Conexión de largas líneas con su extremo abierto
Un interruptor automático que protege una línea puede
tener que conectar una que tenga su extremo abierto. Las sobretensiones debidas
a la reflexión que se produce en el extremo abierto han de controlarse
completamente.
Los valores de sobretensión a respetar no son objeto de
normas internacionales por el momento y su especificación se convierte en
competencia del diseñador de la red.
Entre todos los métodos que se han propuesto para la
limitación de las sobretensiones de conexión, el más simple consiste en poner
bajo tensión la línea por medio de una resistencia, escogida en función de las
características y longitud de la línea.
Los interruptores automáticos aptos para proteger las
redes de 525 kV y 765 kV deben por tanto estar dotados de cámaras auxiliares
que permitan la inserción de resistencias durante un tiempo determinado. Esta
necesidad, bien aceptada por los interruptores automáticos de aire comprimido,
lo es también para los interruptores automáticos de autosoplado con SF6.
En efecto, se ha podido poner un mecanismo auxiliar muy
simple en estos aparatos, una conexión mecánica que maneje los contactos de
inserción de las resistencias durante una maniobra de cierre. (Figura 1).
Estos contactos pasan automáticamente a la posición de
abierto inmediatamente después de la conexión de los contactos principales.
Figura 1: Corte de un
elemento de polo de interruptor automático con autosoplado de SF6 para 525 kV,
equipado con resistencias de cierre.
Una unión mecánica de este tipo asegura una excelente
precisión de los tiempos de inserción de las resistencias en el circuito en el
momento de cerrar.
La elección del valor de la resistencia se puede efectuar
a partir de medidas sobre modelos de redes o por cálculo.
En particular, las medidas efectuadas sobre un analizador
de transitorios han permitido determinar los valores máximos de resistencias y
los tiempos de inserción mínimos a prever para la limitación de sobretensiones
de reenganche sobre una línea de 525 kV de 400 km de longitud, con un valor de
2,2 veces cuando la línea no está compensada y con un valor de 2 veces cuando
lo está.
Los interruptores automáticos
de autosoplado con SF6, equipados con un juego de cámaras auxiliares (figura 2)
con sus resistencias, son, por tanto, una manera de responder a la exigencia de
limitación de sobretensiones de
reenganche, exigencia mayor para el dimensionamiento del aislamiento de redes
de muy alta tensión.
En casos críticos, como se ha
indicado, las corrientes inductivas pueden provocar sobretensiones que alcancen
valores inadmisibles para el aislamiento de las instalaciones. Un
procedimiento aplicado desde hace tiempo consiste en prever un dispositivo de
inserción de resistencias en paralelo sobre la distancia de corte del disyuntor. Las
resistencias de acoplamiento, que deben adaptarse aproximadamente a la carga
inductiva son de valor ohmico muy elevado y pueden fabricarse para un
funcionamiento seguro, sin especiales dificultades. El corte por resistencia permite reducir las
sobretensiones de acoplamiento a un valor admisible, aún en los casos
difíciles.
En el caso de interruptores con
ruptura múltiple [varias cámaras de corte por fase), la inserción de
resistencias lineales en el interruptor nos aseguran en la apertura un reparto
de tensiones en el corte de corrientes elevadas de cortocircuito y al cierre un
amortiguamiento de las sobretensiones que se producen al conectar líneas largas
en vacío). También se emplean
condensadores para la distribución uniforme de la tensión en los diferentes
espacios de maniobras de los mismos (Figura 2 y 3).
Figura 2: Disposición de resistencias
y condensadores en un interruptor
de doble cámara de ruptura
La condición impuesta a los
interruptores que puedan efectuar cortes con corrientes inductivas, es la de
poder romper el arco creado. Esto se
puede conseguir:
a)
Estableciendo
el corte de las corrientes a través de resistencias.
b) Utilizando
un agente extintor del arco, ajeno al mismo arco (interruptores neumáticos o
SF6).
c) Reforzamiento
mecánico de las cámaras de ruptura y una correcta distribución de la inyección
de aceite para los interruptores de pequeño volumen de aceite.
En rojo: Condensadores de Nivelación: Se utilizan para
distribuir mejor el voltaje entre las cámaras de corte
En verde: Resistencias de Pre-Inserción: Previamente
utilizadas también para maniobras de bancos de condensadores y reactancias, hoy
solamente se utilizan para mitigar la sobretensión causada por la energización
de líneas en vacío
Figura 3: Cámaras de un interruptor de 550 kV con
resistencias de pre-inserción
Desconexión de líneas con su extremo abierto
La severidad de las condiciones impuestas a un interruptor
automático durante la apertura de una línea abierta en su extremo puede ser tal
que sean estas condiciones de corte las que impongan el dimensionamiento del
interruptor automático y en particular la elección del número de intervalos de
corte. El hecho principal es que, un semiciclo antes del corte, el interruptor automático debe de tener aplicada entre sus bornes una tensión
al menos igual al doble del valor de cresta de la tensión fase-tierra de la red
antes del corte.
Desgraciadamente, en el momento de la desconexión puede suceder
que la tensión entre fase y tierra del polo que debe de abrir haya alcanzado
valores muy superiores a los especificados en las normas para en ensayo del
interruptor automático en ese tipo de ruptura. Esta sobreelevación dinámica de
la tensión puede ser el resultado de varias causas. En concreto, la apertura
del interruptor situado en el extremo receptor de una línea por la que circula
una fuerte carga deja a esta línea abierta en su extremo. Su tensión aumenta
por el hecho de la supresión brusca de la carga, lo que no es inmediatamente
compensado por la regulación de tensión ni por la carga capacitiva que
constituye la propia línea. Por tanto, el interruptor automático situado en el
origen puede ser llamado a abrir la línea justo en el momento en que la tensión
fase-tierra en el origen ha sobrepasado largamente el valor normal.
Las condiciones particulares de ciertas redes han hecho aparecer
la posibilidad de sobretensiones dinámicas elevadas, del orden de 1,5 veces, a
pesar del efecto favorable que producen las reactancias de compensación en la
limitación de las sobretensiones dinámicas. Por ejemplo, la tensión entre fases
de una red de 525 kV se puede elevar temporalmente hasta casi 750 kV y la de
una red de 765 kV hasta los 1 100 kV.
Estas circunstancias son excepcionales y es muy normal que tales
situaciones se excluyan de las condiciones de verificación exigidas por las
normas para los cortes de líneas en vacío. Sin embargo, el hecho de que tales
casos concretos se presenten ha obligado a verificar la capacidad de los
interruptores automáticos para soportar esas tensiones. Incluso, si se puede
admitir que tales verificaciones se hagan en el lugar mismo de explotación de
la red, es absolutamente necesario que el fabricante demuestre a priori las
aptitudes de su material.
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