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Subestaciones y líneas de distribución

Entre el generador y el tomacorriente hay una cadena de transformadores, aparatos de maniobra y kilómetros de conductores que alguien tiene que proyectar, construir, operar y mantener. Esta página sigue el último tramo de esa cadena —de la media tensión a la puerta del usuario— y también el modo de trabajo que exige: planificar la obra, controlar su calidad, cumplir los plazos y no dejar incendios ni derrames.

Centro de transformación Esquema unifilar Líneas aéreas y subterráneas Caída de tensión Camino crítico

01Qué es una subestación y qué tipos hay

Una subestación es el conjunto de equipos donde se cambia o se regula la tensión y desde donde se reparte la energía: transformadores, aparatos de maniobra y de protección, barras y los instrumentos que miden y vigilan todo eso. Se las distingue por lo que hacen:

Elevadora, en la central: sube la tensión del generador para transportar la energía (ver Energía eléctrica).
Estación transformadora (ET): baja de alta tensión (132 kV, por ejemplo) a media tensión (33 o 13,2 kV) y reparte a varios alimentadores.
Centro de transformación (CT): el último escalón, donde 13,2 kV pasan a 380/220 V para el barrio, el edificio o la fábrica.
De maniobra o seccionamiento: no transforma; solo conecta, desconecta y reconfigura la red para aislar una falla o hacer un trabajo.

Esta página trata sobre todo el CT, que es el que más se proyecta y se construye en una escuela técnica, y sus ideas valen para una ET grande, que solo agrega más equipos. Según cómo están construidos, los CT son de cuatro tipos:

Tipo	Cómo es	Potencia orientativa	Dónde se usa	A favor y en contra
Aéreo (en poste o en plataforma)	El transformador va colgado de un poste o apoyado en una plataforma entre dos. Se maniobra con seccionadores fusible y se protege del rayo con descargadores. Un cable baja a un tablero de baja tensión.	hasta unos 160 kVA en un poste; hasta unos 315 kVA en dos	Zonas rurales y suburbanas, loteos.	Barato y rápido de montar. Está a la intemperie, sin protecciones sofisticadas, y es accesible a quien trepe.
A nivel (en cabina)	Local de mampostería u hormigón con celdas de media tensión, transformador y tablero de baja. Se entra desde la vereda o desde el patio.	250 a 1 000 kVA	Industrias, barrios, edificios, comercios grandes.	Protegido y fácil de operar. Ocupa terreno y exige ventilación y foso para el aceite.
Subterráneo (en cámara)	Cámara bajo la vereda o en un sótano; entrada y salida por cables.	250 a 630 kVA	Centros urbanos densos, donde no hay lugar ni se admiten líneas aéreas.	No se ve ni molesta. Es caro, necesita ventilación forzada y puede inundarse.
Compacto (prefabricado)	Caja metálica o de hormigón que llega armada y ensayada de fábrica; se coloca sobre una base y se conectan los cables.	100 a 1 000 kVA	Parques industriales, barrios nuevos, obras con plazo corto.	Montaje en pocos días y calidad de fábrica. Exige grúa y transporte.

Las potencias de la tabla son órdenes de magnitud: cada distribuidora fija los tipos y límites que acepta en su zona. Los transformadores se fabrican en potencias normalizadas (63, 100, 160, 250, 400, 630, 1 000 kVA…), y el de distribución habitual tiene conexión triángulo en media tensión y estrella con neutro en baja (grupo Dyn11), de modo que el neutro de 380/220 V sale directo del secundario.

Aceite o seco

El transformador de aceite mineral es el más común: el aceite aísla y además lleva el calor del núcleo y de los bobinados a las paredes del tanque (enfriamiento natural, ONAN). El seco encapsulado en resina no tiene líquido: se usa dentro de edificios, hospitales o lugares con mucha gente, porque no hay aceite que derramar ni que arda. Cuesta más y tolera peor las sobrecargas.

Un CT no se abre «para mirar»

Dentro de un centro de transformación hay 13 200 V y, aunque la puerta esté al nivel de la calle, el acceso es solo para personal habilitado por la distribuidora o por el responsable de la instalación. La media tensión no necesita contacto para ser mortal, y los trabajos en ella siguen procedimientos propios (ver Trabajos con tensión y Higiene y seguridad laboral).

02El esquema unifilar y sus equipos

Un esquema unifilar dibuja con una sola línea lo que en realidad son tres fases. No muestra cada cable, sino el orden en que la energía atraviesa los aparatos y qué protege a qué. Se lee de izquierda a derecha, de la red al usuario. La figura muestra un CT de 400 kVA, 13,2/0,4 kV, y cuatro situaciones por las que pasa en su vida.

Figura 1. Esquema unifilar de un centro de transformación de 13,2/0,4 kV, animado en cuatro situaciones. El verde marca lo que tiene 13,2 kV, el naranja lo que tiene 0,4 kV y el gris lo que está sin tensión. Observá en cuál de ellas el interruptor actúa y en cuál se usa el seccionador.

Equipo	Qué hace	Qué puede cortar
Seccionador	Separa un tramo y deja una distancia de aislación visible: se ve que está abierto.	Nada con carga. Se opera sin corriente.
Seccionador bajo carga	Maniobra el CT en servicio normal. Suele llevar fusibles en serie.	La corriente nominal, pero no un cortocircuito.
Fusible de media tensión	Protege al transformador y a la red de un cortocircuito. Se funde y se cambia.	Cortocircuitos, una sola vez.
Interruptor automático	Conecta y desconecta con carga y despeja cortocircuitos, comandado por relés. Se rearma y se reutiliza.	Corriente de carga y de cortocircuito.
Transformador de corriente (TI) y de tensión (TV)	Reducen corriente y tensión a valores normalizados (por ejemplo 5 A o 1 A en el TI) que pueden medir los instrumentos y los relés.	No corta: mide.
Relé de protección	Recibe la señal del TI, la compara con su ajuste y ordena abrir el interruptor. Los números del estándar ANSI/IEEE lo identifican: 50 (sobrecorriente instantánea), 51 (sobrecorriente con retardo), 87 (diferencial).	No corta: manda cortar.
Descargador de sobretensión	Deriva a tierra las sobretensiones de origen atmosférico o de maniobra antes de que dañen el aislante.	No corta: protege el aislamiento.
Barras	Conductor grueso de cobre o aluminio al que se conectan los circuitos de entrada y de salida: el punto de reparto.	—
Puesta a tierra	Une las partes metálicas y el neutro al terreno, para limitar las tensiones de contacto y de paso y dar camino a la corriente de falla (Puesta a tierra, aislación y ensayo de generadores).	—

El seccionador no es un interruptor

Abrir un seccionador con corriente produce un arco que se sostiene, puede propagarse entre fases y herir a quien está al lado. Por eso el orden es siempre el mismo: para desenergizar, primero el interruptor (que corta con carga) y recién después el seccionador; para energizar, al revés: primero el seccionador, después el interruptor. Los equipos bien hechos tienen un enclavamiento que impide invertir la secuencia.

Protecciones del transformador

Además de los fusibles o del relé de sobrecorriente, un transformador de aceite lleva sus propias protecciones: un termómetro con contactos que alarma y dispara por temperatura, un indicador del nivel de aceite, una válvula de alivio de presión y, en los que tienen tanque conservador, un relé Buchholz, que detecta el gas que se forma dentro del tanque cuando hay un arco o un recalentamiento interno. En los grandes se agrega el relé diferencial. Cómo se coordinan unas con otras está en Protección eléctrica y la protección específica del transformador, en Calidad del suministro y protección de máquinas.

Ejemplo · Corrientes de un transformador de 400 kVA

Un transformador de 400 kVA, relación 13,2/0,4 kV, con tensión de cortocircuito u_k = 4 %. ¿Qué corriente circula por cada lado y qué corriente de cortocircuito debe soportar el interruptor de baja tensión? Con la fórmula de la corriente de un sistema trifásico:

I_{n} = \frac{S_{n}}{\sqrt{3} \cdot V_{n}}

Sₙ: potencia nominal (kVA) · Vₙ: tensión nominal de línea del lado que se calcula

I_{1 n} = \frac{400 kVA}{\sqrt{3} \cdot 13,2 kV} = 17,5 A

I_{2 n} = \frac{400 kVA}{\sqrt{3} \cdot 0,4 kV} = 577 A

La corriente de cortocircuito en bornes de baja, suponiendo una red de media tensión muy potente (la peor situación para el interruptor), se estima con la tensión de cortocircuito del transformador:

I_{cc} \approx \frac{I_{n}}{u_{k}}

uₖ: tensión de cortocircuito del transformador, en por unidad (4 % = 0,04)

I_{cc} \approx \frac{577 A}{0,04} = 14 400 A \approx 14,4 kA

El interruptor general de baja tensión debe tener un poder de corte superior a 14,4 kA: se elige el valor normalizado inmediato, por ejemplo 25 kA. Uno de 10 kA se destruiría en el primer cortocircuito. Del lado de media, la corriente nominal es de solo 17,5 A; el fusible se elige con la tabla del fabricante, de modo que soporte la corriente de energización del transformador —varias veces la nominal, durante décimas de segundo— sin fundirse.

03Líneas de distribución: aéreas y subterráneas

Del CT salen las redes de baja tensión hacia los usuarios, y a él llegan las de media tensión. Unas y otras pueden ir por el aire, sostenidas por postes, o bajo tierra, en cables aislados. Las dos soluciones coexisten en cualquier ciudad.

Líneas aéreas

Elemento	Función y variantes
Conductores	Llevan la corriente. En media tensión rural, desnudos de aluminio con alma de acero (Al/Ac): el aluminio conduce y el acero resiste la tracción. En zonas con árboles se usan conductores cubiertos o protegidos. En baja tensión, el cable preensamblado: tres fases aisladas con polietileno reticulado (XLPE), trenzadas alrededor de un neutro portante.
Aisladores	Separan el conductor del soporte y resisten la tensión. Rígidos (de perno) donde la línea sigue recta; de suspensión (cadenas) donde el conductor se retiene o dobla. De porcelana, vidrio templado o polímero (silicona). Se dimensionan por la tensión y por la línea de fuga, que debe crecer en zonas de costa, de industria o de polvo.
Estructuras	Postes de hormigón armado (el más usado), de madera tratada o de acero; torres reticuladas en tensiones mayores. Por su función: de suspensión (alineación), de retención, de ángulo, terminales y de derivación. Se calculan para el peso, el viento y la tracción de los conductores.
Crucetas, ménsulas y herrajes	De hormigón, madera o acero galvanizado: sostienen los aisladores y fijan la distancia entre fases.
Retenidas	Cables de acero que contrarrestan el esfuerzo lateral en postes terminales, de ángulo y de retención.
Puesta a tierra y descargadores	Los herrajes metálicos se ponen a tierra; los descargadores se colocan al comienzo de la línea, en los CT y en los puntos expuestos al rayo.

Entre dos postes el conductor cuelga formando una curva (catenaria). La distancia vertical entre la recta que une los puntos de sujeción y el punto más bajo se llama flecha, y la distancia entre postes, vano. Con calor el conductor se dilata y la flecha aumenta, de modo que baja la altura libre sobre el suelo; con frío el conductor se contrae y la tracción crece. Los dos extremos se verifican al proyectar. Las alturas y distancias de seguridad a caminos, edificios y árboles son el tema de Fallas y seguridad en redes de distribución.

Líneas subterráneas

Un cable de media tensión no es un cable de baja con más aislante: tiene una estructura en capas pensada para controlar el campo eléctrico, de adentro hacia afuera:

Capa	Función
Conductor	Cobre o aluminio, normalmente cableado en hilos.
Semiconductora interna	Iguala el campo sobre la superficie rugosa del conductor y evita descargas parciales.
Aislación	Polietileno reticulado (XLPE) en los cables modernos; papel impregnado en aceite en los antiguos.
Semiconductora externa	Completa el control del campo en la cara exterior de la aislación.
Pantalla metálica	Cobre (hilos o cinta) puesto a tierra: confina el campo adentro del cable y lleva la corriente de falla.
Cubierta exterior	Protege de la humedad y de los daños mecánicos; si va armado, lleva una armadura metálica.

El cable se puede tender directamente enterrado (zanja con lecho de arena, protección mecánica por encima y cinta de advertencia) o dentro de ductos con cámaras de paso, que permiten reemplazarlo sin abrir la calle. Los empalmes y terminales son los puntos más delicados: un porcentaje alto de las fallas ocurre ahí, y solo los arma personal calificado, con el kit del fabricante. La corriente admisible depende de cómo se tiende (enterrado o en ducto), de la temperatura y de la resistividad térmica del suelo, y de cuántos cables van juntos. El radio de curvatura mínimo y la tracción máxima de tendido los da el fabricante.

Aspecto	Línea aérea	Línea subterránea
Costo inicial	Menor.	Bastante mayor (zanjas, cables, empalmes).
Construcción	Rápida.	Más lenta; obras en la vía pública.
Fallas	Más frecuentes (viento, ramas, aves, choques), pero casi siempre transitorias.	Menos frecuentes, pero casi siempre permanentes (daño en la aislación).
Reparación	Se ve la falla y se repara en horas.	Hay que localizarla con instrumentos y excavar; puede llevar días.
Seguridad y paisaje	Hay contacto accidental posible y afecta el paisaje.	Sin riesgo de contacto salvo excavaciones; sin impacto visual.
Dónde conviene	Campo, suburbio, tramos largos.	Centros urbanos densos, zonas protegidas, cruces especiales.

Qué norma rige

Los centros de transformación y suministro en media tensión están reglamentados por la AEA 95401, las líneas subterráneas exteriores de energía por la AEA 95101, y las líneas aéreas exteriores por la reglamentación de la AEA para ese tipo de líneas. Los materiales se ensayan según normas IRAM. En Córdoba, la distribuidora fija además sus propios requisitos para conectar un CT a su red, bajo el control del ERSeP. La instalación interior del usuario, aguas abajo del medidor, se rige por la AEA 90364 (Instalaciones eléctricas).

04Caída de tensión en una línea

Un conductor tiene resistencia y, en alterna, también reactancia. Cuando circula corriente, cada tramo «se queda» con una parte de la tensión, y la que llega al final es menor que la de origen. Esa diferencia es la caída de tensión. No es un detalle: un motor de inducción desarrolla un par que depende del cuadrado de la tensión, de modo que con 10 % menos de tensión entrega apenas un 81 % de su par; las lámparas dan menos luz y los equipos electrónicos se reinician. Para una línea trifásica, con la carga concentrada al final:

Δ V = \sqrt{3} \cdot I \cdot L \cdot (R′ \cdot \cos φ + X′ \cdot sen φ)

R′ y X′: resistencia y reactancia por kilómetro (Ω/km) · L: longitud (km) · I: corriente de línea (A)

ε = \frac{Δ V}{V_{n}} \cdot 100 %

La reactancia solo pesa en media tensión y en conductores gruesos; en cables de baja tensión de pequeña sección se usa la forma simplificada (en un circuito monofásico, la corriente hace ida y vuelta):

Δ V \approx \sqrt{3} \cdot I \cdot L \cdot R′ \cdot \cos φ

Aproximación para baja tensión con cable de pequeña reactancia (X′ ≪ R′).

Δ V = 2 \cdot I \cdot L \cdot R′ \cdot \cos φ

Circuito monofásico: la corriente recorre ida y vuelta (por eso el 2).

El valor admisible lo fija la normativa o la distribuidora para cada tipo de red: en el ejemplo se usa 5 % como criterio de proyecto, y las instalaciones interiores tienen sus propios límites en la AEA 90364. Para corregir una caída excesiva hay cuatro caminos: aumentar la sección, acortar el recorrido, subir la tensión de la línea o reducir la corriente (por ejemplo, corrigiendo el factor de potencia, ver Potencia en corriente alterna). En el transformador se puede además cambiar la toma, normalmente en pasos de 2,5 %.

Ejemplo · Una línea de 13,2 kV de 8 km

Una línea trifásica de 13,2 kV y 8 km alimenta una carga de 1,5 MW con cos φ = 0,9 en el extremo. Se comparan dos conductores de Al/Ac, con datos supuestos de catálogo: 50/8 mm² (R′ = 0,59 Ω/km, X′ = 0,38 Ω/km) y 95/15 mm² (R′ = 0,31 Ω/km, X′ = 0,35 Ω/km). ¿Cumplen con una caída máxima de 5 %?

Corriente y seno del ángulo:

I = \frac{1,5 MW}{\sqrt{3} \cdot 13,2 kV \cdot 0,9} = 72,9 A

sen φ = \sqrt{1 - {0,9}^{2}} = 0,436

Conductor de 50/8 mm²:

Δ V = \sqrt{3} \cdot 72,9 A \cdot 8 km \cdot (0,59 \cdot 0,9 + 0,38 \cdot 0,436) Ω/km = 704 V

ε = \frac{704 V}{13 200 V} \cdot 100 = 5,33 %

Conductor de 95/15 mm²:

Δ V = \sqrt{3} \cdot 72,9 A \cdot 8 km \cdot (0,31 \cdot 0,9 + 0,35 \cdot 0,436) Ω/km = 436 V \to ε = 3,30 %

El de 50/8 mm² no cumple: la caída (5,33 %) supera el límite y la tensión en la carga baja a 12 496 V. El de 95/15 mm² cumple con 3,30 %. Además de la caída, la sección menor pierde más energía en forma de calor:

Δ P = 3 \cdot R \cdot I^{2}

R: resistencia de un conductor de toda la línea (R′ · L)

Δ P_{50/8} = 3 \cdot (0,59 \cdot 8 Ω) \cdot {(72,9 A)}^{2} \approx 75 kW

Δ P_{95/15} = 3 \cdot (0,31 \cdot 8 Ω) \cdot {(72,9 A)}^{2} \approx 39,5 kW

El conductor más delgado desperdicia 75 kW, un 5 % de la potencia transportada, contra 39,5 kW (2,6 %) del más grueso. El conductor grueso cuesta más al comprarlo, pero la diferencia de pérdidas se paga cada hora de servicio durante décadas.

Figura 2. Perfil de tensión de la línea del ejemplo con dos conductores, animado. La tensión baja en línea recta con la distancia; el conductor de 50/8 mm² cruza el límite del 5 % a unos 7,5 km y el de 95/15 mm² llega a los 8 km con margen.

05Planificar la obra: calidad, productividad y camino crítico

Una subestación o una línea se construye con cuadrillas, camiones, materiales que llegan de afuera y permisos que dependen de terceros. Un buen proceso de trabajo recorre siempre las mismas etapas: relevamiento y proyecto, planificación, ejecución con control, ensayos y habilitación y cierre, con los planos conforme a obra y el informe final.

Calidad: hacer bien lo que se pidió

La calidad no es un adorno sino una lista de comprobaciones que se acuerda antes de empezar. Un plan de inspección y ensayos fija en qué momento se controla cada cosa, con qué instrumento, qué valor se acepta y quién lo firma; algunos controles son puntos de detención: sin la aprobación no se sigue (por ejemplo, la profundidad y verticalidad de los postes antes de hormigonar). Lo que no cumple es una no conformidad: se registra, se corrige y se busca la causa.

Control	Cuándo	Qué se verifica
Recepción de materiales	Al llegar a obra	Que coincidan con la especificación y las normas IRAM, la chapa de datos y el protocolo de ensayo de fábrica.
Replanteo y fundaciones	Antes de hormigonar o izar	Ubicación, profundidad y verticalidad de los postes; distancias y alturas de proyecto.
Aislación de cables	Antes de energizar	Resistencia de aislación con megóhmetro de tensión acorde, contra el valor de la especificación del cable.
Puesta a tierra	Antes de energizar	Resistencia de puesta a tierra, medida con telurímetro, menor o igual al valor de proyecto.
Transformador y protecciones	En la puesta en servicio	Relación de transformación, nivel y rigidez del aceite, ajuste de relés y disparo del interruptor.
Planos conforme a obra	Al cerrar la obra	Que el plano muestre lo que realmente se construyó, no lo que se proyectó.

Productividad: cuánto rinde el trabajo

La productividad relaciona lo que se produce con los recursos que se usaron para producirlo. En una obra de líneas, se mide en metros de línea tendidos, postes parados o conexiones hechas por hora de trabajo de una persona.

P = \frac{cantidad producida}{recurso empleado}

Ejemplo · Una cuadrilla de cuatro

Una cuadrilla de 4 personas tiende y regula 400 m de línea en 3 jornadas de 8 horas. El presupuesto suponía 5 m por hora-persona. ¿Cuánto rindió?

P = \frac{400 m}{4 personas \cdot 3 d \cdot 8 h} = \frac{400 m}{96 h·persona} = 4,17 m/(h·persona)

\frac{4,17}{5} \cdot 100 = 83 %

Rindió el 83 % de lo previsto. Antes de exigir más a la cuadrilla conviene preguntar por qué: ¿faltó material en el frente de trabajo?, ¿hubo que rehacer un tramo?, ¿llovió? Los retrabajos, las esperas y los traslados se llevan más horas que la tarea en sí, y la calidad y la productividad van juntas: lo que se hace mal dos veces rinde la mitad.

Cronograma y tiempos críticos

El cronograma ordena las tareas en el tiempo. Se parte de la estructura de la obra (qué tareas hay), se estima la duración de cada una a partir de la productividad esperada, se definen las precedencias (qué tiene que terminar antes de qué) y se asignan recursos. Con eso se dibuja el diagrama de Gantt o la red de tareas y se calcula el camino crítico: la secuencia de tareas más larga, que fija el plazo de toda la obra. Cada tarea tiene un inicio y un fin más tempranos (ES, EF) y un inicio y fin más tardíos (LS, LF), que son los que todavía no atrasan la obra; su diferencia es la holgura.

{ES}_{j} = \max ({EF}_{i}) para toda tarea i que precede a j

{EF}_{j} = {ES}_{j} + d_{j} holgura = {LS}_{j} - {ES}_{j}

ES: inicio más temprano · EF: fin más temprano · LS: inicio más tardío · d: duración

Ejemplo · Camino crítico de un CT aéreo con 400 m de línea

La obra tiene ocho tareas. El transformador se compra y tarda 7 días en llegar. Las duraciones están en días de trabajo.

Tarea	Duración	Precede	ES	EF	LS	LF	Holgura
A · Replanteo y permisos	2	—	0	2	1	3	1
B · Hoyos y postes	4	A	2	6	3	7	1
C · Tendido de conductores	3	B	6	9	8	11	2
D · Entrega del transformador	7	—	0	7	0	7	0
E · Montaje del CT	2	B, D	7	9	7	9	0
F · Puesta a tierra	2	B	6	8	9	11	3
G · Conexión BT y tablero	2	E	9	11	9	11	0
H · Ensayos y habilitación	2	C, F, G	11	13	11	13	0

Pasada hacia adelante: la tarea E necesita que terminen B y D, y D termina más tarde, de modo que E arranca el día 7. Y H espera a las tres tareas que la preceden:

{ES}_{E} = \max ({EF}_{B}, {EF}_{D}) = \max (6, 7) = 7 \to {EF}_{E} = 7 + 2 = 9

{ES}_{H} = \max (9, 8, 11) = 11 \to {EF}_{H} = 11 + 2 = 13 d

El plazo es de 13 días. La pasada hacia atrás, desde el día 13, da los inicios más tardíos y la holgura de cada tarea. Las que tienen holgura cero (D, E, G y H) forman el camino crítico: 7 + 2 + 2 + 2 = 13. Los otros recorridos son más cortos: A, B, C y H suman 2 + 4 + 3 + 2 = 11 días (2 de holgura) y A, B, F y H suman 10 (3 de holgura). La conclusión sorprende a quien no planifica: lo que fija el plazo no es el trabajo de campo sino la entrega del transformador.

Figura 3. Camino crítico de la obra del ejemplo, animado. Primero las tareas y sus precedencias; después el camino crítico (en rojo); y por último qué ocurre cuando se atrasa una tarea crítica y cuando se atrasa una con holgura.

Qué se hace con el camino crítico

Para acortar la obra solo sirve acortar las tareas críticas: pedir el transformador antes, sumar recursos al montaje, hacer en paralelo lo que se puede. Acelerar las tareas con holgura no cambia nada. Para no atrasarse hay que vigilar las críticas todos los días y las de holgura corta, cada tanto. Y la holgura se administra: es margen para imprevistos, y una tarea que la consume pasa a ser crítica.

06Eficiencia, prevención de incendios y cuidado del ambiente

Eficiencia: pérdidas que se pagan todos los días

Una red no es perfecta: parte de la energía se pierde como calor, en el transformador y en los conductores. Las pérdidas del transformador son de dos tipos (ver Transformadores): las del hierro, que están siempre mientras esté conectado, aunque no tenga carga, y las del cobre, que crecen con el cuadrado de la corriente. Por eso el rendimiento tiene un máximo, que se produce cuando las dos son iguales:

x_{opt} = \sqrt{\frac{P_{0}}{P_{k}}}

x: fracción de la potencia nominal a la que rinde más · P₀: pérdidas en vacío (hierro) · Pₖ: pérdidas con carga nominal (cobre)

Ejemplo · ¿A qué carga rinde más un transformador de 400 kVA?

Un transformador de 400 kVA tiene (datos de catálogo, orientativos) P₀ = 0,93 kW de pérdidas en vacío y P_k = 4,6 kW con carga nominal. Con factor de potencia 0,9:

x_{opt} = \sqrt{\frac{0,93 kW}{4,6 kW}} = 0,45

Carga	Potencia entregada	Pérdidas totales	Rendimiento
20 %	72 kW	1,11 kW	98,48 %
45 %	162 kW	1,86 kW	98,86 %
100 %	360 kW	5,53 kW	98,49 %

La diferencia en porcentaje parece chica, pero el transformador está conectado las 8 760 horas del año: elegirlo muy grande para «ir sobrado» lo hace trabajar lejos de su mejor punto y se pagan pérdidas en vacío de más; elegirlo chico lo sobrecalienta y acorta su vida. El criterio es dimensionar por la demanda real y dejar una reserva razonable.

Las demás palancas de eficiencia son las del ejemplo de la sección anterior —secciones adecuadas, recorridos cortos y tensión elevada— y mantener el factor de potencia alto para que circule menos corriente. En el proceso de trabajo, la eficiencia es también planificar los cortes de servicio para que duren lo mínimo y no repetir maniobras.

Prevención de incendios

El aceite mineral de un transformador no se enciende fácilmente, pero cuando un arco interno lo calienta puede arder, y un tanque con cientos de litros alimenta un incendio grande. Las causas habituales son una falla interna, una sobrecarga sostenida, un borne flojo que se calienta y la contaminación del aceite. Se previene con:

Ubicación y separación: distancia a edificios, a otros equipos y a materiales combustibles, con muros cortafuego entre transformadores o hacia locales vecinos, según el proyecto.
Foso colector bajo el transformador, lleno de piedra, que retiene el aceite y apaga la llama porque lo enfría, conectado a un pozo separador.
Protecciones que desconecten rápido (Buchholz, temperatura, sobrecorriente) y detección de humo o temperatura en las cabinas.
En interiores, transformadores secos o con líquidos de alto punto de inflamación.
Mantenimiento: reapriete de bornes, termografía, análisis del aceite (Gestión del mantenimiento).
Extintores adecuados para fuego en equipos con tensión (de dióxido de carbono o de polvo ABC), señalizados y vigentes, y un plan de emergencia conocido por todos.

Fuego en un equipo eléctrico

No se apaga con agua ni con espuma un equipo que puede tener tensión. Primero se corta la alimentación —si se puede hacer sin riesgo— y se avisa a la distribuidora y a los bomberos. Se usa un extintor de CO₂ o de polvo ABC desde la distancia que marca su etiqueta, y no se entra a una cabina llena de humo: hay arco y gases. Los requisitos de protección contra incendios del lugar de trabajo están en el capítulo 18 y el Anexo VII del Decreto 351/79 (Ley 19.587).

Cuidado del ambiente

Derrames de aceite: contaminan el suelo y el agua. El foso colector, el pozo separador y la revisión periódica de juntas y válvulas son parte del proyecto, no un agregado. El aceite usado y los materiales empapados son residuos peligrosos (Ley 24.051): los retira un transportista y los trata un operador habilitados, con registro.
PCB (policlorobifenilos): algunos transformadores y capacitores viejos, anteriores a la década del 80, usaron aceites que los contienen. Son contaminantes orgánicos persistentes: no se degradan, se acumulan en los seres vivos y son tóxicos. La Ley 25.670 fija los presupuestos mínimos para su gestión y eliminación. En un equipo viejo no se asume nada: se toma una muestra de aceite y un laboratorio lo analiza; si contiene PCB, el equipo se identifica, se aísla y se gestiona como residuo peligroso, sin intentar reciclar el aceite.
Gas SF₆: algunas celdas de media tensión lo usan como aislante. Es un gas de efecto invernadero miles de veces más potente que el CO₂: no se ventea, se recupera.
Líneas y entorno: el trazado y la franja de servidumbre (Ley 19.552, servidumbre administrativa de electroducto) se negocian con los propietarios; la poda se hace controlada y los conductores protegidos o los balizadores reducen el impacto sobre las aves. Todo proyecto cumple además con la Ley General del Ambiente (25.675).
Escombros y embalajes: bobinas, maderas, hierros y restos de hormigón se clasifican y se retiran, no se entierran en la obra.

07En el taller y en la obra

Práctica 1 · Leer el unifilar de un centro de transformación

Materiales: plano unifilar de un CT real (de la escuela, de una cooperativa o de la distribuidora) y, si se autoriza una visita guiada, el CT correspondiente solo para observar desde donde indique el responsable. Pasos: 1) identificar y nombrar cada símbolo (seccionador, interruptor, TI, relé, descargador, barras); 2) anotar la potencia, la relación de transformación y la protección de cada salida; 3) calcular la corriente nominal de ambos lados y la de cortocircuito en baja; 4) escribir, en una hoja, la secuencia para dejar el CT sin tensión. Se mide: nada con instrumento. Criterio de aceptación: las corrientes calculadas coinciden con las del plano o la chapa de datos con menos de 5 % de diferencia y la secuencia respeta el orden interruptor-seccionador-verificación-puesta a tierra.

Práctica 2 · Medir una caída de tensión

Materiales: 50 m de cable bipolar de 2,5 mm², desenrollado por completo, una carga resistiva de 1 000 W (calefactor o plancha), un tomacorriente con protección diferencial y termomagnética, voltímetro y pinza amperométrica. Pasos: 1) con la carga conectada, medir la tensión en el origen del cable y en el extremo; 2) medir la corriente; 3) calcular la resistencia del conjunto (ida y vuelta, 100 m) y la caída esperada:

R = ρ \cdot \frac{2 \cdot L}{S} = 0,0175 Ω·mm²/m \cdot \frac{100 m}{2,5 mm²} = 0,70 Ω

I = \frac{1 000 W}{220 V} = 4,55 A \to Δ V = 4,55 A \cdot 0,70 Ω = 3,18 V \approx 1,4 %

Criterio de aceptación: la caída medida difiere de la calculada en menos de 15 % (el cobre caliente tiene algo más de resistencia que a 20 °C) y la tensión en el extremo es mayor que el 95 % de la del origen.

Práctica con 220 V

La práctica 2 se hace con tensión de red: cable desenrollado (una bobina enrollada con carga se recalienta), conexiones aisladas, tablero protegido, ningún conductor pelado a la vista y el docente presente. La corriente de 4,5 A no es peligrosa para el cable, pero la tensión sí lo es para las personas.

Práctica 3 · Cronograma de la obra de un CT

Materiales: la tabla de tareas de la sección 05 sin las columnas ES a holgura, papel cuadriculado, lápiz y regla. Pasos: 1) dibujar la red de tareas con sus precedencias; 2) calcular a mano ES y EF de cada una (pasada hacia adelante) y LS y LF (pasada hacia atrás); 3) marcar el camino crítico y dibujar el diagrama de barras; 4) repetir el cálculo con la entrega del transformador demorada 3 días y con el tendido demorado 2 días. Criterio de aceptación: plazo de 13 días con camino D-E-G-H; con el atraso de 3 días en D, plazo de 16; con el atraso de 2 días en C, plazo de 13 y holgura 0 en A, B y C.

Práctica 4 · Inspección de una línea aérea desde el suelo

Materiales: planilla, cámara y prismáticos. Pasos: recorrer 200 m de una línea de baja o media tensión, sin acercarse a menos de lo que indica el responsable ni tocar nada; anotar en la planilla el tipo de postes y de aisladores, inclinación de postes, estado de retenidas, vegetación cercana, altura aparente de los conductores sobre los caminos y señalización. Criterio de aceptación: la planilla identifica cada elemento de la tabla de la sección 03 con una foto y se listan las anomalías para comunicar a la distribuidora.

08Errores frecuentes

Error	Consecuencia
Abrir un seccionador con carga	Arco que se sostiene y puede propagarse; riesgo de quemaduras graves. Se abre primero el interruptor.
Elegir el interruptor de baja tensión por la corriente nominal solamente	Si su poder de corte es menor que la corriente de cortocircuito, se destruye al despejar la primera falla.
Calcular la caída de tensión con la corriente de una sola fase o con la tensión equivocada (de fase en lugar de línea)	El resultado queda errado en un factor de √3 y un conductor que no cumple parece correcto.
Olvidar el «2» (ida y vuelta) en un circuito monofásico	La caída calculada es la mitad de la real.
Planificar con todas las tareas encadenadas una tras otra	El plazo sale demasiado largo y no se ve cuáles pueden hacerse en paralelo.
Acelerar tareas con holgura para recuperar el atraso	No se gana un solo día: lo que manda es el camino crítico.
Empezar la obra sin haber pedido el material de plazo largo	El transformador, como en el ejemplo, pasa a fijar el plazo de toda la obra.
Asumir que un transformador viejo no tiene PCB	Residuo peligroso mal gestionado, multas y daño ambiental persistente. Se analiza el aceite.
Tirar el agua a un transformador o a un tablero en llamas	Electrocución del que apaga y propagación del fuego. Se corta la tensión y se usa el extintor correcto.
Entregar la obra sin planos conforme a obra	La próxima persona que trabaje allí no sabe qué hay enterrado ni cómo está conectado.

09Autoevaluación

¿Qué diferencia hay entre un seccionador y un interruptor automático? ¿Cuál se abre primero para desenergizar?

El interruptor corta con carga y con cortocircuito; el seccionador no puede cortar corriente y sirve para dejar una distancia de aislación visible. Para desenergizar se abre primero el interruptor y después el seccionador; para energizar, al revés. Después de abrir se verifica la ausencia de tensión y se pone a tierra.

¿Cuál es la corriente nominal del lado de 0,4 kV de un transformador de 160 kVA?

I_{n} = \frac{160 kVA}{\sqrt{3} \cdot 0,4 kV} = 231 A

Con ese valor se elige la protección general de baja tensión y la sección de los conductores de salida.

Nombrá cuatro elementos de una línea aérea y la función de cada uno.

Conductores (llevan la corriente), aisladores (separan el conductor del soporte), postes o estructuras (sostienen todo con cálculo mecánico) y retenidas (contrarrestan esfuerzos laterales). También: crucetas y herrajes, descargadores y puesta a tierra.

Una línea trifásica de 380 V alimenta 40 kW con cos φ = 0,9 a 150 m, con un cable de R′ = 0,87 Ω/km y X′ = 0,08 Ω/km. ¿Cuál es la caída de tensión?

Primero la corriente:

I = \frac{40 kW}{\sqrt{3} \cdot 380 V \cdot 0,9} = 67,5 A

Después la caída, con senφ = 0,436:

Δ V = \sqrt{3} \cdot 67,5 A \cdot 0,15 km \cdot (0,87 \cdot 0,9 + 0,08 \cdot 0,436) Ω/km = 14,3 V \to ε = \frac{14,3 V}{380 V} = 3,8 %

Es un 3,8 %: cumple un límite de 5 %, y no cumpliría uno de 3 %.

En la obra del ejemplo, ¿qué pasa si la entrega del transformador se atrasa un día? ¿Y si se atrasa un día la puesta a tierra?

Con el transformador atrasado un día (D = 8 d), la tarea E arranca el día 8 y toda la obra se corre un día:

{ES}_{E} = 8, {EF}_{G} = 12, {EF}_{H} = 14 d

En cambio la puesta a tierra tiene 3 días de holgura: un día de atraso no cambia el plazo.

¿Cuándo conviene una línea subterránea y cuándo una aérea?

La aérea es más barata, rápida y fácil de reparar: conviene en el campo y en tramos largos. La subterránea es más cara pero no se ve y está protegida del viento y de los choques: conviene en centros urbanos densos y zonas protegidas. Sus fallas son menos frecuentes pero casi siempre permanentes, y cuestan más repararse.

Un transformador de aceite de 1970 se va a retirar del servicio. ¿Qué hay que averiguar antes de moverlo?

Si el aceite contiene PCB: no se asume, se toma una muestra y se analiza en un laboratorio. Si los contiene, el equipo se identifica, se evita cualquier derrame y se gestiona como residuo peligroso con operadores habilitados (Ley 25.670). En cualquier caso, el aceite usado tampoco se tira: es un residuo peligroso (Ley 24.051).

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