En este artículo se hablará sobre la importancia de la aplicación de los estándares CFE en transformadores eléctricos en México, se explicarán los principales requisitos eléctricos, constructivos y de protecciones, esto con el fin de que el lector pueda identificar la importancia de estos estándares para la conexión segura de los equipos en la red eléctrica nacional.
Relevancia de las especificaciones CFE en México
En la actualidad todos los transformadores que requieran entran en operación en México deben cumplir con los estándares establecidos por la Comisión Federal de Electricidad, este es un requerimiento para que todos los equipos eléctricos puedan ser conectados a la red del país, no son reglamentos constructivos, sino que son estándares que establecen los requerimientos de diseños, materiales, pruebas eléctricas, entre otros.
¿Qué se entiende por transformadores CFE?
Definición general
Los transformadores CFE cumplen el mismo funcionamiento que cualquier transformador a nivel mundial, la única diferencia, como te lo mencione anteriormente es que para poder entrar a operar en México deben cumplir unos ciertos requerimientos establecidos, son unos estándares que se deben cumplir.
CFE como norma y especificación
La Comisión Federal de Electricidad es el ente encargado de definir las especificaciones técnicas para todos los equipos que se integran a la red eléctrica mexicana, por lo tanto, su función es establecer criterios de diseños, y fabricación con el fin de regular los diseños eléctricos, estas especificaciones son obligatorias para todos los equipos eléctricos incluyendo los transformadores.
¿Qué tipos de transformadores pueden cumplir con la CFE?
Todos los transformadores eléctricos que se conecten a la red eléctrica Mexicana deben cumplir con la CFE, ya que no son de un tipo constructivo único sino que deben incluir una serie de requisitos y especificaciones en su diseño para poder cumplir con este estándar, dentro de los transformadores CFE los más comunes son los transformadores de distribución tipo poste ya que estos se encuentran conectados directamente a la red y también los transformadores de potencia, pero en general todos los tipos de transformadores deben cumplir con la CFE.
Requisitos de desempeño eléctrico CFE
Capacidad Nominal
Uno de los requisitos eléctricos con los que se debe cumplir en las especificaciones de CFE es la capacidad nominal de los transformadores, esta capacidad nominal corresponde a la potencia máxima que el equipo puede suministrar, dentro de las recomendaciones se incluye un listado con las capacidades permitidas y normalizadas con el fin de facilitar la integración y mantenimiento al sistema eléctrico nacional mexicano.
En los transformadores de distribución que comúnmente se encuentran utilizados en la redes urbanas y en servicios eléctricos con cargas más ligeras la CFE establece capacidades desde los 25 kVA hasta los 1000 kVA, estos valores se encuentran normalizados y estandarizados así: 25 kVA, 50 kVA, 75 kVA,150 kVA,300 kVA,500 kVA,750 kVA y 1000 kVA. En este orden de ideas, si en tu infraestructura eléctrica en México tienes una carga de 100 kVA debes seleccionar un transformador de 150 kVA, con el fin de que se integra eficientemente a la red de distribución de la CFE.
Por otro lado, en el caos de los transformadores de potencia donde se manejan capacidades mayores, la CFE establece capacidades de los 1 MVA hasta los 500 MVA, Los valores estandarizados por la CFE son: 1 MVA, 2.5 1 MVA, 5 MVA, 7.5 MVA, 10 MVA, 15 MVA, 20 MVA, 25 MVA, 30 MVA, 40 MVA, 50 MVA, 60 MVA, 75 MVA, 100 MVA. 150 MVA, 200 MVA, 300 MVA, 400 MVA, 500 MVA.
Niveles de tensión
De igual manera, los niveles de tensión es otro de los requisitos eléctricos establecidos por la CFE, en este caso también se incluye un listado con las tensiones permitidas y normalizadas en los niveles de tensión, tanto para las tensiones primarias como para las tensiones secundarias, la clasificación de niveles de tensión es la siguiente:
- Baja tensión: comúnmente suministrado en el devanado secundario del transformador, y los niveles estandarizados de tensión son: 127 V, 220 V, 127/220 V, 220/380 V, 277/480 V
- Media tensión: De igual manera son suministrados en el devanado secundario del transformador, a diferencia que se utilizan comúnmente en redes de distribución, los valores normalizados son: 2.4 kV, 4.16 kV, 6.6 kV, 13.2 kV, 23 kV, 34.5 kV
- Alta tensión: Estos niveles de tensión se encuentran aplicados generalmente en los devanados primarios y en redes de distribución o subestaciones, los valores normalizados son: 69 kV, 115 kV, 138 kV, 230 kV, 400 kV.
Impedancia de cortocircuito
Este parámetro es de gran importancia dentro de los transformadores, ya que su valor influye directamente con la magnitud de la corriente de cortocircuito y adicionalmente contribuye directamente con la coordinación de las protecciones eléctricas, por esta razón la CFE establece unos rangos aceptables con el fin de asegurar el adecuado funcionamiento de los transformadores.
En síntesis, la CFE no establece un rango predeterminado ya que este puede variar dependiendo del transformador, es decir, depende de la capacidad, tensión y tipo de aplicación, generalmente en los transformadores de baja capacidad generalmente los rangos están entre 2% y 5% y en los trasformadores de alta capacidad los rangos están entre 5% y 8%, pero reitero, depende del tipo de transformador.
Pérdidas en vacío y pérdidas con carga
Cualquier equipo eléctrico presenta diferentes pérdidas eléctricas durante su proceso, en el caso de los transformadores una de estas pérdidas son las pérdidas en vacío y con carga, como su nombre lo dice las pérdidas en vacío se presentan cuando el transformador está energizado, pero sin ninguna carga en el secundario conectada, estas pérdidas se producen frecuentemente en el núcleo magnético.
Por otro lado, las pérdidas con carga, como su nombre lo dice son las pérdidas cuando ya se encuentra conectada una carga en el secundario del transformador. Para estos dos parámetros la CFE de igual manera establece unos límites máximos, generalmente para las pérdidas en vacío deben estar en un rango de 0.5% a 1.5% de la potencia nominal del transformador, y las pérdidas con carga entre un rango de 1.5%.
Clase de aislamiento
Este parámetro es el que define la capacidad del sistema aislamiento del transformador para soportar los niveles de tensión establecidos en este caso por la CFE, de igual manera, la CFE se encarga de establecer cuál es la clase de aislamiento adecuada para el nivel de tensión de cada uno de los transformadores.
Adicionalmente, con base a los lineamientos de la CFE la clase de aislamiento se establece en base a lo siguiente:
- Nivel básico de aislamiento BIL: Es el encargado de definir la capacidad de aislamiento para soportar las tensiones transitorias debido a maniobras de operación o a descargas eléctricas atmosféricas. Este valor BIL depende directamente del nivel del transformador y la CFE lo adapta como un criterio de diseño y verificación de aislamiento.
- Tensión soportada a frecuencia industrial: Se encarga de verificar el comportamiento del aislamiento cuando se encuentra sometida al servicio eléctrico.
Las dos anteriores se encuentran referenciadas en la IEEE C57 y la IEC 60076, las cuales son normas aplicadas a nivel internacional, y son adaptados por parte de la CFE como requisitos técnicos.
Aplicando lo anterior tenemos un ejemplo de un transformador de distribución de 13.2 kV en este caso la CFE establece que se debe cumplir con un nivel de aislamiento (BIL) de 95 kV, y una frecuencia industrial de 28 kV, con estos valores se logra verificar que el transformador pueda soportar sobretensiones transitorias y las condiciones normales de un servicio a 60 Hz, como lo mencione anteriormente estos son valores normalizados desde estándares internacionales que adapta la CFE.
Leer más: Guía completa sobre el aislamiento de transformadores: tipos, estructuras y mantenimiento
Requisitos mecánicos y estructurales CFE
Material del gabinete envolvente y grado de protección NEMA
Como todos los transformadores eléctricos a nivel mundial, estos deben estar diseñados de una forma segura y confiable, con el fin de garantizar la continuidad eléctrica.
Los transformadores deben ser robustos, y por esto se deben cumplir ciertos criterios en los cuales se especifican los materiales del núcleo y devanados, con el fin de tener un buen sistema de aislamiento.
Por ejemplo, se exige que el núcleo sea fabricado en láminas de acero al silicio de grano orientado y los devanados deben estar compuestos principalmente de cobre electrolítico o de aluminio. Para el caso de los transformadores sumergidos en aceite el aceite utilizado debe ser aceite mineral dieléctrico, todo esto se exige con el fin de reducir las pérdidas, mejorar la eficiencia del transformador y tener una correcta refrigeración del equipo.
Por otro lado, para el tipo de encerramiento la CFE requiere que sea fabricado por un material metálico altamente resistente, con el fin de proteger todos los componentes internos del transformador. Para esto la CFE adapta los estándares internacionales NEMA, los cuales se seleccionan con base al ambiente donde se encuentre instalado el transformador.
Tipo de instalación | Grado de protección NEMA | Aplicación CFE |
Interior seco | NEMA 1 | Cuartos eléctricos |
Exterior estándar | NEMA 3R | Transformadores tipo poste |
Exterior con alta humedad | NEMA 4 | Instalaciones industriales |
Ambientes corrosivos | NEMA 4X | Zonas con ambientes agresivos y extremos |
Ambientes con polvo | NEMA 12 | Industrias cerradas completamente |
Requisitos y nivel de enfriamiento
Este es el parámetro que permite controlar la temperatura del transformador a lo largo de su operación, asegurando la correcta disipación de calor que se genera en el transformador por las pérdidas eléctricas.
La CFE exige que el método de enfriamiento seleccionado para cada tipo de transformador garantice la operación continua a su frecuencia nominal 60 Hz sin exceder los límites de temperatura establecidos. A continuación, se describen los métodos de enfriamiento adaptados por la CFE para cada uno de los tipos de transformadores.
1.Transformadores sumergidos en aceite: Para este tipo de transformadores la CFE especifica los siguientes métodos de enfriamiento:
- ONAN: En este método la circulación de aire y aceite se hace mediante ventilación natural.
- ONAF: La circulación del aire y el aceite ya se realiza por medio de ventilación forzada, es decir mediante ventiladores.
- OFAF/OFWF: La circulación del aire y aceite se realiza mediante aire o agua forzados, este método tiene un alto control térmico.
2.Transformadores tipo seco: Para este tipo de transformadores la CFE especifica los siguientes métodos de enfriamiento:
- AN: Enfriamiento y ventilación por medio natural
- AF: Enfriamiento y ventilación forzada por medio de ventiladores o ventilación asistida.
Leer más: La guía definitiva para transformadores refrigerados por aceite
Pruebas y aceptación CFE
Pruebas en vacío
La CFE establece esta como una prueba obligatoria, ya que a través de esta se garantiza el funcionamiento del transformador antes de entrar en servicio, el objetivo principal de esta prueba es realizar una evaluación del núcleo magnético y se realiza energizando el devanado primario con el devanado secundario sin carga, al realizar esta prueba la CFE exige lo siguiente:
- Medición de la corriente de excitación: Con esta medición se logra identificar el correcto diseño del núcleo, sus valores deben estar entre 1% y 5% de la corriente nominal.
- Medición de las pérdidas en vacío: Son de vital importancia realizarlas ya que con este valor se puede determinar si el núcleo magnético tiene problemas por el proceso de fabricación, sus valores deben estar entre el 0.5% y 1.5% de la potencia nominal.
Se aclara que estos rangos la CFE los adapta de la IEEE 57 e IEC 60076.
Pruebas con carga
Por medio de las pruebas con carga se evalúa el comportamiento térmico del transformador, la prueba se realiza haciendo circular una corriente nominal por ambos devanados del transformador y en este caso la CFE exige la verificación de los siguientes parámetros:
- Pérdidas con carga: Son las pérdidas asociadas a la circulación de corriente, y se establecen valores aceptados de 1% a 3% de la potencia nominal del transformador, esta puede variar dependiendo de la capacidad y nivel de tensión de este.
- Impedancia de cortocircuito: Este parámetro es de vital importante para el control de la corriente de falla y la coordinación de protecciones, al realizar la medición el valor de la impedancia debe coincidir con el valor tomado en la etapa de diseño, generalmente en transformadores de distribución los rangos aceptables son del 4% al 6% y en transformadores de potencia del 6% al 10% .
Pruebas de tensión soportada de aislamiento
Esta prueba consiste en aplicar una tensión superior a la nominal entre los devanados y la tierra, con esta prueba es que la CFE se encarga de verificar la rigidez dieléctrica y confirma que el transformador puede operar en condiciones seguras.
Los valores que exige la CFE en este caso pueden variar dependiendo de dos factores, el nivel de tensión, y la clase de aislamiento del transformador, y los valores aceptados la CFE los adapta de la IEEE C57 y la IEC 60076, en este caso los valores permitidos son los siguientes:
- Transformadores de baja tensión: Se realiza con tensiones de prueba entre 2 kV y 3 kV
- Transformadores de media tensión: Para transformadores de 13.2 kV se realiza aproximadamente con 28 kV y para transformadores de 34.5 kV se realiza con tensiones de 70 kV
Beneficios de usar transformadores bajo norma CFE
Compatibilidad con la red eléctrica
Como te lo he mencionado anteriormente los equipos eléctricos en México cumplen con los estándares de la CFE, esto con el fin de crear un lineamiento para la conexión de equipos con la red eléctrica nacional, sí todos los equipos conectados cuentan con los niveles de tensión, capacidades y desempeños establecidos por la CFE, estos operan de una manera armónica con los demás equipos del sistema, logrando reducir considerablemente las fallas eléctricas del sistema.
Confiabilidad operativa
En pocas palabras al estar todos los equipos eléctricos en sintonía es decir con los estándares de tensión, capacidad, etc. Se reduce la posibilidad de fallas eléctricas y de interrupciones del servicio eléctrico, lo que ofrece una alta confiabilidad y mejor desempeño del sistema eléctrico.
Seguridad y continuidad del servicio
Como ya lo mencioné al estar el sistema eléctrico diseñado conforme a los criterios establecidos se reducen las fallas que puedan afectar la continuidad del servicio y de esta manera se minimizan a gran escala las interrupciones eléctricas, beneficiando a los usuarios finales.
Resumen parámetros y estándares aplicables a transformadores bajo especificaciones CFE
Parámetro | Transformadores de distribución | |
Capacidad nominal | 25 kVA – 1,000 kVA | 1 MVA – 500 MVA |
Niveles de tensión Alta/Media | 13.2 kV / 23 kV / 34.5 kV | 69 kV / 115 kV / 138 kV / 230 kV / 400 kV |
Niveles de tensión Baja | 127/220 V / 220/380 V / 277/480 V | 13.2 kV / 23 kV / 34.5 kV |
BIL | 60 kV – 200 kV | 350 kV – 1550 kV |
Tensión soportada a 60 Hz | 10 kV – 70 kV | 140 kV – 630 kV |
Sistema de enfriamiento | ONAN/ AN | ONAN / ONAF / OFAF |
Material del núcleo | Acero al silicio de grano orientado | Acero al silicio de grano orientado |
Material de los devanado | Cobre, Aluminio | Cobre, Aluminio |
Grado de protección NEMA | NEMA 3R ambientes exteriores | NEMA 3R/4/4X |
Corriente de excitación | 1% – 5% Corriente nominal | 1% – 5% Corriente nominal |
Pérdidas con carga | 1% – 3% Potencia nominal | 1% – 3% Potencia nominal |
Impedancia de cortocircuito | 4% – 6% | 4% – 6% |
Se aclara que estos son algunos de los valores establecidos por la CFE.
Resumen
Con este artículo el lector logra comprender en qué consisten los estándares de la CFE dentro de los transformadores eléctricos que se conectan al servicio nacional mexicano, se identifica que todos los transformadores deben seguir estos lineamientos para garantizar un servicio con confiabilidad operativa y un servicio continuo, adicionalmente se logró evidenciar algunos de los requerimientos de la CFE en los materiales, diseño y construcción y pruebas eléctricas los cuales se establecieron con los valores típicos utilizados por la CFE en México.
En Daelim Belefic contamos con la fabricación de diversos tipos de transformadores diseñados especialmente para cumplir con las especificaciones técnicas de la CFE, ofrecemos soluciones confiables que garantizan la compatibilidad con el sistema eléctrico mexicano, contribuyendo a la confiabilidad operativa y continuidad del servicio eléctrico.
FAQs
- ¿Cuáles son las capacidades nominales permitidas por la CFE para transformadores?
La CFE establece unos rangos de capacidad nominal dependiendo de los transformadores, es decir para los transformadores de distribución las capacidades son desde 25 kVA hasta 1000 kVA y para los transformadores de potencia las capacidades van desde 5 MVA hasta 500 MVA.
- ¿Qué niveles de tensión están estandarizados por la CFE en México?
En el caso de los niveles de tensión, la CFE los estandariza de igual manera en transformadores de distribución y transformadores de potencia, y de ahí ya se subdividen en alta y media tensión y baja tensión, en general los niveles estandarizados en baja tensión son: 127 V, 220 V, 127/220 V, 220/380 V, 277/480 V, en media tensión 2.4 kV, 4.16 kV, 6.6 kV, 13.2 kV, 23 kV, 34.5 kV, y por último los valores normalizados por la CFE para alta tensión son 69 kV, 115 kV, 138 kV, 230 kV, 400 kV.
- ¿Qué significa que un transformador cumpla con las especificaciones de la CFE?
La Comisión Federal de Electricidad en México establece unos estándares de diseño para los transformadores electricos, todos los equipos eléctricos que sean conectados a la red nacional mexicana deben cumplir con las capacidades nominales estandarizadas, niveles de tensión, clases de aislamiento, materiales constructivos, protección de gabinetes y pruebas de aceptación, es decir, si un transformador eléctrico opera en México es porque está cumpliendo con todos los criterios que te mencione anteriormente.
