Subestaciones Eléctricas
Las partes de una subestación eléctrica son el transformador, el interruptor, las cuchillas, los apartarrayos, los transformadores de corriente y de potencial, los relevadores, las barras, los servicios auxiliares y el sistema de tierras. Cada una cumple una función: transformar, interrumpir, aislar, proteger o medir.
Esta guía complementa la de tipos de subestaciones eléctricas: allá decides cuál te conviene y aquí ves qué trae por dentro. Una subestación se parece a una orquesta, porque si falla el de los platillos se entera todo el barrio.
En esta guía:
- El mapa de una subestación
- Transformador de potencia
- Interruptor de potencia
- Cuchillas
- El orden de maniobra
- Protección y medición
- Servicios auxiliares y baterías
- Sistema de tierras
- Qué revisar y cada cuánto
- Precios y plazos
- Preguntas frecuentes
El mapa de una subestación, parte por parte
Este esquema muestra una subestación abierta de lado a lado. Los números de la imagen corresponden a la primera columna de la tabla.
| Núm. | Parte | Para qué sirve | Especificación CFE |
|---|---|---|---|
| 1 y 12 | Líneas primarias y secundarias | Traen y sacan la energía | Según proyecto |
| 2 | Hilo de guarda | Blinda la instalación contra rayos | DCDSEBPE |
| 3 | Barras y conexiones aéreas | Reparten la energía entre equipos | DCDSEBPE |
| 4 | Transformador de potencial | Reduce la tensión para medir y proteger | VE100-29 |
| 5 | Cuchilla | Aísla el equipo de forma visible | V4200-25 y V4200-12 |
| 6 | Interruptor de potencia | Abre y cierra con carga o con falla | V5100-15 y V5100-01 |
| 7 | Transformador de corriente | Reduce la corriente a 5 A para relevadores y medidores | VE100-13 |
| 8 | Apartarrayos | Descarga sobretensiones a tierra | VA410-17 |
| 9 | Transformador de potencia | Cambia el nivel de tensión | K0000-13 |
| 10 | Caseta de control | Aloja relevadores, baterías y SCADA | G0000-81 |
| 11 | Cerca | Restringe el acceso | NOM-001-SEDE-2012, 110-31 |
En una compacta o una pedestal las funciones son las mismas, pero el equipo viene en celdas o en un gabinete y no a la vista como en el dibujo.
Transformador de potencia
Es la estrella de la foto y también el que más tarda en llegar si se descompone. La especificación K0000-13 de CFE pide conexión “delta en el devanado primario y estrella en el devanado secundario”, cuatro derivaciones de 2.5% con cambiador de cinco posiciones, y una “vida útil esperada de 30 años”.
Su enemigo es la temperatura. La guía IEEE C57.91 toma 110 °C como referencia de punto caliente y, con su fórmula, el envejecimiento del aislamiento se duplica cada 7 °C aproximadamente (cálculo nuestro). Por eso CFE exige termómetro de aceite, indicador de temperatura de devanados y relevador Buchholz, que opera “por acumulación de gases, por nivel bajo de aceite y por una perturbación repentina”.
¿Y cuánto duran? En Estados Unidos, el Departamento de Energía estimó una edad promedio de 38 a 40 años en grandes transformadores. Una encuesta de CIGRE registró 964 fallas mayores en 167,459 transformador-año, cerca de 0.6% anual (cálculo nuestro), y señala devanados, cambiadores y boquillas como causas principales. No encontramos el dato equivalente para México.
Si es de aceite, la NOM-001 pide confinar el 20% del líquido arriba de 1,000 kVA, y una fosa para el 100% del mayor si hay más de uno (924-8). También exige que los líquidos aislantes sean biodegradables (924-20). Los secos se libran de la fosa, pero no de la envolvente “no combustible y resistente a la humedad” (450-8).
Interruptor de potencia
Es el único del grupo que puede interrumpir un cortocircuito y seguir de pie para contarlo. Las cuchillas no pueden, los fusibles lo hacen una sola vez y el interruptor lo repite durante décadas.
| Dato | Media tensión, 15 a 38 kV | Alta tensión, 72.5 a 420 kV |
|---|---|---|
| Medio de extinción | Vacío | Gas SF6 |
| Tiempo máximo de interrupción | 60 ms (3.6 ciclos) | 50 ms (3 ciclos) |
| Tiempo máximo de cierre | 100 ms | 160 ms |
| Vida útil pedida | Al menos 30 años | 20 años |
La NOM-001 pide “disparo manual” e “indicador mecánico de posición” (490-21), y que el interruptor pueda bloquearse abierto (490-46). Ese bloqueo es el que permite a alguien trabajar aguas abajo con seguridad.
Cuchillas: para qué sirven y cuándo no se pueden abrir
La guía de diseño de CFE define las cuchillas como los dispositivos para “conectar y desconectar un equipo sin carga de operación”. Su trabajo es dar una apertura visible que confirme que el equipo quedó aislado. Las cuchillas de puesta a tierra conectan a tierra una línea sin carga.
| Documento | Qué dice sobre la carga |
|---|---|
| CFE V4200-25 | Cuchillas de 15 a 145 kV de “operación manual sin carga” |
| CFE V4200-73 | “Para las cuchillas de operación con carga, debe contar con cámaras interruptivas” |
| NOM-001, 490-22 | Sin enclavamiento con un dispositivo de interrupción, deben llevar “un anuncio que advierta contra la apertura de éstos bajo carga” |
| Código de Red | Las define como equipo para seccionar “con o sin carga”, según su capacidad |
| CFE V4200-12 | La cuchilla de tierra opera “únicamente cuando estén abiertas las cuchillas principales” |
La regla práctica es tratar toda cuchilla como de operación sin carga, salvo prueba documental de lo contrario. Un curso de seguridad de ingeniería lo dice así: “assume disconnect switches are of the non-load break-type unless you have positive proof otherwise”. Abrir una cuchilla sin capacidad bajo carga puede formar un arco eléctrico en la mano del operador.
¿Y las famosas “cuchillas de paso”? El término no aparece en la NOM-001 ni en la guía de CFE que revisamos: viene de los fabricantes. Una ficha de subestación compacta la describe como “una cuchilla de un tiro, tripolar de operación sin carga y en grupo”, de 400 A en 13.8, 23 y 34.5 kV, instalada entre dos celdas, por ejemplo después de la celda de medición.
El orden de maniobra: interruptor y cuchillas
La NOM-029-STPS-2011 pide seguir la secuencia de maniobras y hacer el mantenimiento en la subestación “al menos con dos trabajadores”. Para dejar equipo sin tensión, su numeral 9.4 enumera estas operaciones:
| Paso | Operación que enumera la NOM-029 |
|---|---|
| 1 | Interrumpir el flujo de corriente eléctrica |
| 2 | Verificar la ausencia de tensión |
| 3 | Poner a tierra y en cortocircuito los conductores y equipo |
| 4 | Colocar candados o avisos |
| 5 | Proteger los elementos con tensión cercanos |
Dentro del primer paso va el orden entre equipos: primero se abre el interruptor, que sí puede cortar la corriente, y después las cuchillas. Para reenergizar es al revés: el interruptor cierra al último.
Un procedimiento público de una compañía eléctrica de EE. UU. lo dice en esos términos, y la especificación de enclavamientos de la red británica existe para garantizar que las cuchillas no conecten ni interrumpan corrientes de carga. No encontramos un procedimiento público de CFE o de la STPS que fije este orden.
Las tierras temporales se conectan primero al sistema de tierras y luego a la instalación, y se retiran a la inversa (NOM-029, 8.4), lo más cerca posible del lugar de trabajo y en ambos lados. Esta guía orienta, pero no sustituye el procedimiento de tu instalación ni al personal calificado. Si la maniobra depende de CFE, coordínala con una libranza.
Protección y medición
Este grupo no carga la energía: la vigila, y avisa antes de que el problema se vuelva noticia en el grupo de WhatsApp de la planta.
| Equipo | Dato clave | Fuente |
|---|---|---|
| Apartarrayos | Clase 2 hasta 34.5 kV y clase 3 hasta 230 kV; uno por fase y con conductor lo más corto posible | CFE VA410-17; NOM-001, Art. 280 |
| Transformador de corriente | Secundario de 5 A; la NOM-001 pide medios para ponerlo en cortocircuito y a tierra | CFE VE100-13; NOM-001, 924-17 |
| Transformador de potencial | Secundario del orden de 115 a 120 V; en interior, con fusibles en el primario | CFE VE100-29; NOM-001, 450-3 |
| Relevador 50/51 | Sobrecorriente instantánea y temporizada | CFE G0000-81 |
| Relevador 87 | Diferencial de transformador, barras o línea | Misma especificación |
| Relevadores 27 y 81 | Baja tensión y frecuencia | Misma especificación |
Una regla que se olvida: la NOM-001 dice que la protección del usuario “no debe depender del sistema de protección del suministrador” (924-11). El Código de Red, además, pide que las protecciones de los centros de carga estén coordinadas con la red. Si no conoces tus ajustes, revisa el estudio de cortocircuito, que es de donde salen.
Servicios auxiliares y banco de baterías
El banco de baterías es el empleado que nadie ve hasta que se va la luz, que es justo cuando le toca trabajar. Sin él, los relevadores y las bobinas de disparo se quedan sin energía en el peor momento. La especificación DCDSET01 de CFE maneja 220/127 V en corriente alterna y 125, 48 o 12 V en corriente directa, y los motores de control de interruptores de media tensión van a 125 V.
La NOM-001 pide para las baterías un local independiente, piso resistente al ácido y sin flama abierta (924-22). El manual del U.S. Bureau of Reclamation es tajante: su mantenimiento “should have highest priority”. Todo esto, además, debe aparecer en tu diagrama unifilar, que la NOM-029 exige actualizado (5.3).
Sistema de tierras y blindaje
La malla enterrada protege a las personas de las tensiones de paso y de contacto, y da camino a las fallas. El hilo de guarda y las bayonetas protegen desde arriba contra rayos. Los valores cambian según quién los pida:
| Fuente | Caso | Resistencia |
|---|---|---|
| NOM-001, Tabla 921-25(b) | Más de 35 kV y más de 250 kVA | 5 ohms |
| Misma tabla | Hasta 35 kV y más de 250 kVA | 10 ohms |
| Misma tabla | Hasta 35 kV y hasta 250 kVA | 25 ohms |
| CFE 01J00-01 | Potencia en alta tensión | Alrededor de 1 ohm o menos |
| Misma especificación | Potencia en media tensión | De 1 a 4 ohms |
| Misma especificación | Distribución en media tensión | Máximo 5 ohms |
El detalle de medición, valores y cómo bajarlos está en nuestra guía del sistema de puesta a tierra.
Qué revisar en cada parte y cada cuánto
En México, la NOM-029 solo fija un número: prueba de tierras “al menos una vez por año”. La NOM-001 pide “inspecciones periódicas” (924-14) sin decir cada cuánto. Como referencia pública detallada usamos un manual estadounidense:
| Parte | Qué vigilar | Frecuencia de referencia |
|---|---|---|
| Transformador en aceite | Gases disueltos (DGA) y termografía | Anual |
| Interruptor en vacío | Visual anual; tiempos, contactos y aislamiento | 3 años en exterior, 6 en interior |
| Interruptor en SF6 | Análisis de gas anual; tiempos y mantenimiento | 6 años; revisión interna a 15 años o 5,000 operaciones |
| Cuchillas | Contactos, calentamiento, varillaje | Visual semestral o tras un cortocircuito |
| Apartarrayos | Porcelana, conexión a tierra, termografía | Anual en exterior |
| Tierras | Conexiones visibles; continuidad | Anual; continuidad a 6 años |
El mismo organismo, en su manual de transformadores, pone factor de potencia del aislamiento en no más de 0.5% a 20 °C y relación de transformación dentro de 0.5%. Y CFE, en su guía de mantenimiento de interruptores, advierte que la periodicidad “no se debe generalizar”. Tu ambiente, tu carga y tu historial mandan.
Precios de referencia y plazos de entrega
Antes de que te duela el presupuesto: estos son precios públicos de distribuidores mexicanos, no cotizaciones.
| Equipo | Precio publicado | Fuente |
|---|---|---|
| Apartarrayo polimérico IUSA, 12 / 21 / 30 kV | 1,006.96 / 1,314.20 / 1,704.29 pesos | Alianza Eléctrica |
| Cuchilla monopolar 15 kV, 600 A | 9,276 pesos | Relsamex |
| Transformador de corriente 25 kV, 100:5/5 A | 40,700 pesos | Grupo TEI |
| Celda de medición, 15 kV, sin TC | 112,051.05 pesos | AEI |
| Celda con cuchilla, 15 kV | 151,278.70 pesos | AEI |
| Celda con seccionador y fusibles, 15 kV | 161,049.63 pesos | AEI |
| Celda con interruptor, 24 kV | 310,673.03 pesos | AEI |
| Transformador pedestal 225 kVA, 13.2 kV | 170,172 pesos con impuesto | Diem |
El plazo puede doler más que el precio. Con datos de Wood Mackenzie, POWER Magazine reporta en Estados Unidos 128 semanas para transformadores de potencia y 44 para tableros, aunque un contratista citado ahí niega que haya escasez. No encontramos plazos para México, así que pregunta el tuyo antes de una falla.
Preguntas frecuentes
Transformador, interruptor, cuchillas, apartarrayos, transformadores de corriente y de potencial, relevadores, barras, servicios auxiliares con baterías, tierras y medición.
El interruptor abre y cierra con carga y puede interrumpir un cortocircuito. La cuchilla da una apertura visible para aislar el equipo y, salvo que tenga cámaras interruptivas, se opera sin carga, después de abrir el interruptor.
Es un término de fabricantes. Una ficha de subestación compacta las describe como cuchillas de un tiro, tripolares, de operación sin carga y en grupo, instaladas entre dos celdas, por ejemplo después de la celda de medición.
CFE pide una vida útil esperada de 30 años en transformadores de potencia. En Estados Unidos, el Departamento de Energía estimó una edad promedio de 38 a 40 años en grandes transformadores. La temperatura y la humedad la acortan.
Subestación olvidada vs subestación atendida
| Olvidada | Atendida |
|---|---|
| Nadie sabe qué ajuste tiene cada relevador | Ajustes documentados y coordinados con la red |
| Se asume que toda cuchilla abre con carga | Se opera con la ficha técnica y el enclavamiento a la vista |
| El banco de baterías se revisa cuando falla | Se revisa con un programa, no con una emergencia |
| El plano no coincide con lo instalado | El diagrama unifilar refleja lo que hay en campo |
| La refacción se busca cuando ya hay paro | Se conoce el plazo de entrega antes de la falla |
Empieza por saber qué tienes instalado
Ofrecemos Servicios de Energía Industrial en todo México, incluyendo levantamiento, actualización y validación normativa de tu diagrama unifilar, con entrega firmada. Conoce más en nuestra página de Diagrama Unifilar.
