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jueves, 26 de abril de 2018

Equipos prefabricados bajo envolvente metálica (Parte 1ª)




Se denominan equipos bajo envolvente metálica al conjunto de aparamenta de maniobra ubicada dentro de una envolvente metálica, destinada a ser conectada a tierra, completamente ensamblada, con excepción de las conexiones exteriores.

El conjunto puede estar formado por varios aparatos, conectados entre sí y hasta los bornes de conexión al exterior de la envolvente. Se incluyen los transformadores de medida (tensión y corriente).

A estos conjuntos de aparamenta con dicha envolvente metálica se les denomina comúnmente «celdas» o «cabinas» o también celdas, o cabinas prefabricadas.

En lo sucesivo, para abreviar, en este post se utilizará el término «conjunto de cabinas metálicas» o simplemente «conjunto de cabinas» para denominar estos conjuntos de aparamenta bajo envolvente metálica.

También se utilizará el término «cabina» o «celda» para denominar las diferentes unidades individuales del conjunto en cuanto a su función.

Las soluciones tecnológicas generales de estos conjuntos prefabricados bajo envolvente metálica, podemos dividirlas en tres grandes grupos:

·         Celdas de aislamiento aire y dispositivos de corte al aire
Instalación y operación:
o   Locales de instalación con atmósfera controlada
o   Emplazamientos sin restricción de espacio
o   Máxima flexibilidad de explotación y operación
o   Menor coste
·         Celdas de aislamiento aire y dispositivos de corte en SF6 ó vacío
Instalación y operación:
o   Locales de instalación con atmósfera controlada
o   Emplazamientos reducidos
o   Mayor endurancia eléctrica
o   Coste medio

·         Celdas integrales en SF6 (o aislamiento SF6, corte en vacío)
Instalación y operación:
o   Locales con atmósfera no controlada
o   Emplazamientos de dimensiones reducidas
o   Endurancia eléctrica y mecánica
o   Mantenimiento reducido
o   Coste más elevado

Clasificación de celdas:


Normativa

IEC 62271-200: Equipos con envolvente metálica para corriente alterna de tensiones asignadas comprendidas entre 1 y 52 kV.
IEC 62271-201: Aparamenta de alta tensión bajo envolvente aislante.

Tipos constructivos:

Celdas con aislamiento de aire

Celdas compartimentadas

Las celdas de tipo compartimentado tienen comúnmente cuatro compartimentos básicos:

·      Compartimento de barras generales. En las cabinas con doble juego de barras generales, cada uno está ubicado en un compartimento separado.
·       Compartimento del aparato de conexión, que mayoritariamente es un interruptor automático, pero que también puede ser un interruptor-seccionador o un contactor.
·   Compartimento con los terminales para conexión de los cables procedentes del exterior, seccionador de puesta a tierra (si lo hay) y transformadores de medida (si los hay).
·    Compartimento denominado de «baja tensión» con los elementos y aparatos de los circuitos auxiliares de mando, control, medida y protección.

Las celdas están compartimentadas interiormente mediante tabiques y/o particiones. Los variados elementos (aparatos, conexiones) que forman el conjunto de aparamenta, están ubicados dentro de los distintos compartimentos así formados.

Estos tabiques pueden ser metálicos o no metálicos (por ejemplo de material aislante).

En el caso de que sean todos metálicos y previstos para ser conectados a tierra, entonces esta modalidad constructiva se denomina «aparamenta blindada» (metal-clad). En los otros casos se le denomina con el término general de «aparamenta modular compartimentada».

La aparamenta modular compartimentada suele estar compuesta por celdas modulares equipadas con aparamenta fija, bajo envolvente metálica, que utiliza el aire como aislante y el hexafluoruro de azufre (gas SF6) como agente de corte en los siguientes aparatos:

         interruptor-seccionador,
         interruptor automático,
         seccionador
         seccionador de puesta a tierra

La columna vertebral de estas celdas con interruptor o seccionador es el cárter de resina de epoxi en el cual existen las funciones de interruptor y seccionador de puesta a tierra. En el interior del cárter existe un equipo móvil que gira en rotación, adoptando tres posiciones estables (cerrado, abierto-seccionado y con el seccionador de puesta a tierra cerrado), lo que constituye un enclavamiento físico entre la función de interruptor cerrado y seccionador de puesta a tierra cerrado.


Figura 1: Carter del Interruptor de 3 posiciones con gas de aislamiento y corte  SF6, incluye enclavamientos naturales

Estas celdas permiten realizar la parte MT de los centros de transformación MT/BT de distribución pública y privada hasta 36 kV. Permiten elaborar esquemas para aplicaciones muy variadas (conmutación automática, cogeneraciones,...) gracias a su modularidad.

Además de sus características técnicas, aportan una respuesta a las exigencias en materia de seguridad de las personas, facilidad de instalación y explotación.

Están diseñadas para instalaciones de interior y pueden ser ampliadas posteriormente simplemente añadiendo nuevos módulos a las celdas ya existentes.

La explotación está simplificada por la reagrupación de todos los mandos sobre un mismo compartimento frontal en las celdas de interruptor o seccionador.

Características eléctricas generales de las celdas modulares:

·         Un: 36 kV – Ith (1s): 16 ó 20 kA – In: 400 ó 630 A
·         Un: 24 kV – Ith (1s): 16 ó 20 kA – In. 400 ó 630 ó 1250 A
·         Un: 12 kV – Ith (1s): 16 ó 20 ó 25 kA – In: 400 ó 630 ó 1250 A

La gama modular compartimentada dispone de un amplio abanico de funciones: interruptor y conmutación automática, protección con fusibles, contactor, protección mediante interruptor automático, medida de tensión e intensidad, seccionamiento y remonte,...

 
Figura 2

Tanto la celda de interruptor-seccionador como la de interruptor automático y la de contactor  están compuestas principalmente por 5 compartimentos diferenciados:

1.     Aparamenta: Interruptor-seccionador o seccionador y seccionador de puesta a tierra     en el interior de un cárter relleno de SF6 y sellado de por vida.
2.     Juego de barras: barras que permiten una extensión a voluntad de los centros y una   conexión con celdas existentes.
3.       Conexión: accesibilidad por la parte frontal para la conexión de los cables.
4.   Mandos: contiene los mecanismos que permiten maniobrar el interruptor, el interruptor automático y el seccionador de puesta a tierra, el indicador de posición mecánica y el bloque de lámparas de presencia de tensión. En opción, el mando puede ser motorizado y equipado con distintos accesorios (bobinas, contactos auxiliares,...).
5.     Control: permite la instalación de relés y  regletero de bornas.


Figura 3: Sección de una celda modular compartimentada  SM6 (Schneider Electric)

Celdas blindadas (Metal-clad)

Están La conexió de potencia de una unidad funcional a otra en una celda se realiza mediante un juego de banrras simple.

La continuidad compuestas de varias unidades funcionales ensambladas entre sí.

eléctrica de todas las masas metálicas queda garantizada mediante la conexión de los colectores de tierra de cada unidad funcional al colector principal de la celda.

Los cables de BT pueden entrar en la celda por cada uno de sus extremos, bien por la parte superior, bien por la parte inferior de cada unidad funcional.

La unidad funcional está formada por todos los materiales de los circuitos principales y auxiliares que constituyen una función de protección. Cada unidad funcional agrupa el conjunto de los elementos necesarios para llevar a cabo su función:

         La celda.
         La cadena de protección y control.
         La parte móvil.

La celda:

Las partes de media tensión están divididas en compartimentos mediante paneles metálicos  conectados a tierra que separan entre sí:

         El juego de barras.
      La parte móvil desenchufable (disyuntor o interruptor automático, contactor de fusibles, carro de seccionamiento o de puesta a tierra).
● La conexión de MT, el seccionador de tierra, los transformadores de intensidad y los transformadores de tensión.

 
Figura 4: Sección de una Celda Blindada MCSet (Schneider Electric)

Garantizan un alto nivel de protección de las personas; cuando un compartimento que contiene un circuito principal se abre, los demás compartimentos o unidades funcionales pueden permanecer en tensión.

Los auxiliares de baja tensión y la unidad de control están en un cajón, separado de la parte de media tensión.

Normalmente se ofrecen cuatro celdas básicas:

         Llegada o salida (con posibilidad de disponer de equipos desenchufables)
         Acoplamiento en línea (con posibilidad de disponer de equipos desenchufables)
         Medida y puesta a tierra del juego de barras
         Salida interruptor fusibles

 Cadena de protección y control:

Incluye:
         Unidad de protección y control.
         Transformadores de intensidad, que pueden ser de 3 tipos:
o   Transformadores de intensidad convencionales.
o   Transformadores de intensidad de tipo toroidal BT.
o   Transformadores de intensidad de amplio rango de utilización.
         Transformadores de tensión.
         Toroidales homopolares

Parte móvil:

Incluye:
         El interruptor automático, el contactor o el carro de puesta a tierra con su mecanismo de cierre y apertura o el carro de seccionamiento.
         El dispositivo de propulsión por manivela para el enchufado y desenchufado.
         Los enclavamientos para fijar la parte móvil a la parte fija en posición de servicio o seccionada.

Las celdas Blindadas pueden estar diseñadas para resistir el arco interno y eliminar sus efectos con total seguridad para el personal operario, gracias a:

         La instalación de válvulas metálicas unidireccionales en la parte superior del envolvente, que en caso de fallo interno limitan la sobrepresión en los compartimentos.
         La utilización de materiales ignífugos en la construcción de la celda

Características eléctricas generales:

         Un: 7,2 kV, 12 kV, 17,5 kV y 24 kV
         In juego de barras: 4000 A
         In con función disyuntor: 1250 a 4000 A
         Ith/3s con función disyuntor: 25 a 50 kA
         In con función contactor/fusibles: 200 a 250 A
         Ith/3s con función contactor/fusibles: 50 kA
         In con función interruptor/fusibles: 200 A
         Ith/3s con función interruptor/fusibles: 25 kA
         Resistencia al arco interno: 50 kA/1s

Celdas con aparamenta encapsulada

En las cabinas de este tipo, todos los elementos del conjunto de aparamenta que forman el circuito principal de MT, o sea aparatos, barras generales y/o conexiones, están individualmente recubiertos de material aislante sólido («encapsulados»). Este tipo puede considerarse una variante del tipo compartimentado, con tal que cumpla también con las condiciones de la norma IEC 62271-201 «Aparamenta de alta tensión bajo envolvente aislante».
               
Se entiende por circuito principal, el conjunto de partes conductoras de la cabina metálica que forman parte del circuito destinado al transporte de la energía eléctrica.

Se entiende por circuito auxiliar todas aquellas partes conductoras de la cabina, comprendidas en un circuito (distinto del principal) para el mando, medida, control y señalización.

Celdas con aislamiento de gas diferente del aire

En estas cabinas se ha sustituido el aire como gas de aislamiento por un gas dieléctrico a una presión algo superior a la atmosférica (1,1 a 1,5 bar absolutos según tipos y marcas).

Esta sustitución puede ser en la totalidad de la celda o bien en parte de ella, por ejemplo, en el compartimento del interruptor y del seccionador, en el de barras generales (si las hay), etc.

Por tanto, la celda en la parte con el gas dieléctrico es de construcción estanca.

En la actualidad, el gas dieléctrico mayormente utilizado para estos fines, es el hexafluoruro de azufre (SF6).

Las cabinas modulares con aislamiento de gas dieléctrico a presión, en especial  SF6 tienen la ventaja de ser de dimensiones notablemente más reducidas que las modulares de aislamiento de aire, ya que la mayor rigidez dieléctrica de este gas respecto al aire, permite reducir distancias entre partes en tensión dentro de la celda.

La gama de funciones es similar a las descritas para las celdas modulares compartimentadas con aislamiento de aire

Por otra parte, son especialmente adecuadas para casos de atmósferas contaminadas, salinas o corrosivas, de ambientes explosivos, etc., ya que sus partes activas principales al estar dentro del gas dieléctrico en recinto estanco no están en contacto con dichas atmósferas adversas.

Celdas compactas Monobloque, RMU (Ring Main Unit)

Las celdas de este tipo, o no tienen ninguna compartimentación interior o tienen un número de compartimentos inferior al que tendría una cabina compartimentada o blindada para ubicar el mismo conjunto de aparamenta.

Normalmente están compuestas por un conjunto de celdas de reducidas dimensiones que integran  varias unidades funcionales. La gama se compone de las siguientes funciones: función de línea y función de protección de transformador mediante fusibles o interruptor automático.

La celda compacta está compuesta de una cuba estanca repleta de hexafluoruro de azufre (gas SF6) sellada de por vida, en la cual se integran las diferentes funciones.  Cada conjunto monobloque con aislamiento integral incluye:

1.   envolvente metálica (acero inoxidable), estanca y sellada de por vida, que contiene las partes activas como el interruptor-seccionador, seccionador de puesta a tierra y interruptor (fusibles o interruptor automático) (figura 5).


Figura 5

2.       compartimento para cables con pasatapas de conexión (figura 6).


Figura 6

3.       compartimento de mando (figura 7)


Figura 7

4.     compartimento de fusibles para la función de protección de transformador (figura 8).


Figura 8

La cuba de acero inoxidable y los receptáculos de fusibles desenchufables, estancos y metalizados aseguran la insensibilidad al entorno.

El diseño de estas celdas garantiza la seguridad de las personas debido al ensayo de arco interno, una puesta a tierra visible y un equipo móvil de 3 posiciones que garantiza un enclavamiento natural (figura 1).

Estas celdas permiten realizar la parte de MT en los centros de transformación MT/BT de distribución pública hasta 24 kV. Son de especial interés para los centros de distribución pública debido a su gran fiablilidad e insensibilidad al entorno.

El margen de maniobra referido a las condiciones medioambientales del entorno es muy amplio, ya que sus condiciones de servicio abarcan un rango de temperatura que va desde –25ºC a 40ºC. Garantizan el correcto funcionamiento hasta una altitud
de 3000 m (con conexiones de campo dirigido).

Además de sus características técnicas, aportan una respuesta a las exigencias en materia de seguridad de las personas, facilidad de instalación, seguridad de explotación y mantenimiento nulo de las partes activas.

En condiciones normales, estas celdas precisan muy poco mantenimiento. Su estanqueidad se verifica en fábrica y les otorga una vida útil sin mantenimiento de aproximadamente 30 años.

Características eléctricas generales:

         Un: 24 kV.
         In: 200 A, 400 A y 630 A.
         Ith (1s): 16 ó 20 kA
         Poder de corte disyuntor: 12,5 ó 16 kA.
         Temperatura de servicio: - 25 ºC a + 40 ºC.

El interruptor automático instalado en la función de protección puede llegar a tener una intensidad asignada de 630 A.

Las funciones de línea e interruptor automático pueden ser motorizadas con un kit, el cual puede instalarse en el momento de la instalación o posteriormente sin interrumpir el servicio.

Mediante la opción del telemando se pueden reducir notablemente los tiempos de corte debido al seguimiento y control de los equipos de la red, se optimiza y reducen los costes de la explotación en tiempo real.


Figura 9: Sección de una celda compacta Monobloque RM6 (Schneider Electric)

Características constructivas de las celdas descritas



Aplicación de las diferentes celdas prefabricadas



Continua en: Equipos prefabricados bajo envolvente metálica (y Parte 2ª)
http://imseingenieria.blogspot.com.es/2018/04/equipos-prefabricados-bajo-envolvente_27.html

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