija una u otro en función de parámetros como la carga, el uso de la misma, etc – para que el resto de los abonados no se vean afectados. Esto implica instalar interruptores automáticos en vez de fusibles e incluso dotarlos de sistemas de rearme automático, algo caro que las compañías no van a aceptar.

Las protecciones que se instalan actualmente sólo son eficaces línea a línea y no en conjunto.

DESEQUILIBRIOS EN LAS FASES

Todo el mundo sabe que una instalación eléctrica funciona mejor si tiene la carga entre sus fases equilibrada, pero esto no es por que la electricidad “vaya torcida” por llevar más peso en una de sus fases.

Que haya un desequilibrio en la corriente que circula por cada fase implica que aparezca una corriente por el neutro, ya que éste ha de “flotar” para situarse en el centro del esquema de vectores. Como se ve en el siguiente esquema (Click para ampliar):

Habitualmente la principal causa de desequilibrios se produce ya que las cargas monofásicas cuelgan mayoritariamente de una de las fases haciendo que la corriente que circula por ésta sea mayor que por las otras. Si estas cargas monofásicas fueran generadoras de armónicos (En general toda la electrónica de potencia) la situación se agravaría ya que aparecería una corriente D de la distorsión (Según se vio en anteriores artículos).

Esta corriente por el neutro no es el único de los problemas que puede dar una instalación desequilibrada. Supongamos que estamos ante el CT del ejemplo anterior. Supongamos una situación de trabajo a plena potencia en condiciones de equilibrio y desequilibrio:

CT 630 kVA (909 A) Sistema Equilibrado Sistema desequilibrado
L1 210 kVA – 909 A 150 kVA – 649,52 A
L2 210 kVA – 909 A 210 kVA – 909 A
L3 210 kVA – 909 A 270 kVA – 1.169,13 A
Total 630 kVA – 909 A 630 kVA – 1.169,13 A

En el caso del sistema desequilibrado dispararían las protecciones de Baja Tensión por sobrecorriente en la fase L3 ya que los interruptores automáticos están diseñados para abrir el circuito en cuanto se supere su corriente nominal en cualquiera de las fases. Así si se ha instalado un interruptor de 1.000 A, el disparo lo producirá la fase L3.

CONCLUSIÓN – DESEQUILIBRIOS

El equilibrado de las fases es extremadamente importante para poder trabajar en los niveles más altos de la potencia instalada y así sacar el máximo partido a la instalación.

Las cargas monofásicas han de ser conveniente repartidas entre las tres fases ya que suelen ser la causa de los mayores desequilibrios. Habrá que tener en cuenta, también, la naturaleza de las mismas, ya que si son generadoras de tercer armónico agravarán el problema. Este tipo de cargas suelen ser tener grandes componentes de electrónica de potencia como los ordenadores, fotocopiadoras, lámparas con balastro electrónico, variadores de frecuencia, …

También es conveniente observar que las máquinas trifásicas están correctamente equilibradas en su diseño, ya que interiormente una máquina tiene componentes monofásicos y trifásicos. Motores trifásicos y autómatas monofásicos (Por ejemplo).