El transformador de servicios auxiliares baja a baja tensión la energía que consume la propia subestación. Se alimenta del terciario de un transformador o autotransformador, de una barra de media tensión de la subestación o de una red externa, y casi siempre hay al menos dos fuentes independientes. Su conexión, su puesta a tierra y su protección dependen de la fuente elegida.
Qué es y dónde está
El transformador de servicios auxiliares (también llamado de servicios propios o de servicio de estación) convierte una tensión disponible en la subestación a la baja tensión que alimenta el tablero de servicios auxiliares de corriente alterna. De ese tablero salen los cargadores de baterías, la ventilación de los transformadores, los motores de mando, la calefacción, el alumbrado y el aire acondicionado de la casa de control.
Es la primera pieza de los servicios auxiliares de corriente alterna. Como una subestación no puede quedar sin auxiliares, casi siempre hay al menos dos fuentes independientes y una transferencia automática de fuentes entre ellas.
Las fuentes posibles
- Terciario de un transformador o autotransformador. Es una fuente interna muy usada en subestaciones de transmisión. Los terciarios suelen estar en delta y aislados de tierra, así que forman una fuente sin referencia. Para que una falla a tierra en los cables o en las barras de media tensión produzca corriente y pueda aislarse de forma selectiva, se agrega un transformador de puesta a tierra zig-zag o un transformador delta-estrella con el neutro aterrizado. Como la corriente de cortocircuito en el terciario puede ser muy alta, a veces se instalan reactores limitadores; en una práctica publicada en CIGRE se dimensionan para dejar la falla por debajo de 10 kA y poder usar equipos de distribución convencionales.
- Barra de media tensión de la propia subestación. Un transformador de distribución conectado a una celda de la barra de media tensión. Es la solución común cuando la subestación tiene un nivel de media tensión.
- Red de distribución externa. Una acometida de la empresa de distribución local, independiente de la subestación. Sirve como segunda fuente o como respaldo durante mantenimientos.
- Transformador de tensión de servicio (SSVT). Monofásico, entre fase y tierra en la barra de alta tensión. Un fabricante ofrece unidades para tensiones de 46 kV a 362 kV, con potencias de decenas a cientos de kVA. Es la opción para subestaciones de maniobra que no tienen terciario ni red de distribución cercana.
- Planta diésel, como respaldo de las anteriores.
Partes y cómo trabaja cada una
- Devanados primario y secundario. El secundario de baja tensión suele conectarse en estrella con neutro, para tener tensión fase-neutro y poder aterrizar el sistema de baja tensión con el esquema que defina el proyecto según IEC 60364. Una conexión delta-estrella además bloquea la corriente de secuencia cero entre los dos lados.
- Cambiador de tomas sin carga. Ajusta la relación unos pocos pasos para compensar la tensión de la fuente. Se maniobra desenergizado.
- Núcleo y aislamiento. En aceite, para exterior, o seco, para interior y celdas. El seco evita el aceite dentro de edificios; el de aceite suma riesgo de incendio y necesita contención.
- Accesorios de protección propia (en aceite): termómetro de aceite, indicador de nivel, relé Buchholz o relé de presión súbita y válvula de alivio.
- Protección del lado de alimentación: fusibles de media tensión o interruptor con relé.
- Equipos asociados a la fuente: el transformador de puesta a tierra y los reactores cuando la fuente es un terciario.
Cómo cambia por nivel de tensión
La comparación completa está en servicios auxiliares por nivel de tensión.
- Subestaciones compactas de media a baja tensión e industria: muchas veces no hay transformador dedicado; los auxiliares salen del mismo transformador de distribución o del tablero de la planta.
- Alta tensión: uno o dos transformadores de servicios desde la barra de media tensión, más una acometida externa.
- Extra alta tensión: dos transformadores alimentados desde terciarios de bancos distintos, con su referencia a tierra, y previsión de una tercera fuente (red local o planta diésel) para no quedar con una sola fuente durante el mantenimiento de un banco. La carga es tan grande que a veces se reparten varios transformadores por el patio para limitar la caída de tensión.
- Plantas solares: un transformador auxiliar conectado a la red interna de media tensión, que de noche se alimenta desde la red.
Criterios de dimensionamiento
- Balance de cargas: continuas, cíclicas y de arranque, con factores de simultaneidad y margen para ampliaciones. La guía IEEE 1818 trata el diseño de los sistemas auxiliares de baja tensión desde las fuentes hasta los puntos de distribución.
- Caída de tensión hasta las cargas más lejanas del patio, incluido el arranque de motores.
- Nivel de cortocircuito en el punto de conexión y en el tablero: fija la capacidad de los fusibles, interruptores y barras.
- Tensión del primario: si se conecta a un terciario en delta sin referencia, el aislamiento de los equipos de ese nivel debe soportar la tensión fase-fase de forma continua mientras dure una falla a tierra no despejada.
- Conexión y desfase, coherentes con la otra fuente cuando la transferencia o el acople lo requieran.
Las potencias, las tensiones de baja tensión y las impedancias las fija cada proyecto y la norma de cada empresa.
Conexión con protección, control y alarmas
- Lado de alimentación: fusibles coordinados con los del tablero, o interruptor con relé de sobrecorriente de fases y tierra 50/51 alimentado por CT.
- Terciario sin referencia: una falla a tierra se detecta por tensión residual con sobretensión de neutro 59N, tomada de un PT en delta abierto. El diseño decide si da alarma o dispara el banco tras un tiempo.
- Protecciones mecánicas (63, 26, nivel): disparo y alarma cableados al relé del transformador.
- Lado de baja tensión: la tensión de cada llegada la vigila la lógica de transferencia con subtensión 27, a partir de un PT o de una medida directa.
- Señales: posición de interruptores, alarmas y disparos llegan al controlador de bahía y de allí al SCADA.
Fallas comunes y qué revisar primero
- Fusibles fundidos sin falla aparente: corriente de energización, fusible mal elegido o una fase con falla a tierra intermitente.
- Tensión desbalanceada en baja tensión: neutro flojo o mal conectado.
- Alarma de tierra en el terciario: aislador sucio o cable dañado; búsquela antes de que aparezca una segunda falla.
- Tensión baja en el tablero: toma del cambiador sin carga mal elegida o carga mayor que la del balance.
- Disparo por Buchholz o presión: revise el gas y los ensayos antes de reenergizar.
Pruebas y mantenimiento
En puesta en servicio: relación de transformación en todas las tomas, grupo vectorial, resistencia de devanados, resistencia de aislamiento, pruebas al aceite si aplica, verificación de las protecciones mecánicas y de los relés por inyección secundaria, y secuencia de fases antes de la primera transferencia. Las pruebas de transformador se describen en pruebas a transformadores de potencia.
En mantenimiento: termografía con carga, inspección de fugas y del respirador, análisis del aceite y verificación periódica de la transferencia.
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En Tiza Group probamos y ponemos en servicio transformadores de servicios auxiliares y sus transferencias en subestaciones de media, alta y extra alta tensión y en industria. Conozca nuestra puesta en servicio o escríbanos. Si el problema está en los ajustes del relé que protege el transformador, lo revisamos con configuración remota.
Referencias
- IEEE 1818: guía para el diseño de sistemas auxiliares de baja tensión en subestaciones.
- IEC 60076-1: transformadores de potencia, generalidades.
- IEC 61869-3: transformadores de tensión inductivos (aplica a los SSVT).
- IEC 60364 (serie): instalaciones eléctricas de baja tensión.
- IEC 61936-1: instalaciones de potencia de más de 1 kV en corriente alterna.
- IEEE C37.91: guía de protección de transformadores de potencia.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el terciario de un autotransformador necesita un transformador de puesta a tierra para alimentar servicios auxiliares?
Porque el terciario suele conectarse en delta y queda sin referencia a tierra. Sin esa referencia, una falla a tierra en los cables o en la barra que alimenta los transformadores de servicios no produce corriente suficiente para que las protecciones la aíslen de forma selectiva. Un transformador zig-zag o uno delta-estrella con neutro aterrizado da esa referencia.
¿Qué pasa si el transformador de servicios auxiliares falla?
La transferencia automática pasa la carga a la otra fuente. Mientras tanto, el banco de baterías mantiene las protecciones, el control y las comunicaciones. Por eso los cargadores de baterías deben alimentarse desde secciones distintas del tablero.
¿Se puede alimentar los servicios auxiliares directamente desde la barra de alta tensión?
Sí, con un transformador de tensión de servicio (SSVT): un transformador monofásico conectado entre fase y tierra que entrega baja tensión con potencias de decenas a cientos de kVA. Es útil en subestaciones de maniobra sin transformador de potencia ni red de distribución cercana.