SELECCIÓN DE PROTECCIONES PARA CENTROS DE TRANSFORMACIÓN Y LÍNEAS DE ABONADO DE MEDIA TENSIÓN

En esta publicación se explica frente a que peligros y como deben protegerse las instalaciones y líneas de alta tensión de abonado (consumidores / productores / autoconsumidores) de hasta 30 [kV] según la ITC-RAT-09 («Protecciones»), aprobada por el RD337/2014. También se abordarán los requisitos de otras normas jurídicas relacionadas como las prescripciones particulares de compañía (NTP).

ÍNDICE DE CONTENIDOS

• Protección frente sobretensiones transitorias
• Protección contra sobrecargas
• Protección contra cortocircuitos
• Suministros con autoconsumo

PROTECCIÓN FRENTE SOBRETENSIONES TRANSITORIAS

A priori, todas las instalaciones y líneas de alta tensión deberían estar protegidas frente a sobretensiones transitorias causadas por rayos y maniobras internas. No obstante, en el Punto 2 de la ITC-RAT 09 se establece que solo son obligatorias «cuando la importancia de la instalación, el valor de las sobretensiones y su frecuencia de ocurrencia, así lo aconsejen», motivo por el que en la práctica son poco habituales en media tensión.

La protección frente a descargas atmosféricas se realiza mediante el montaje pararrayos en instalaciones y de cables de guarda para las líneas, los cuales se conectan a las tierras de herrajes y de los apoyos respectivamente. Los cables de guarda son usados de manera generalizada en líneas de transporte pero no en las de distribución, los pararrayos suelen emplearse en subestaciones y transformadores de intemperie montados sobre poste.

Para las líneas subterráneas se considera innecesaria esta protección debido a la puesta a tierra de las pantallas de los cables en sus extremos y al hecho de que se encuentran cubiertas por una capa de terreno de al menos 60 [cm], además de estar normalmente resguardadas por el tubo por el que se canalizan, que suele ser de PEHD, material que cuenta con una rigidez dieléctrica de 2 [kV] y un aislamiento de 100 [MΩ].

En cualquier caso, el reglamento de AT (RD337/2014) establece que las líneas e instalaciones de consumidores que no deriven directamente de una red aérea no requerirán de protección frente a rayos siempre y cuando las celdas tengan un nivel de aislamiento acorde (mayor o igual) a la lista 2 de la ITC-RAT 12 o se pueda justificar que el valor de las sobretensiones y su frecuencia no justifican su montaje:

Por último, aclarar que los dispositivos frente sobretensiones permanentes no se exigen en la mayoría de obras de abonado de media tensión excepto en las destinados a autoconsumos, estos proyectos se abordarán en un apartado a parte más adelante por sus peculiaridades y complejidad.

PROTECCIÓN CONTRA SOBRECARGAS

La protección frente sobrecargas puede realizarse mediante celdas de ruptofusible o celdas con interruptor automático (IA). La normativa solo obliga al uso de estas últimas cuando se va a proteger un transformador de más de 1000 [kVA] y en redes públicas de 1ª/2ª categoría, este requisito no aplica en cualquier caso a las líneas de abonado pero si a las de compañía de 3ª categoría si así lo especifican sus normas particulares.

Las celdas de ruptofusible deben ser equipadas con fusibles de un calibre superior a la intensidad de trabajo (I_N) pero inferior al valor más pequeño entre esa misma corriente más un margen del ∼ 20% y la intensidad máxima admisible del circuito (I_A), calculada acorde a la ITC-LAT 06/07/08 dependiendo del tipo de instalación:

Intensidad de trabajo = Potencia nominal de la línea o CT / (√3 · Tensión nominal del sistema)

Intensidad de trabajo ≤ Calibre fusible ≤ MIN(Intensidad máxima admisible | 1,2 · Intensidad de trabajo)

A continuación se exponen los calibres recomendados por el fabricante ABB y la compañía E-Distribución para diferentes valores de potencia y tensión, cabe aclarar que los transformadores destinados a la distribución pública en BT están más expuestos a sobrecargas, por lo que suelen protegerse con fusibles de mayor calibre:

Si se produce una sobrecarga o cortocircuito el fusible se consume provocando el cierre de la fase, en muchos modelos de celda además provocan el cierre de su interruptor-seccionador, esto es obligatorio en los centros de transformación de compañía (e.g. UFD – IT.0120.ES.RE.PTP).

Las celdas con interruptor automático llevan asociadas un relé multifunción que como mínimo protege frente sobrecargas (ANSI 51) y cortocircuitos (ANSI 50), también suelen cubrir frente a defectos a tierra (ANSI 50N & 51N) ya que lo puede requerir la distribuidora (e.g. i-DE – MT2.00.03).

El relé mide los voltajes e intensidades de las fases y cuando detecta que se están produciendo desviaciones por encima de los límites programados provoca la apertura del interruptor. La regulación para sobrecargas se establece con el mismo criterio con el que se elige el calibre de los fusibles, su curva de actuación habitualmente es de tipo inverso con un coeficiente o índice de tiempo (K) igual a 0,1.

No se debe confundir la intensidad asignada de la celda de protección -definida como la máxima corriente que puede soportar la unidad en régimen permanente- con la intensidad de disparo de la protección (IA o fusible). La corriente asignada en instalaciones de abonado suele ser de 200 [A] en celdas con ruptofusibles y de 400 [A] en celdas con interruptor automático. Como se puede observar en la siguiente tabla, esto varía en función de la distribuidora y tensión nominal.

Distribuidora	Norma	Intensidad asignada (celda de protección de CT)	Intensidad asignada (resto de celdas)
UFD	IT.0120.ES.RE.PTP	200 [A]	400 [A]
i-DE	NI 50.42.11	200 [A]	≤ 20 [kV]: 400 [A] > 20 [kV]: 630 [A]
E-Distribución	NRZ104	Con fusibles: 200 [A] Con IA: 400 [A]	Abonado: 400 [A] Compañía: 630 [A]
Grupo EDP	NT-IEMT.01	Con fusibles: 200 [A] Con IA: 400 [A]	Abonado: 400 [A] Compañía: 630 [A]

PROTECCIÓN CONTRA CORTOCIRCUITOS

Para que las celdas puedan soportar los cortocircuitos estas deben tener un poder de cierre (PdC) superior a la intensidad de cortocircuito que pueda darse en la línea (I_CC), cuyo valor debe ser informado por la distribuidora si el proyectista o promotor lo pide. En España los poderes más habituales para celdas en 3ª categoría son de 16 y 20 [kA] para las redes de hasta 24 [kV] y 36 [kV] respectivamente.

En celdas con ruptofusibles el fusible instalado también debe tener un poder de corte (PdC) mayor a la corriente de cortocircuito (I_CC). En el caso de celdas con interruptor automático la función ANSI 50 debe estar programada para una intensidad inferior al valor de cortocircuito más alto que pueda soportar el circuito (I_CC-MAX), como criterio es habitual regular esta función a 10 veces la intensidad nominal (10 · I_N), es decir:

Condición a cumplir por las celdas y fusibles → PdC > I_CC ≡ [A]

Condición a cumplir por el relé del IA → Regulación ANSI 50 ≈ 10· I_N < I_CC-MAX ≡ [A]

En circuitos de cables aislados la máxima corriente (I_CC-MAX) que un cable aguanta cuando sufre un cortocircuito depende del material del conductor (cobre/aluminio), del tipo aislamiento que lo recubre (XLPE/HEPR/PVC) y del tiempo de despeje de falta (se toma el informado por compañía):

Condición a cumplir por los cables → I_CC-MAX = K · S / √t_D > I_CC ≡ [A]

I_CC = P_CC / (√3 · U) < I_CC-MAX → S_MIN = I_CC · √t_D / K

Parámetros de cálculo (criterio de cortocircuito para cables aislados)
ICC-MAX ≡ Corriente de cortocircuito más alta que puede soportar el cable ≡ [A]
K ≡ Factor de cortocircuito del cable, depende del aislamiento (Tablas Nº25 y Nº26 – ITC-LAT 06) ≡ [-] NOTA: para cables de aluminio, si el aislamiento es XLPE («R_») este factor es de 94, si es HEPR será de 89.
S ≡ Sección del cable que se esté calculando ≡ [mm2]
tD ≡ Tiempo de disipación del cortocircuito (lo aporta distribuidora) ≈ 0,5 – 5,0 [s]
ICC ≡ Corriente de cortocircuito que puede darse en el caso de defecto ≡ [A]
PCC ≡ Potencia de cortocircuito, depende de la red de distribución (lo aporta distribuidora) ≡ [VA]
U ≡ Tensión nominal, depende la red de distribución ≡ [V]

SUMINISTROS CON AUTOCONSUMO

Los centros de transformación de abonado (CT) construidos para la conexión de plantas de autoconsumo requieren siempre de celda de protección con interruptor automático debido a la cantidad de protecciones que se le exige a la instalación, las cuales se listan en el Punto 4.7.2 de la ITC-RAT-09:

• Mínima tensión (ANSI 27): -7% acorde al RD1955/2000 y -15% / 0,5 [s] según la ITC-BT-40 para generadores, pero las distribuidoras pueden establecer otros límites en sus NTP.

• Máxima tensión (ANSI 59): +7% acorde al RD1955/2000 y +10% / 0,5 [s] según la ITC-BT-40 e ITC-RAT-09 para generadores, pero las distribuidoras pueden establecer otros límites en sus NTP.

• Sobre/infra-frecuencia (ANSI 81): fuera del rango de 49 a 51 [Hz] durante más de 5 períodos según la ITC-BT-40, pero las distribuidoras pueden establecer otros límites en sus NTP.

• Sobreintensidad de fase (ANSI 50 y 51): según lo especificado en apartados anteriores en función de las intensidades de trabajo y de cortocircuito así como las máximas que soporten el circuito y transformador.

• Sobreintensidad de neutro o defecto a tierra (ANSI 50N–51N): regulación según las NTP, de manera orientativa la temporizada (51N) se programará con curva de actuación inversa (k = 0,1) e intensidad de arranque de un ~ 10% de la intensidad nominal, la instantánea (50N) debe regularse a una intensidad menor al 50% de la intensidad de defecto e inferior a la intensidad nominal.

• Máxima tensión homopolar (ANSI 59N): regulación según las nNTP, también está destinada a la detección de defectos a tierra pero opera mediante la evaluación del voltaje en vez de la intensidad.

• Funcionamiento en modo isla: se integra habitualmente en el lado de BT, no se exige en AT, se admite que la planta opere en modo isla durante máximo 1 [s] desde el momento que se produzca el corte de suministro.

No obstante, en el caso particular de instalaciones de autoconsumo con excedentes conectadas en el lado de baja tensión de un centro de transformación de abonado, normalmente solo se exige disponer la protección ANSI 59N en el lado de MT, el resto se suelen integrar en el lado de BT y se asocian al IGA. Esto puede variar dependiendo de las normas y proyectos tipo de la empresa distribuidora.

A modo de ejemplo, en las siguientes imágenes se exponen qué protecciones son necesarias, su regulación y sobre que lado deben actuar (BT – 52G / MT – 52I) para las instalaciones de consumidores y/o productores dependientes de la red de UFD Distribución Electricidad, S.A, esta información se recoge en su norma IT.07985:

Finalmente, cabe aclarar que todos los autoconsumos sin excedentes están exentos de la protección ANSI 59N y, además, cuando se conecten en el lado de baja tensión del CT del consumidor, también pueden tener el resto de protecciones asociadas al IGA.

En estos proyectos que no requieren de un nuevo CT es necesario tener en cuenta que la mayoría de inversores fotovoltaicos integran en la práctica las funciones ANSI 27, 59 y 81 ya que están programados para desconectarse en el caso de detectar desviaciones en los parámetros de la red.