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domingo, 25 de febrero de 2018

Problemática de la conexión y desconexión de largas líneas con su extremo abierto




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 disyuntorLas 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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