A subestación tipo caja (también conocido como un subestación prefabricada o subestación de empaquetado) es un sistema de distribución eléctrica compacto y montado en fábrica que integra:
- Aparamenta de alta tensión
- Transformador de distribución
- Equipos de distribución de baja tensión
Estos componentes están dispuestos según un esquema de cableado predefinido y se encuentran dentro de un recinto con estructura de acero totalmente sellado apto para para uso en interiores o al aire libre.
Una subestación tipo caja combina recepción de energía de alta tensión, transformación de tensión y distribución de energía de baja tensión en una sola unidad. La carcasa está diseñada para ser a prueba de humedad, a prueba de óxido, a prueba de polvo, a prueba de roedores, resistente al fuego, antirrobo, con aislamiento térmico, y totalmente cerrado, con movilidad opcional.
En comparación con las subestaciones tradicionales de construcción civil, las subestaciones tipo caja se caracterizan por estructura compacta, instalación rápida y funcionamiento totalmente cerrado, lo que los convierte en una solución moderna muy utilizada en la construcción y renovación de redes de distribución eléctrica urbanas.
Ámbitos de aplicación de las subestaciones tipo caja
Las subestaciones tipo caja se utilizan ampliamente en:
- Minas
- Plantas industriales y fábricas
- Yacimientos de petróleo y gas
- Parques eólicos y centrales de energía renovable
Sustituyen a las salas de distribución y subestaciones tradicionales construidas en mampostería, convirtiéndose en un solución integrada de distribución eléctrica de nueva generación.
Entre las aplicaciones típicas se incluyen:
- Comunidades residenciales
- Subestaciones públicas urbanas
- Zonas comerciales
- Suministro eléctrico en obras
Casos típicos de instalación
1. Suministro eléctrico para el alumbrado público
Ambos tipo europeo y Subestaciones tipo caja de estilo americano ofrecen ventajas significativas con respecto a las subestaciones tradicionales para los sistemas de alumbrado público de baja potencia.
Entre sus características destacan:
- Menor coste de construcción
- Aspecto atractivo
- Cajas de conexión opcionales de tipo horizontal (especialmente subestaciones tipo caja de estilo europeo)
2. Parques y comunidades residenciales
En los parques y las zonas residenciales, los equipos eléctricos deben estar estético y que ocupa poco espacio.
Subestaciones tipo caja:
- Ocupa un espacio mínimo
- Ofrece un aspecto limpio y moderno
- Integrarse bien en el entorno
3. Aplicaciones industriales y mineras
Las fábricas y las minas suelen enfrentarse a:
- Terreno accidentado
- Los elevados costes de tiempo y construcción
Las subestaciones tipo caja son ideales por las siguientes razones:
- Fácil instalación
- Obras de ingeniería civil mínimas in situ
- Alto nivel de protección (normalmente IP33)
- Reducción del tiempo de construcción y de los costes de mano de obra
4. Suministro eléctrico temporal
Las obras de construcción suelen cambiar de ubicación, lo que requiere equipos de distribución eléctrica móviles y fiables.
Las subestaciones tipo caja ofrecen:
- Excelente movilidad
- Capacidad de carga suficiente
- Solución fiable para necesidades de suministro eléctrico temporal
Configuración de subestaciones tipo caja
1. Configuración del lado de alta tensión
- Según el método de cableado primario, las subestaciones en caja se clasifican en:
- Tipo de terminal (una sola línea de entrada, sin bucle)
- Tipo de unidad principal de anillo (RMU) (varias líneas de entrada y salida, como una de entrada y dos de salida o dos de entrada y una de salida)
- En el lado de alta tensión de Subestaciones tipo caja de estilo europeo, la protección puede utilizar:
- Disyuntores, o
- Combinación de interruptor de carga y fusible
Para subestaciones con capacidad ≤ 800 kVA y unos requisitos de protección menos estrictos, el combinación de interruptor de carga y fusible Se suele utilizar para reducir costes.
- Los interruptores de carga de alta tensión que se utilizan habitualmente en las subestaciones tipo caja de diseño europeo son Interruptores de carga FLN-12 SF₆.
2. Compensación automática de la potencia reactiva
Según las normas vigentes, la capacidad de compensación de potencia reactiva suele configurarse en 30% de capacidad del transformador.
Sin embargo, con el uso generalizado de cargas inductivas como, por ejemplo:
- Aires acondicionados
- Lavadoras
- Frigoríficos
- Lámparas de bajo consumo
Un índice de compensación de 40%–60% de potencia del transformador, dividido en 10 pasos de control automático, es lo recomendable.
Aunque esto supone un ligero aumento del coste, la mejora en factor de potencia y eficiencia energética es significativo.
3. Configuración de los ramales de salida de baja tensión
El número de ramales de salida de baja tensión se determina en función de:
- Distribución de la carga en la zona de suministro
- Circuitos de reserva (normalmente entre 1 y 3 ramales de reserva)
Las capacidades nominales de los disyuntores se seleccionan en función de corriente de carga calculada.
Para una configuración adecuada es necesario conocer con precisión la carga de cada alimentador, a fin de garantizar funcionamiento seguro y fiable.
Aspectos a tener en cuenta en la instalación en exteriores
- Los conductores de puesta a tierra deben ser cobre, con un área transversal de no menos de 30 mm² para garantizar la fiabilidad de la protección contra los rayos.
- La red de puesta a tierra debe tener una cobertura y una profundidad suficientes, y es preferible que esté enterrada. al menos a 1 metro bajo tierra, con electrodos de puesta a tierra verticales añadidos para reducir la resistencia.
- Los lugares de instalación deben estar libres de vibraciones intensas, golpes e interferencias electromagnéticas, y deben respetar las distancias de seguridad para la entrada de cables.
- Instala la subestación en un una superficie seca, bien ventilada y nivelada, con una inclinación que no supere los 5°.
- Evita las zonas en las que haya materiales explosivos o gases y líquidos corrosivos.
- Las subestaciones tipo caja requieren sin personal in situ, lo que se traduce en bajos costes de explotación y una ocupación mínima del terreno.
Fallos eléctricos habituales y soluciones
1. Sobrecalentamiento
Un sobrecalentamiento prolongado puede provocar:
- Envejecimiento del aislamiento
- Conexiones sueltas
- Cortocircuitos o riesgo de incendio
Entre las soluciones se incluyen:
- Limpieza interna periódica
- Monitorización continua de la temperatura
- Sistemas de alerta temprana ante aumentos anómalos de temperatura
2. Fallos del cambiador de tomas en carga (OLTC)
Las averías en el OLTC son poco frecuentes, pero pueden producirse por:
- Desgaste mecánico a largo plazo
- Resistencia insuficiente de los componentes
- Mala calidad de fabricación
Es fundamental llevar a cabo un estricto control de calidad durante la producción y la instalación para garantizar la fiabilidad.
3. Disparo de los interruptores de baja tensión
Entre las causas más comunes se encuentran:
- Fallos en las barras colectoras
- Disparos falsos o fallos en el funcionamiento de los dispositivos de protección
Cuando se produce un tropiezo:
- Inspeccionar la protección del lado de baja tensión del transformador
- Comprueba si hay sobrecargas, cortocircuitos o fallos en la línea.
- Comprueba los ajustes de protección y el buen estado del cableado
Procedimientos de inspección de fallos de disparo
- El disparo del transformador puede producirse en:
- Interruptor del transformador principal
- Separadores de línea
Las causas fundamentales se identifican mediante análisis de datos de seguimiento.
- El personal de mantenimiento debe:
- Llega puntualmente al lugar de la cita
- Comprueba si hay daños visibles
- Comprueba los interruptores, las bobinas de supresión de arcos y los mecanismos de almacenamiento de energía
- Para la activación del lado de baja tensión:
- Comprueba primero la protección del transformador
- A continuación, revisa los ramales y cables de salida
- No reanude el funcionamiento hasta que se haya solucionado la avería.
Medidas de prevención de incendios y explosiones
- Evita el funcionamiento con sobrecarga durante largos periodos de tiempo, sobre todo en equipos antiguos.
- En el caso de los transformadores sumergidos en aceite, compruebe periódicamente las prestaciones de aislamiento del aceite del transformador.
- Supervise continuamente la temperatura del transformador para evitar el sobrecalentamiento del núcleo.
- Asegúrate de que los conductores estén bien conectados y repara inmediatamente las conexiones sueltas.
- Es necesario instalar descargadores de sobretensión en las instalaciones de alta tensión, los transformadores y los cuadros de baja tensión para protegerlos contra los rayos.
- En el diseño deben incluirse una ventilación adecuada y extractores de aire, junto con sistemas automáticos de control de la temperatura para garantizar una regulación eficaz del calor.
Conclusión
Las subestaciones tipo caja suelen instalarse al aire libre y funcionan sin vigilancia durante todo el año, por lo que solo requiere inspecciones periódicas.
Los trabajos de mantenimiento consisten en alto riesgo y complejidad, sobre todo durante las inspecciones con la instalación bajo tensión.
Para garantizar un funcionamiento seguro y estable:
- El mantenimiento periódico es fundamental
- Es necesario reforzar la formación en materia de seguridad para el personal de operación y mantenimiento
Un mantenimiento y una gestión adecuados son fundamentales para funcionamiento fiable a largo plazo de las subestaciones tipo caja.