Guía de aparamenta de baja, media y alta tensión: tipos, aplicaciones y métodos de selección

1. Conceptos básicos de la aparamenta eléctrica y clasificación de tensión

Celdas de media tensión es un conjunto de equipos eléctricos utilizados en sistemas de potencia para el control, la protección y el aislamiento de dispositivos eléctricos. A través de componentes como disyuntores, seccionadores, relés y fusibles, la aparamenta realiza funciones que incluyen el control de conmutación de circuitos, la detección y aislamiento de fallos, y la separación de equipos de las partes energizadas durante el mantenimiento.

Las funciones principales de la aparamenta eléctrica pueden resumirse en tres aspectos clave:

• Control: Conectar o desconectar circuitos eléctricos según los requisitos operativos.
• Protección: Detectar e interrumpir corrientes de fallo tales como cortocircuitos y sobrecargas para proteger equipos eléctricos y garantizar la seguridad del sistema.
• Aislamiento: Proporcionar un punto de desconexión visible durante operaciones de inspección, mantenimiento y reparación, garantizando la seguridad del personal.

De acuerdo con los niveles de tensión, la aparamenta eléctrica se clasifica generalmente en tres categorías principales:

• Aparamenta de Baja Tensión (BT)
• Aparamenta de Media Tensión (MT)
• Aparamenta de Alta Tensión (AT)

Las diferentes clases de tensión de la aparamenta presentan diferencias significativas en cuanto a diseño estructural, tecnología de aislamiento, escenarios de aplicación y requisitos de selección de equipos.

La selección de los niveles de tensión adecuados para la aparamenta depende de factores que incluyen la tensión del sistema, la capacidad de cortocircuito, las características de la carga, el entorno operativo, los requisitos de protección y las normas internacionales aplicables.

Reconocidos internacionalmente estándares de clasificación de tensión para la aparamenta se definen generalmente de la siguiente manera:

• Baja Tensión (BT): Niveles de voltaje que no supera 1kV, utilizada principalmente para distribución de energía terminal en edificios residenciales, instalaciones comerciales e instalaciones industriales.
• Media Tensión (MT): Niveles de tensión desde 1kV to 36kV (en algunas regiones extendiéndose hasta 52kV or 72kV), aplicada principalmente en redes de distribución urbana, parques industriales y proyectos de energía renovable para la distribución de energía eléctrica.
• Alta tensión (AT): Niveles de voltaje superior a 36kV (con algunas normas que utilizan 69kV or 72.5kV como límite de clasificación), utilizado principalmente para transmisión de energía a larga distancia e interconexión de redes eléctricas a gran escala.

Los principales requisitos de diseño, pruebas y operación para de aparamenta de media y alta tensión están definidos por la serie de normas IEC 62271 emitida por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y la serie de normas ANSI/IEEE C37 comúnmente utilizada en Norteamérica.

Entre estas normas:

• IEC 62271-200 se aplica a aparamenta y equipos de control blindados con envolvente metálica para corriente alterna con tensiones nominales superiores a 1kV and up to 52kV.
• IEC 62271-1 define los requisitos generales y la clasificación de tensión nominal para aparamenta y equipos de control de alta tensión.

Comprender el marco básico de estas normas es esencial para la selección de equipos, la preparación de especificaciones técnicas y la adquisición internacional.

Zisheng Eléctrico se especializa en la investigación, desarrollo y fabricación de equipos eléctricos. Su cartera de productos incluye transformadores sumergidos en aceite, transformadores de tipo seco, transformadores de aleación amorfa y aparamenta. Los productos pueden diseñarse y fabricarse de acuerdo con normas internacionales, incluidas IEC 62271, IEC 60076 y GOST, prestando servicios a mercados en Oriente Medio, América del Sur, África y Rusia.

Con años de experiencia en fabricación, Zisheng Electric ha desarrollado sólidas capacidades técnicas para abordar condiciones operativas especiales, incluyendo resistencia a la humedad, protección contra la corrosión y operación a altas temperaturas, proporcionando soluciones fiables para diversos proyectos energéticos internacionales.

2. Aparamenta de baja tensión

2.1 Definición y rango de tensión

Aparamenta de baja tensión (BT) se utiliza en sistemas eléctricos con niveles de tensión que no superan 1 kV CA o 1,5 kV CC.

Como el etapa final del sistema de distribución de energía, la aparamenta de baja tensión es responsable de distribuir la energía eléctrica desde el transformador de distribución hacia los equipos del usuario final, proporcionando protección contra sobrecarga, cortocircuito y fallos a tierra.

Aparamenta de baja tensión se aplica ampliamente en:

• Comunidades residenciales
• Edificios comerciales
• Plantas industriales
• Proyectos de infraestructura

2.2 Tipos principales y componentes

Según su configuración funcional, la aparamenta de baja tensión consta principalmente de los siguientes componentes:

Disyuntores

Los disyuntores son dispositivos de conmutación de protección utilizados para interrumpir corrientes de fallo y proteger circuitos eléctricos. Los tipos principales incluyen:

• Disyuntor en miniatura (MCB): Utilizado para protección terminal en aplicaciones residenciales y comerciales.
• Disyuntor de caja moldeada (MCCB): Adecuado para circuitos de distribución industrial y aplicaciones que requieren mayores capacidades de corriente.
• Disyuntor de aire (ACB): Utilizado en sistemas de distribución principal con alta capacidad de corriente y altos requisitos de resistencia a cortocircuitos.

Fusibles

A fusible es un dispositivo de protección contra sobrecorriente. Cuando la corriente supera el valor nominal, el elemento fusible se funde y desconecta el circuito para evitar daños en el equipo.

Contactores

A contactor es un dispositivo de conmutación electromagnético utilizado para el control de conmutación frecuente de cargas eléctricas tales como:

• Motores
• Sistemas de iluminación
• Equipos industriales

Relés

A relé es un dispositivo de protección y control que opera según señales de entrada tales como corriente, voltaje u otros parámetros eléctricos para controlar la conmutación de circuitos.

Seccionadores (aisladores)

A seccionador es de operación manual y se utiliza para aislar el equipo de la fuente de alimentación durante mantenimiento e inspección., proporcionando un punto de aislamiento visible y claro.

Cuadros de distribución de baja tensión

A cuadro de distribución de baja tensión integra los componentes anteriores dentro de una estructura de gabinete, permitiendo la distribución de energía centralizada, la protección y la gestión del sistema.

2.3 Escenarios de aplicación típicos

Las aplicaciones de la aparamenta de baja tensión cubren principalmente tres campos principales:

Aplicaciones industriales

El equipo de conmutación de baja tensión proporciona distribución y protección de energía para:

• Maquinaria pesada
• Líneas de producción
• Sistemas de iluminación de fábricas

Los sistemas de distribución de energía industrial adoptan típicamente una estructura de distribución jerárquica:

• El cuadro de distribución principal de baja tensión recibe energía del transformador.
• Cuadros de distribución seccionales dividen las áreas de suministro de energía según las diferentes zonas de producción.
• Cuadros de distribución de alimentación suministrar energía a equipos específicos.
• Centros de Control de Motores (CCM) gestionar centralmente múltiples motores.

Edificios comerciales

El equipo de conmutación de baja tensión se utiliza para la distribución de energía y la protección de equipos en:

• Edificios de oficinas
• Centros comerciales
• Hoteles
• Otras instalaciones comerciales

Aplicaciones residenciales y de infraestructura

El equipo de conmutación de baja tensión proporciona funciones de distribución, aislamiento y protección de energía para:

• Comunidades residenciales
• Escuelas
• Hospitales
• Instalaciones de infraestructura pública

3. Equipo de conmutación de media tensión

3. Equipo de conmutación de media tensión

3.1 Definición y rango de tensión

Equipo de conmutación de media tensión (Switchgear de MT) se utiliza en sistemas eléctricos con niveles de tensión que oscilan entre 1kV to 36kV (en algunas regiones extendiéndose hasta 52kV).

Como componente clave de la red de distribución de energía, el equipo de conmutación de media tensión sirve como conexión entre los sistemas de transmisión de alta tensión y los sistemas de distribución de baja tensión, realizando funciones que incluyen distribución, control y protección de energía.

Equipo de conmutación de media tensión se aplica ampliamente en:

• Subestaciones eléctricas
• Grandes instalaciones industriales
• Complejos comerciales
• Proyectos de energía renovable

3.2 Clasificación según el medio de aislamiento

Según el tipo de medio de aislamiento, el equipo de conmutación de media tensión se puede dividir en tres categorías principales:

Aparamenta aislada en aire (AIS)

Aparamenta aislada en aire (AIS) utiliza aire como medio de aislamiento. Se caracteriza por:

• Estructura simple
• Menor costo
• Mantenimiento conveniente

Sin embargo, debido a la limitada rigidez dieléctrica del aire, los equipos AIS generalmente ocupan una mayor superficie y son más adecuados para aplicaciones donde el espacio de instalación es suficiente.

Aparamenta aislada en gas (GIS)

Aparamenta aislada en gas (GIS) utiliza gas hexafluoruro de azufre (SF₆) como medio de aislamiento y medio de extinción de arco. Sus principales ventajas incluyen:

• Alta rigidez dieléctrica
• Estructura compacta
• Espacio de instalación reducido

El GIS es adecuado para aplicaciones con espacio limitado, tales como:

• Subestaciones urbanas
• Salas de distribución subterráneas
• Sistemas eléctricos de alta fiabilidad

Los equipos GIS adoptan típicamente una estructura blindada metálica, proporcionando un excelente rendimiento de protección y reduciendo el impacto de las condiciones ambientales externas.

Aparamenta aislada en sólido (SIS)

Aparamenta aislada en sólido (SIS) utiliza materiales aislantes sólidos para encapsular los componentes conductores. Combina:

• Diseño compacto
• Respeto al medio ambiente
• Alta fiabilidad operativa

Se ha convertido en una de las soluciones tecnológicas de rápido desarrollo en el sector de la aparamenta de media tensión.

En los últimos años, la aparamenta de media tensión libre de SF₆ ha atraído una atención creciente.

El SF₆ (hexafluoruro de azufre) es un potente gas de efecto invernadero, con un potencial de calentamiento global (GWP) significativamente superior al del dióxido de carbono (CO₂).

Aparamenta libre de SF₆ adopta tecnologías tales como:

• Aislamiento por aire puro
• Aislamiento sólido
• Tecnología de interrupción por vacío

mientras mantiene un alto rendimiento eléctrico y reduce el impacto ambiental y las emisiones de carbono.

3.3 Clasificación según el diseño estructural

La aparamenta de media tensión también puede clasificarse según su configuración estructural:

Aparamenta bajo envolvente metálica

Todos los componentes energizados están encerrados dentro de una envolvente metálica conectada a tierra.

Características principales:

• Alto rendimiento de seguridad
• Gran capacidad de protección ambiental
• Ampliamente utilizada en sistemas de distribución de energía industrial

Aparamenta blindada

Basada en una construcción blindada metálica, aparamenta blindada (metal-clad) separa además:

• Compartimento del interruptor automático
• Compartimento de barras colectoras
• Compartimento de cables

en compartimentos independientes utilizando tabiques metálicos.

Las ventajas incluyen:

• Mayor seguridad operativa
• Mayor comodidad de mantenimiento
• Capacidad mejorada de aislamiento de fallas

3.4 Escenarios de aplicación típicos

Equipo de conmutación de media tensión es ampliamente utilizada en las siguientes aplicaciones:

Distribución de Energía

Utilizada en redes de distribución para:

• Recepción de energía eléctrica
• Distribución de energía
• Aislamiento y protección contra fallas

Instalaciones industriales

Utilizada para gestionar sistemas de suministro de energía de media tensión en:

• Fábricas
• Talleres de Producción
• Grandes plantas industriales

Edificios comerciales

Proporciona distribución y protección de media tensión para:

• Grandes complejos comerciales
• Instalaciones públicas

Proyectos de Energía Renovable

Utilizado para proteger sistemas eléctricos en:

• Centrales solares
• Proyectos de energía eólica
• Otras instalaciones de energía renovable

Subestaciones y centrales eléctricas

Utilizado para gestionar:

• Cargas eléctricas
• Corrientes de falla
• Operación y protección de sistemas eléctricos

4. Aparamenta de alta tensión

4.1 Definición y rango de tensión

Aparamenta de alta tensión (Aparamenta AT) se utiliza en sistemas eléctricos con niveles de tensión superior a 36kV (con algunas normas que utilizan 69kV or 72.5kV como límite de clasificación).

Como componente central del infraestructura de red eléctrica, la aparamenta de alta tensión asume las tareas de control, protección y aislamiento en sistemas de transmisión de energía de larga distancia e interconexión de redes interregionales.

La aparamenta de alta tensión desempeña un papel esencial en el desarrollo de la infraestructura eléctrica mundial. Según informes del sector, el mercado mundial de aparamenta de alta tensión alcanzó aproximadamente los 32.500 millones de USD en 2023.

4.2 Tipos principales

Según la tecnología de aislamiento, la aparamenta de alta tensión puede clasificarse principalmente en los siguientes tipos:

Aparamenta aislada en aire (AIS)

Aparamenta aislada en aire (AIS) utiliza aire como medio de aislamiento.

Ventajas:

• Estructura simple
• Menor coste de inversión inicial
• Ampliamente utilizado en subestaciones exteriores tradicionales

Sin embargo, debido a la limitada rigidez dieléctrica del aire, los equipos AIS generalmente requieren:

• Gran espacio de instalación
• Mayor ocupación de terreno

Aparamenta aislada en gas (GIS)

Aparamenta aislada en gas (GIS) utiliza Gas SF₆ como medio de aislamiento.

Ventajas:

• Estructura compacta
• Alta fiabilidad
• Bajos requisitos de mantenimiento

El GIS tiene ventajas significativas en:

• Áreas urbanas con recursos de suelo limitados
• Subestaciones subterráneas
• Condiciones ambientales adversas

Actualmente, El GIS ocupa la mayor cuota de mercado en el sector de aparamenta de alta tensión.

Aparamenta aislada en aceite (OIS)

Aparamenta aislada en aceite (OIS) utiliza aceite mineral como medio de aislamiento y refrigeración.

Ventajas:

• Alta rigidez dieléctrica
• Buen rendimiento de disipación de calor

Sin embargo, también presenta riesgos potenciales, entre ellos:

• Peligros ambientales por fugas de aceite
• Preocupaciones sobre seguridad contra incendios

Aparamenta aislada al vacío

Aparamenta aislada al vacío utiliza tecnología de vacío como medio de extinción de arco y es adecuada para niveles de tensión y condiciones operativas específicos.

4.3 Comparativa entre AIS y GIS

Aislamiento por aire y aislamiento por gas representan las dos principales rutas técnicas para la aparamenta de alta tensión. Difieren significativamente en múltiples aspectos:

AIS es ampliamente adoptado debido a su estructura simple y ventajas de menor coste inicial.
GIS se ha convertido en la solución preferida en aplicaciones que requieren instalación compacta, alta fiabilidad y gran adaptabilidad ambiental.

4.4 Escenarios de aplicación típicos

La aparamenta de alta tensión se aplica principalmente en:

Transmisión de Energía

Utilizada en sistemas de transmisión de alta tensión para:

• Transmisión de electricidad a larga distancia
• Interconexión de redes
• Conmutación y protección de sistemas eléctricos

Generación de energía

Utilizada en centrales eléctricas para:

• Conectar generadores con subestaciones elevadoras
• Gestión de la salida eléctrica y sistemas de protección

Grandes instalaciones industriales

Utilizada para proteger redes eléctricas propias en industrias que incluyen:

• Petróleo y gas
• Minería
• Industria pesada

Proyectos de infraestructura

Aplicada en sistemas eléctricos de infraestructuras críticas tales como:

• Tránsito ferroviario
• Proyectos hidroeléctricos a gran escala
• Otras instalaciones públicas importantes

5. Métodos de selección de aparamenta

5.1 Determinar la categoría del equipo según el nivel de tensión

El primer paso en la selección de aparamenta es determinar la clase de tensión del equipo de acuerdo con la tensión del sistema:

• Tensión del sistema ≤1kV: Seleccionar Aparamenta de Baja Tensión (BT).
• Tensión del sistema entre 1kV y 36kV: Seleccionar Aparamenta de Media Tensión (MT).
• Tensión del sistema >36kV: Seleccionar Aparamenta de Alta Tensión (AT).

Se debe prestar atención a las diferencias entre las normas regionales.

• Bajo Normas IEC, el rango de media tensión se define generalmente como 1kV to 52kV.
• Bajo normas ANSI norteamericanas, los límites pueden definirse en 38kV or 69kV.

Para proyectos de exportación, la versión de la norma aplicable debe confirmarse de acuerdo con los requisitos del mercado objetivo.

5.2 Seleccionar el método de aislamiento según el entorno de instalación

El entorno de instalación es un factor clave al seleccionar la tecnología de aislamiento:

Ubicaciones exteriores con espacio suficiente

AIS es una solución económica y práctica.

Ubicaciones con espacio limitado

Ejemplos:

• Subestaciones urbanas
• Salas de distribución subterráneas

GIS proporciona ventajas significativas debido a su estructura compacta.

Entornos con alta humedad, niebla salina y presencia de polvo

El estructura blindada metálica de GIS proporciona un mayor rendimiento de protección ambiental.

Proyectos con requisitos de protección ambiental

Las posibles soluciones incluyen:

• la aparamenta de media tensión libre de SF₆
• soluciones AIS

5.3 Determinar los parámetros técnicos según los requisitos operativos

Los siguientes parámetros técnicos clave deben confirmarse durante la selección:

Tensión Nominal

La tensión máxima de funcionamiento del equipo debe ser igual o superior a la tensión nominal del sistema.

Corriente Nominal

La capacidad de transporte de corriente continua bajo condiciones especificadas debe ser:

• Superior a la corriente máxima de funcionamiento del sistema
• Provista con un margen operativo adecuado

Corriente de Cortocircuito Nominal

La corriente máxima de cortocircuito que el equipo puede interrumpir de forma segura debe ser superior a la máxima corriente de cortocircuito posible del sistema.

Corriente nominal de corta duración admisible

La capacidad del equipo para soportar:

• Efectos térmicos
• Fuerzas electrodinámicas

durante condiciones de cortocircuito.

Grado de protección (código IP)

Indica la capacidad de protección del equipo contra:

• Objetos sólidos extraños
• Ingreso de agua

Para instalaciones de aparamenta en exteriores, el grado de protección es generalmente no inferior a IP54.

5.4 Seleccionar la forma estructural según el escenario de aplicación

Subestaciones de utilidad

Se debe dar prioridad a:

• Alta fiabilidad
• Bajos requisitos de mantenimiento

GIS es especialmente adecuado para subestaciones urbanas.

Distribución de energía industrial

Las opciones comunes incluyen:

• Aparamenta de media tensión blindada metálica
• Aparamenta blindada (metal-clad)

Los sistemas de baja tensión deben adoptar configuraciones jerárquicas que incluyan:

• Cuadros eléctricos principales
• Paneles de alimentación
• Centros de control de motores (MCC)

Proyectos de Energía Renovable

La selección del equipo debe considerar la adaptabilidad a:

• Operaciones de conmutación frecuentes
• Fluctuaciones de carga
• Condiciones ambientales exteriores

Proyectos llave en mano EPC

También es necesario coordinar las interfaces y la coordinación de protecciones entre:

• Celdas de media tensión
• Transformadores
• Cables
• Otros equipos aguas arriba y aguas abajo

5.5 Confirmar los requisitos de certificación y cumplimiento

Para proyectos de exportación destinados a diferentes regiones, el equipo de conmutación debe cumplir con las normas y certificaciones correspondientes:

5.6 Proceso recomendado para la selección de aparamenta eléctrica

Se puede llevar a cabo un proceso de selección integral siguiendo los siguientes pasos:

Paso 1: Definir los requisitos

Identificar:

• Escala del proyecto
• Requisitos de carga eléctrica
• Requisitos de fiabilidad del suministro eléctrico
• Rango presupuestario

Paso 2: Determinar el nivel de tensión y el tipo de equipo

Seleccionar:

• Aparamenta de baja tensión
• Equipo de conmutación de media tensión
• Aparamenta de alta tensión

según la tensión del sistema.

Paso 3: Seleccionar el método de aislamiento

Determinar:

• AIS
• GIS
• Otras soluciones de aislamiento

basado en:

• Espacio de instalación
• Condiciones ambientales
• Requisitos de protección ambiental

Paso 4: Confirmar los parámetros técnicos

Verificar indicadores clave, incluyendo:

• Voltaje nominal
• Corriente nominal
• Capacidad de ruptura de cortocircuito

Paso 5: Determinar el esquema de configuración

Definir:

• Esquema de conexión eléctrica principal
• Estructura del gabinete
• Sistema de protección
• Requisitos de monitoreo inteligente

Paso 6: Confirmar el cumplimiento de las normas

Verificar si el producto cumple con:

• Estándares del mercado objetivo
• Requisitos de certificación

Paso 7: Evaluar el coste del ciclo de vida

Considerar:

• Inversión inicial
• Costos de operación y mantenimiento
• Consumo de energía
• Vida útil

Paso 8: Seleccionar un proveedor cualificado

Evaluar a los fabricantes basándose en:

• Cualificaciones técnicas
• Experiencia en proyectos
• Sistema de gestión de calidad
• Capacidad de servicio posventa

6. Conclusión

Los equipos de conmutación de baja, media y alta tensión cubren en conjunto toda la cadena de energía eléctrica desde la distribución de energía terminal hasta los sistemas de transmisión de ultra alta tensión.

Las diferentes clases de tensión de los equipos de conmutación presentan diferencias significativas en cuanto a:

• Diseño estructural
• Tecnología de aislamiento
• Escenarios de aplicación
• Requisitos de selección de equipos

Aparamenta de baja tensión se centra en la flexibilidad y rentabilidad de la distribución de energía terminal.
Equipo de conmutación de media tensión ejecuta las funciones principales de control y protección dentro de las redes de distribución.
Aparamenta de alta tensión sirve como garantía clave para la transmisión de energía a larga distancia y la interconexión de redes.

El principio fundamental de la selección de aparamenta es la adecuación correcta:

• Nivel de voltaje debe coincidir con los requisitos del sistema.
• Método de aislamiento debe coincidir con el entorno de instalación.
• Parámetros técnicos deben coincidir con las condiciones operativas.
• Normas y certificaciones deben coincidir con los requisitos del mercado objetivo.

Solo cuando todos estos factores están correctamente coordinados, el equipo seleccionado puede satisfacer plenamente los requisitos reales del proyecto.

Zisheng Eléctrico se basa en años de experiencia en la fabricación de equipos eléctricos. Su cartera de productos incluye:

• Transformadores sumergidos en aceite
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Los productos pueden personalizarse y fabricarse de acuerdo con normas internacionales, incluyendo:

• IEC 62271
• IEC 60076
• GOST

Para mercados objetivo que incluyen Oriente Medio, América del Sur, África y Rusia, Zisheng Electric ha acumulado una amplia experiencia técnica en el abordaje de entornos operativos especiales tales como:

• Alta temperatura
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La empresa ha desarrollado capacidades correspondientes en:

• Diseño resistente a la humedad
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Acerca de ZISHENG ELECTRICAL

Zisheng somos un fabricante profesional con más de 19 años de experiencia en la producción de Transformadores Sumergidos en Aceite, Subestación Compacta, Transformadores Montados en Base, Transformadores Montados en Poste y Transformadores de Tipo Seco. Poseemos los certificados de ISO/CE/IEC 60076 y TUV Rheinland.
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