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)
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