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Instalaciones · 4.º curso o máster

Instalaciones de media y alta tensión

Centros de transformación, líneas de media tensión, aparamenta, cálculo de cortocircuitos y redes de tierra según el reglamento de alta tensión.

Instalaciones de media y alta tensión extiende el diseño de instalaciones más allá de los 1000 V: las redes de distribución, los centros de transformación y las líneas que alimentan polígonos, edificios grandes e industrias. Es la asignatura que prepara para proyectar instalaciones de cliente en media tensión y para trabajar en distribuidoras e ingenierías.

De qué va

Se estudia el reglamento de instalaciones de alta tensión y el de líneas, y con ellos:

  • cómo es una red de distribución en media tensión (en anillo o radial);
  • cómo se diseña un centro de transformación: celdas, transformador, cuadro de baja tensión y tierras;
  • cómo se calcula la corriente de cortocircuito para elegir la aparamenta;
  • cómo se diseña una red de tierra que mantenga las tensiones de paso y de contacto dentro de lo admisible.

Las ideas clave

El cortocircuito manda

En media tensión, la aparamenta no se elige solo por la corriente nominal. Lo decisivo suele ser la corriente de cortocircuito: el interruptor debe poder cortarla y todo el conjunto debe soportar sus esfuerzos térmicos y electrodinámicos. Por eso el cálculo de cortocircuitos ocupa buena parte de la asignatura.

Las tierras de un centro de transformación

Un centro tiene una tierra de protección, a la que se conectan las masas, y una tierra de servicio, a la que se conecta el neutro del transformador. Según la tensión que puede aparecer en la tierra de protección durante una falta en media tensión, pueden tener que separarse para no transferir tensiones peligrosas a la red de baja tensión. El cálculo concreto se hace según la instrucción técnica aplicable.

Las líneas

Las líneas aéreas se calculan eléctrica y mecánicamente (flechas, tensiones del conductor, apoyos); las subterráneas, por intensidad admisible en las condiciones de instalación y por cortocircuito.

Cómo aprobarla

  • Practica el cálculo de cortocircuitos con varios niveles de tensión: es la base de casi todos los problemas.
  • Relaciona cada cálculo con la decisión que permite tomar: elegir una celda, un cable o el tamaño de una red de tierra.
  • Trabajar con un proyecto tipo de centro de transformación de cliente ayuda a ver todo el conjunto.
Celdas de media tensión: la aparamenta debe soportar la corriente de cortocircuito calculada.
Celdas de media tensión: la aparamenta debe soportar la corriente de cortocircuito calculada.Foto: Zen 38 · CC BY-SA 3.0 · Wikimedia Commons

Problema tipo examen

Un centro de transformación se alimenta de una red de 20 kV cuya potencia de cortocircuito en ese punto es de 350 MVA. Tiene un transformador de 630 kVA, 20 kV / 400 V con tensión de cortocircuito ε_cc = 4 %.

a) Calcula la corriente de cortocircuito trifásico en el lado de media tensión. b) Estima la corriente de cortocircuito trifásico en bornes de baja tensión del transformador, teniendo en cuenta la red. Usa un método simplificado, sumando las impedancias en módulo.

Ver la solución paso a paso

a) Cortocircuito en media tensión

I_cc,MT = S_cc / (√3 · U) = 350·10⁶ / (√3 · 20 000) ≈ 10,1 kA

b) Cortocircuito en baja tensión

Impedancias referidas a 400 V:

  • Red: Z_red = U² / S_cc = 400² / 350·10⁶ ≈ 0,00046 Ω
  • Transformador: Z_trafo = ε_cc · U² / S_n = 0,04 · 400² / 630 000 ≈ 0,01016 Ω
  • Total (suma en módulo, simplificación conservadora): Z ≈ 0,01062 Ω

I_cc,BT = U / (√3 · Z) = 400 / (√3 · 0,01062) ≈ 21,7 kA

El método reglamentario más preciso tiene en cuenta los ángulos de cada impedancia y un factor de tensión, pero este cálculo da el orden de magnitud para elegir la aparamenta del cuadro de baja tensión.

Errores típicos

  • Sumar impedancias de distintos niveles de tensión sin referirlas al mismo lado.

  • Confundir la potencia de cortocircuito de la red con la del transformador.

  • Olvidar que la tierra de protección y la de servicio de un centro pueden tener que separarse.

  • Dimensionar la aparamenta por la corriente nominal sin comprobar la de cortocircuito.

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