Aspectos fundamentales en instalaciones eléctricas en alta tensión

Tanto la seguridad como el funcionamiento satisfactorio de los equipos e instalaciones eléctricas son fundamentales para la transmisión de la energía, desde las grandes centrales generadoras. Por ello, conocer las reglas básicas de su diseño y operación es una labor indispensable para el sector, a fin de brindar el uso previsto y eficiente de la electricidad

Por Bulmaro Sánchez Hernández, presidente nacional de AMUVIE

La Norma Oficial Mexicana NOM-001-SEDE-2012 para la utilización de instalaciones eléctricas establece actualmente en su artículo 490-2 que la alta tensión es aquella cuyos valores son mayores a 600 volts. En lo referente a su diseño estipula que deben tomarse en cuenta tres aspectos básicos: la seguridad, el funcionamiento satisfactorio y un cumplimiento acorde a la utilización prevista.

Pero, ¿cómo se mide la seguridad? Esto no sólo en relación al cumplimento de esta norma, sino también para que la instalación funcione tanto en condiciones normales de operación como en caso de fallas. Para los profesionales del sector es inadmisible permitir que los seres vivos corran el peligro de sufrir un choque eléctrico o corrientes de falla a tierra. Asimismo, se debe garantizar que los equipos no registrarán desperfectos debido a un cortocircuito o una sobrecarga. El objetivo, claro está, es lograr un funcionamiento satisfactorio de los equipos y de la instalación eléctrica.

Es necesario tener presente que las instalaciones eléctricas trabajan para servir a los equipos y se tienen que diseñar para ello, de acuerdo con los valores de tensión y corriente nominal más próximos posible. Por ejemplo, que las bombas de drenaje de un sistema operen a la velocidad requerida o que el nivel de iluminación cumpla con el objetivo de utilización previsto. Pero, si no se cumplen estos criterios, no se estaría aportando ningún valor al trabajo de los constructores electromecánicos.

Para que los equipos operen satisfactoriamente en una instalación, como establece la NOM-001-SEDE-2012, es imperativo medir el funcionamiento de los equipos con base en valores permisibles de frecuencia y tolerancia, como frecuencia de interrupciones, fluctuaciones y caídas de tensión; corriente máxima admisible, impedancia de falla a tierra y corrientes probables de cortocircuito; sin embargo, más importante que estos puntos es la temperatura nominal del equipo. Si se pierde de vista este último factor, no se dará una adecuada protección de los equipos eléctricos en general.

A su vez, la NMX-J-364/4-43-ANCE-2014 parte 1 determina que es fundamental hacer compatible el equipo con la acometida. Esto determina que todos los equipos que se tengan contemplados para una instalación deben contar con un estudio que corrobore si su aspecto transitorio no afectará la acometida (hornos, bombas o sistemas contra incendio, por mencionar algunos). Por ejemplo, cuando hay corrientes de arranque que éstas no vayan a quemar un fusible de la acometida.

Cabe señalar que la norma actual no contempla principios fundamentales para alta tensión. En sentido estricto, no hay guía, por lo que sería importante que hubiera una revisión por parte de Programa Nacional de Normalización (PNN). En su título 4, la NMX-J-364/4-43-ANCE-2014 comprende los principios fundamentales para las instalaciones de baja tensión; sin embargo, no hay una referencia para las de alta tensión.

Ante eso, la recomendación sería consultar la NMX-J-675-1-ANCE-2015 Instalaciones Eléctricas de Potencia con Tensiones Superiores a 1 kV, en ella se enlistan los requisitos fundamentales, aislamientos, requisitos que debe cumplir el equipo, las instalaciones, los sistemas de protección de puesta a tierra, control y auxiliares, así como las medias de seguridad inspección y prueba necesarias.

A su vez, el artículo 110-4 de la NOM-001-SEDE-2012 establece los requisitos de las instalaciones eléctricas y cómo las tensiones consideradas deben corresponder a las que funcionan en los circuitos. Si bien esto también está especificado en el NEC, no debería ser así. De hecho, la tensión nominal en una instalación de alta tensión no debe ser menor a la tensión real del circuito al que está conectado. Es decir, si se cuenta con un equipo alimentado en 230 kV, lo adecuado sería seleccionar un aislamiento en 245 kV, ya que éste último rebasa a la primera. Lo más conveniente sería consultar el título 4 de la NOM-001-SEDE-2012 que aborda los valores tolerables de tensión, así como consultar al fabricante para conocer cuál es el rango del equipo. Esto con el fin de llevar a cabo una correcta instalación eléctrica cuyo funcionamiento sea satisfactorio. También se puede consultar la NMX-J-098-ANCE para aprender acerca de las tensiones de alimentación y de utilización. Por ejemplo, si la tensión de la instalación es de 4,160 volts, significa que debe rebasar la tensión de utilización del motor que es de 4,000 volts.

Selección de equipo eléctrico
Como se establece en el título 4.3.3 de la norma, todo equipo eléctrico debe seleccionarse para soportar con seguridad los esfuerzos, condiciones ambientales y características de la ubicación a las que estará sometido. Si un equipo no tiene las características de diseño correspondientes para su ubicación, puede utilizarse siempre y cuando se proteja por medios complementarios, los cuales sean parte de la instalación terminada.

En este sentido, las condiciones ambientales son decisivas. Por ejemplo, si una instalación eléctrica está localizada 2,300 metros sobre el nivel del mar, los equipos deben tener la capacidad suficiente para trabajar a esa altitud, por el simple hecho de que a mayor altura la cantidad de aire disminuye; por lo tanto, los equipos podrían calentarse más porque tienen menos ventilación.

En algunas instalaciones existen plantas de emergencia cuya capacidad está diseñada a 1,000 metros sobre el nivel del mar, y cuyo desempeño disminuye 1 por ciento por cada 100 metros adicionales de altitud; por ejemplo, si éstas fueran instaladas en la Ciudad de México, cuya altura es de 2,240 metros, la capacidad disminuida de la planta sería 12.4 por ciento En consecuencia, tendrían que reconsiderarse los sistemas de protección que las acompañarían.

En cuanto a los apartarrayos en una subestación, en la ingeniería eléctrica hay que tener presentes dos conceptos esenciales: corriente y tensión. El primero se refiere a la sección transversal de los conductores, barras, alambres, boquillas, es decir, todos los dispositivos que conduzcan la corriente. Para que los apartarrayos protejan adecuadamente el aislamiento del equipo, la tensión máxima de operación continua debe ser el inmediato superior a la tensión fase tierra de suministro.

Otro aspecto a considerar (establecido por la Comisión Federal de Electricidad) es la coordinación de aislamiento y sus especificaciones técnicas de apartarrayos.

Es primordial contar con un medio de desconexión general cerca de la acometida, a no más de cinco metros del equipo de medición (según lo establecido en 230-205 de la NOM-001-SEDE-2012). Posteriormente, hay que tener un interruptor de potencia en el lado de acometida que podría ser de tanque muerto o tanque vivo.

El apartado 924-10 de la NOM exige un interruptor de potencia principal en la subestación, acompañado de transformadores de corriente y de potencia para que trabajen los relevadores. Es fundamental revisar las características del interruptor de tanque vivo para interruptor principal que va a proteger los transformadores, es decir, las barras en 230 V.

De igual forma, son necesarias cuatro protecciones: contra cortocircuito, sobrecarga, fallas a tierra e interruptores por circuitos por falla a tierra, que son los que protegen a las personas. Todo interruptor debe tener desconectadores de aislamiento y la subestación tiene que estar equipada con extintores de CO₂. Asimismo, son necesarias luces de emergencia en las salidas y tarimas aislantes frente a los equipos. Si hay transformadores de más de 69 kV, es imperioso colocar muros contenedores de fuego y los cuartos de baterías deben ser independientes.

Si lo que se busca es protegerlos con fusibles hay que considerar las curvas de los mismos. Para los capacitores debe contemplarse la corriente de cortocircuito y la corriente nominal del capacitor, por lo que se recomiendan fusibles 1.43 veces por arriba de la corriente nominal.

En el caso de dos trayectorias de falla a tierra, éstas deberán ser independientes y no ocupar el mismo conducto de puesta a tierra ni estar conectadas a un mismo conductor. Es necesario que sean trayectorias independientes para que el sensor de falla a tierra de la protección funcione adecuadamente.

El sistema de puesta a tierra presenta sobretensiones y éstas deben drenarse a través de los electrodos. Esto porque un transformador conectado en Delta en una subestimación de alta tensión requiere un sistema de falla a tierra y de puesta a tierra para sobretensiones.

Finalmente, la NOM-001-SEDE-2012 señala que, si hay una bajada de puesta a tierra para el pararrayos y otra para la luz de obstrucción colocada en la antena, ambas deben interconectarse. No obstante, si esto se hace desde arriba, provocará que las dos trayectorias utilicen el mismo cable, tanto la descarga atmosférica como la corriente de falla a tierra que puede presentarse en la luz de obstrucción. Por ello, las interconexiones deberán realizarse en la parte inferior, siempre manejando trayectorias independientes.

Como se observa, para diseñar adecuadamente la instalación eléctrica existen valores normativos y reales que deben revisarse puntualmente.

Bulmaro Sánchez Hernández
Ingeniero Electricista egresado del IPN. Desde hace 24 años está acreditado como Unidad de Verificación de Instalaciones Eléctricas. Actualmente es Presidente Nacional de la Asociación Mexicana de Unidades de Verificación de Instalaciones Eléctricas (AMUVIE) y se desempeña como Unidad de Inspección autorizada por la CRE.