Fallos en las líneas de suministro eléctrico con redes inteligentes

Una cierta clase de fallos incipientes en los cables subterráneos son consecuencia de la entrada de agua y humedad y la formación intermitente de arcos en los empalmes que se extinguen por sí mismos. El fallo se resuelve rápidamente por sí mismo debido a la presión de vapor, con el resultado de que los dispositivos de protección no entran en funcionamiento; por eso se considera que estos incidentes se resuelven espontáneamente. Como los cables subterráneos son frecuentemente un activo fundamental de la empresa eléctrica, es esencial controlar e identificar estos fallos para la gestión proactiva de los mismos y su mantenimiento predictivo. La supervisión continua y el análisis automatizado de datos con inteligencia incorporada son cruciales para disfrutar de esta funcionalidad de red inteligente.

Figura 1: Ejemplo de fallo incipiente. En este caso se produjo un fallo que se resolvió por sí mismo y que no exigió ningún corte de suministro

En la figura 1 se ilustra un ejemplo de fallo incipiente ocurrido en una línea de suministro. El fallo alcanzó un máximo en 1.287 A y duró 0,22 ciclos sin provocar ningún corte del suministro ni el accionamiento de ningún fusible. Por lo tanto, no se guardó ningún registro en los datos de gestión de cortes. En la supervisión posterior se detectaron otros 140 fallos incipientes similares, hasta que se produjo, nueve meses después, el fallo catastrófico que quemó un fusible de 65 A. Los valores de intensidad y tensión de este incidente final se muestran en la figura 2, donde se observa un pico de avería de unos 5.000 A. Entre el primer incidente y el fallo catastrófico hubo otros fallos incipientes similares con picos de corriente de entre 1.000 A y 3.000 A y con polaridad tanto positiva como negativa. Ninguno de estos incidentes dejó huella en los datos de corte de corriente ni provocaron ninguna interrupción del suministro a los clientes. El análisis de tendencias y la cuantificación posteriores revelaron la evolución progresiva de los picos normalizados hacia el momento del fallo final (figura 3). El pico normalizado aumentó hasta casi tres veces su valor inicial hacia el final del período de supervisión. Esta observación indica que la integridad del empalme del cable se fue degradando con cada nuevo arco.

Figura 2: Vista del fallo catastrófico que siguió a la situación de la figura 1, en el que se observan corrientes trifásicas a, tensiones b, análisis de fasores de corriente c y análisis de fasores de tensión d.

Figura 3: Tendencia de la corriente de falta que provoca el fallo de la figura 2.

Este conocimiento casi en tiempo real de la línea de suministro aumenta el valor de las instalaciones de sensores existentes y es fácil de renovar. Aprovecha el potencial de los datos de subestación que ya están registrando los sistemas de protección digitales pero que siguen infrautilizados. Se obtiene así una capacidad de supervisión permanente. Además, también demuestra que es posible identificar la huella de una clase única de fallos de la línea de suministro que evolucionan a lo largo del tiempo y se repiten en una etapa incipiente hasta provocar una avería real.

Puede realizarse un análisis similar de otros tipos de incidentes de la línea de suministro, en particular de los fallos permanentes de cables subterráneos.

La figura 4 ilustra un ejemplo de avería de un cable lateral de la línea principal que se resolvió con un fusible de 40 A. Recoge las curvas en bruto de los datos de intensidad 4a y tensión 4b, así como las de magnitud del fasor 4c 4d. Las curvas de intensidad muestran el ciclo secundario de los picos de corriente.

Figura 4: Trazados de formas de onda a–b  y de magnitud del fasor c–d para un fallo del cable subterráneo

Gracias al empleo de inteligencia incorporada y al análisis automatizado, este incidente pudo detectarse y confirmarse con los datos de la empresa eléctrica.

Además, este tipo de procesamiento también detecta fallos en la línea de suministro adyacente. La figura 5 ilustra un ejemplo de fallo de un cable subterráneo en una línea adyacente a la supervisada. Las curvas muestran una caída de tensión y su efecto en la forma de onda de la intensidad.

Figura 5: Formas de onda de intensidad a y de tensión b y los correspondientes trazados de magnitud del fasor de intensidad c y de tensión d para un fallo del cable subterráneo en un alimentador contiguo

Por último, también se pueden observar y analizar al nivel de la distribución algunos incidentes de transporte y generación. En la figura 6 se ilustra un ejemplo de fallo en un punto anterior del sistema de transporte. Las curvas revelan caídas de intensidad y tensión en varias fases.

Figura 6: Formas de onda de intensidad a y de tensión b y los correspondientes trazados de magnitud del fasor de intensidad c y de tensión d para un fallo de transmisión aguas arriba

El camino hacia la red inteligente

El camino para conseguir una red inteligente pasa por modernizar una red eléctrica centenaria para satisfacer o superar las necesidades de la sociedad digital y fomentar la participación de los clientes. Esto se consigue en parte asegurando o mejorando la adquisición de datos, la gestión, el transporte, la interpretación y la automatización de los sistemas en su conjunto, desde las instalaciones del cliente final hasta las centrales eléctricas convencionales y renovables. El área clave para esta modernización es la red de distribución y la última milla, que están experimentando un cambio radical en relación con su diseño y su propósito original. Se necesitan medios de comunicación para mejorar la protección, el control y la automatización con distintos niveles de inteligencia para procesar los datos de servicio y actuar con inteligencia, seguridad y a tiempo.

La detección en tiempo real y automatizada de sucesos en redes de distribución, y su notificación casi en tiempo real, son requisitos imprescindibles para alcanzar el objetivo final de pasar a un modo de protección, control y supervisión en bucle cerrado. Esta visión del futuro se materializará si se obtienen datos brutos útiles y se emplean sistemas de inteligencia sin fallos que proporcionen información práctica para tomar las decisiones de control adecuadas mediante una infraestructura de comunicación fiable. Aunque muchos sensores en la red proporcionan más datos, es decisivo extraer de forma oportuna y eficaz la información esencial para lograr realmente los objetivos de la red eléctrica del siglo XXI. Se espera que la integración de dichas funciones en el funcionamiento de la red ayude de forma eficaz a que sea más eficiente, fiable, robusta e inteligente que antes.

 

 

FUENTE:

Transcripción parcial del artículo “Información, no datos” (Revista ABB 3/2009)

Autores:

Mirrasoul J. Mousavi, Vaibhav D Donde, James Stoupis, Le Tang (ABB Corporate Research Raleigh, NC, Estados Unidos). John J. McGowan (ABB Distribution Automation Allentown, PA, Estados Unidos)

 

 

Interfases de Transformadores de distribución (MT/BT)

 

Transformadores en baño de aceite

Las interfases de conexión  de los transformadores en baño de aceite de MT es generalmente realizada por tomas de corriente. Se denominan tomas de corriente a un conjunto de conectores constituidos por pasatapas enchufables.

Figura 1: Pasatapas enchufable (parte fija)

Las interfases de BT son principalmente realizadas por conectores de BT pasa-barras para las potencias superiores a 160 kVA o por pasatapas de porcelana para todas las potencias en MT.

Figura 2: Dimensiones de pasa-barras para distintas  intensidades

Para los transformadores de tipo poste, se utilizan tanto en MT como en BT los pasatapas de porcelana.

Figura 3: Pasatapas de porcelana para transformadores tipo poste

Conforme a la reglamentación vigente, relativa a la protección de los trabajadores y a las condiciones de la instalación, los fabricantes pueden proponer si es necesario cajas de protección para los pasatapas así como enclavamientos de seguridad para los pasatapas enchufables, (ver “Enclavamientos en los centros de transformación MT/BT” en el siguiente link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2020/09/enclavamientos-en-los-centros-de.html

Transformadores secos

Los transformadores secos pueden ir equipados por una envolvente metálica de protección, las conexiones se realizan normalmente por la parte superior, sin conectores. Según el estándar del fabricante los terminales de conexión de MT y BT, diametralmente opuestos, van dispuestos directamente en la parte superior de las bobinas o fijados sobre aisladores.

Figura 4: Conexiones de un transformador seco

Cuando el transformador va equipado de una envolvente metálica de protección, los cables pasan a través del techo para conectarlos directamente en los terminales de la parte activa. Los terminales, pueden ir provistos, sobre pedido, de terminales enchufables en MT y pasa-barras en la parte de BT. En este caso, las interfases, son iguales a la de los transformadores en baño de aceite.

Interfases de MT ≤ 24 kV

Terminales enchufables

La versión más corriente para la gama de 100 a 2500 kVA (Un ≤ 24 kV) consiste en utilizar terminales enchufables de calibre 24 kV – 250 A.

Estos terminales enchufables permiten la conexión de un cable de sección comprendida entre 25 mm² y 95 mm² en cobre o en aluminio, con la parte separable a derecha o izquierda.

Excepcionalmente los terminales de 400 A se utilizan para potencias más elevadas o características particulares de cables existentes.

Terminal separable

Dividiendo el terminal enchufable en dos partes, parte fija y parte separable, la parte separable puede ser de tres tipos, Izquierda, recto y en T, en los que la elección se determina en función del sentido de llegada del cable. El terminal en T permite la conexión de un segundo cable o el acceso a un conductor desnudo.

Figura 5: Terminales enchufables parte separable (Izquierda, recto y en T)

Interfases de BT ≤ 1100 V

Los transformadores en baño de aceite de MT están generalmente equipados en el lado de BT  con terminales pasa-barras en cobre estañado, a partir de 250 kVA. (Figura 2).

La solución en terminales de porcelana existe para los transformadores del tipo  poste y transformadores con potencias inferiores a 160 kVA, aunque opcionalmente se pueden adoptar también para transformadores a partir de 250 kVA.

Figura 6: Bornas de porcelana BT

Definición de las redes de Alta Tensión

 

Necesidad de las redes de alta tensión

La cantidad de energía eléctrica a producir y transportar es cada vez más importante ya que se duplica aproximadamente cada 10 años. Este transporte en ocasiones debe realizarse a distancias extremadamente largas ya que las reservas hidráulicas suelen estar alejadas de los puntos de consumo, al igual que las centrales nucleares ubicadas en emplazamientos concretos (necesidad de importantes fuentes de refrigeración).

Como resultado, se ha tenido que realizar el transporte de energía eléctrica con tensiones cada vez más altas. En efecto, el costo de transporte, función del voltaje utilizado, se puede estudiar a partir de la siguiente relación:

Costo = C₀ + C₁U + C₂S + C₃

Siendo:

C₀ + C₁U + C₂S = Costo de transmisión

C₀: es un término fijo que no depende de la tensión utilizada,

C₁U: costo de construcción directamente relacionado con la tensión de la red de transporte (altura de las torres, dimensiones de los aisladores, etc.),

C₂S: costo de construcción en función de la sección de los conductores,

C3: representa el costo de las pérdidas debidas al funcionamiento.

La Figura 1 muestra curvas tomadas de un estudio sueco, que representan las variaciones en el costo, para una potencia dada, en función de la tensión.

Se observa que el costo es mínimo para un cierto valor U de la tensión que representa la tensión óptima de la tensión de transporte para la potencia considerada.

Por otro lado, a medida que aumenta el nivel a transportar P, el valor de la tensión de potencia óptimo aumenta aproximadamente como √P. La ley de duplicar la potencia cada 10 años lleva a duplicar la tensión de las redes de transporte cada 20 años.

En cada país, durante la extensión de las redes, los niveles de tensión aumentaron. La IEC ha estandarizado un cierto número de valores entre los que los operadores de red deben elegir según las distancias y las potencias a transportar (tabla 1).

Tensiones normalizadas para redes de alta tensión (Tabla 1)

Función de las redes de alta tensión

Hay cuatro funciones principales:

■ Transporte,

■ Interconexión

■ Función mixta de redes malladas,

■ Distribución.

Redes de transporte

Se utilizan únicamente para transportar energía desde el lugar de producción hasta el punto de consumo, lejos unos de otros.

Se pueden dar 3 ejemplos típicos:

■ Red rusa

500 kV - 1400 MW, 800 km - Trayecto Volgograd, Moscú funcionando desde 1955.

■ Red sueca

420 kV que transporta la energía de los recursos hidráulicos en el norte de Suecia hasta el sur; en funcionamiento desde 1945.

■ Red canadiense

Hydro-Quebec - Churchill Falls (norte de Quebec) - Montreal, 4 líneas 735 kV - 3000 MW, 800 km.

Estas redes generalmente tienen una estructura simple constituida por estaciones transformadoras elevadoras en el extremo de la fuente, líneas y estaciones reductoras a nivel de los centros de consumo.

En ocasiones, las estaciones de conmutación son necesarias y se colocan en puntos intermedios (fig. 2).

Redes de interconexión

Puede resultar ventajoso interconectar dos redes establecidas entre dos centros de producción y dos centros de consumo (fig. 3). 

Hay dos ventajas principales:

■ Seguridad de suministro

En caso de avería de uno de los dos centros de producción, el suministro lo proporciona la segunda fuente.

■ Economía en equipos

El consumo en una región industrial varía, no sólo a lo largo de un año, sino también a lo largo de un día. Por lo tanto, para una red no interconectada, es necesario prever las denominadas centrales "de puntas" para satisfacer las necesidades en cualquier momento. Si no hay coincidencia entre las horas punta para dos redes vecinas, un aporte de energía de una a otra, por interconexión, permite el funcionamiento sin el aumento de equipos.

Ejemplo: Interconexión de todas las redes europeas a través de redes de 400 kV.

Redes mixtas o malladas

Hay plantas de producción y centros de consumo vinculados entre sí, estas redes ya no son tan simples. Se pueden citar como ejemplo las redes francesas de 225 y 400 kV.

Redes de alimentación para grandes consumidores de energía

Las redes de muy alta tensión son redes de distribución para grandes consumidores como las industrias del acero y química o incluso grandes áreas urbanas (fig. 4).

Figura 4: Red de alimentación de una gran ciudad

POST RELACIONADOS:

¿Por qué se utilizan altas tensiones en el transporte de energía eléctrica?

https://imseingenieria.blogspot.com/2020/04/por-que-se-utilizan-altas-tensiones-en.html

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Transmisión en Alta Tensión continua HVDC mediante cables tipo XLPE

https://imseingenieria.blogspot.com/2015/06/transmision-en-alta-tension-continua.html

El Transformador (Presentación Powerpoint)

F 

Construcción de bobinados de aluminio en Transformadores

 

Al margen del precio estable y favorable del aluminio con relación al cobre, el uso de planchas de aluminio ha introducido nuevos procesos en la construcción de transformadores, tanto desde el punto de vista del diseño como de la fabricación. Con este tipo de arrollamiento se obtiene un buen coeficiente de llenado debido a la coincidencia del aislamiento del conductor y de las capas (fig. 1). 

1.- Bobinado clásico con hilo redondo

2.- Bobinado clásico con conductores planos

3.- Bobinado con plancha de aluminio

a.- aislamiento de los hilos

b.- aislamiento de las capas

Figura 1: Bobinados clásicos y bobinados con plancha de aluminio

Esto es especialmente cierto para los devanados de baja tensión donde las láminas de aluminio se extienden a lo ancho del devanado. Para los bobinados de alta tensión y baja corriente, la plancha de aluminio es muy delgada por lo que el coeficiente de llenado se deteriora. En tales casos, a menudo es preferible enrollar conductores redondos de aluminio o incluso de cobre, en capas superpuestas, o bien, utilizar bandas de aluminio cuando la corriente es más elevada. La figura 2 muestra los devanados de aluminio, a saber: a la izquierda, un devanado de baja tensión con chapas de aluminio, a la derecha, un devanado de alta tensión con conductores redondos de aluminio (para bajas intensidades), enrollados en el aislamiento principal y directamente en el devanado de baja tensión, abajo, devanado de alta tensión en bandas de aluminio terminado (para altas intensidades). En la figura 3 puede observarse la construcción del bobinado de alta tensión solapándose con el aislamiento de cada banda de aluminio.

Figura 2

Figura 3

Las espiras o bandas de un bobinado de aluminio pueden aislarse unas de otras de muchas formas. El aislamiento puede ser muy delgado, porque entre ellas solo existe la tensión por espira. Sin embargo, es necesario que en los bordes, es decir en las aristas de cada plancha, el aislamiento tenga, desde un punto de vista eléctrico y mecánico, el mismo valor que en el interior del arrollamiento. Se debe prestar especial atención a la rigidez dieléctrica, en las caras laterales de la bobina. La forma más sencilla es utilizar papel para el aislamiento de las capas. El papel es sólido y barato y permite resolver el problema de los bordes con un ligero rebasamiento de las aristas de las planchas en el sentido axial. Sin embargo, el papel, al ser grueso, sólo es adecuado para espesores de hoja relativamente grandes, es decir, especialmente para bobinados de baja tensión. Para planchas más delgadas, es necesario adoptar un aislamiento de menor espesor. Para ello, se puede utilizar un barniz o impregnación de resina (Figura 4). Pero el espinoso problema de los bordes no desaparece.

Figura 4

Una bobina aislada de esta forma es muy sensible a los daños mecánicos, se recomienda impregnar minuciosamente los bordes, total o parcialmente, con resina. La bobina de aluminio así preparada es especialmente adecuada para transformadores secos (sin aceite). También se puede conseguir un aislamiento de espiras muy finas mediante láminas sintéticas.

También se obtiene muy buen aislamiento mediante la oxidación anódica de la superficie de la banda de aluminio. La capa de óxido obtenida tiene una alta rigidez dieléctrica y mayor estabilidad a la temperatura que el aluminio. El alto costo de este aislamiento solo se justifica si la resistencia a altas temperaturas es importante, por ejemplo, para transformadores secos con altas temperaturas de servicio.

Considerando las fuerzas que aparecen en una bobina de banda de aluminio durante un cortocircuito, se puede observar un efecto muy favorable en todo el ancho de la bobina con respecto a las fuerzas axiales. Estas fuerzas apenas aparecen, porque el equilibrio de los amperios-vueltas con respecto a los demás devanados se puede ajustar de forma independiente. Con el bobinado de planchas, la compensación axial del bobinado en espiral ya no es necesaria. Con grandes secciones de conductores, esta compensación puede conducir a una fuerte asimetría axial y, por lo tanto, a fuerzas axiales adicionales (Fig. 5).

1.- devanado de alta tensión

2.- devanado de baja tensión en espiral

3.- devanado de baja tensión en banda (planchas de aluminio)

F.- Fuerzas axiales

Figura 5.- Comparación de un devanado de baja tensión, en espiral, bajo la actuación de fuerzas axiales, con un devanado de baja tensión en bandas de aluminio no aparecen fuerzas axiales.

 

El bobinado de planchas de aluminio también tiene ventajas en términos de calentamiento y enfriamiento, las hojas superpuestas tienen, debido a su aislamiento muy delgado, una gran superficie de contacto común que, por un lado, asegura una buena disipación del calor en el sentido radial y, por otro lado, evita la formación de calor en determinados puntos. El problema de los puntos calientes casi desaparece por completo. Durante fuertes sobrecargas de corta duración, la evacuación del calor disipado se realiza rápidamente.

Las sobretensiones a la que se somete un arrollamiento de plancha de aluminio es muy favorable, ya que solo se manifiesta la tensión por espira entre dos capas; por otro lado la fuerte capacidad de acoplamiento, entre las diferentes capas, permite una repartición casi lineal de la tensión durante la aparición de ondas de frente muy escapado.

La construcción de un bobinado de plancha o banda es más sencilla y rápida que la de un bobinado convencional. La plancha simplemente se enrolla con su aislamiento. Todo el proceso de bobinado se limita a un movimiento de rotación, se eliminan los trabajos y movimientos en dirección axial. Es posible la automatización del proceso de bobinado.

Técnicas de ensamblado del aluminio y de la banda de aluminio

La realización de contactos entre conductores de aluminio precisa cuidados especiales;

También es necesario estar muy atento a la elaboración de contactos entre un conductor y una plancha o banda.

Los conductores de aluminio grueso se pueden remachar fácilmente. Especialmente en conductores de conexión de alta corriente. Con los contactos obtenidos mediante remaches, si la presión o la tracción son demasiado grandes, el aluminio se deforma. Por lo tanto, con contactos remachados, se debe tener cuidado de que la presión de sujeción no sea demasiado grande. Se recomienda utilizar elementos intermedios a resorte (arandelas cóncavas). Para tener una superficie de contacto limpia, es importante primero tratarla. Un contacto remachado garantiza una gran solidez, un montaje rápido y una buena conductividad. Se pueden conectar conjuntos de conductores de diferentes espesores. Este principio también hace posible combinar conductores de aluminio y cobre, con la condición de que estén sumergidos en aceite.

La soldadura en una atmósfera controlada de gas inerte (TIG) da muy buenos resultados, por ejemplo al producir con una corriente alterna un arco entre un electrodo de tungsteno refractario y la pieza a trabajar. El baño de fusión está protegido contra la oxidación por una envolvente de un gas raro que fluye alrededor del electrodo. El metal de aportación se suministra mediante varillas metálicas. Los procesos de soldadura con gas protector y electrodos fusibles son muy conocidos. Si las planchas no son demasiado delgadas, se pueden soldar rápidamente y bien. La soldadura autógena también se utiliza para el aluminio. Sin embargo, se requiere cierta habilidad para evitar perforaciones causadas ​por el metal fundido.

 

Figura 6.- Soldadura TIG de un terminal a la banda de aluminio de baja tensión

La soldadura blanda no es adecuada para ensamblar piezas de aluminio, sin embargo, ocasionalmente se utiliza.

La soldadura en frío es uno de los métodos de ensamblaje. Al hacer que el material fluya por presión en un punto concreto, se logra una soldadura perfecta. Este método funciona muy bien con planchas bastante delgadas; incluso es posible, utilizando capas intermedias de pequeñas láminas de Eloxal, ensamblar planchas o bandas de aluminio con perfiles de cobre (p. ej. para las conexiones). La gran ventaja de este proceso es que no se produce calor.

 

 

PARA SABER MÁS:

“Bobinados de aluminio en transformadores” en el siguiente link:

http://imseingenieria.blogspot.com.es/2015/09/bobinados-de-aluminio-en-transformadores.html

Devanados de Transformadores (Parte 1ª)

https://imseingenieria.blogspot.com/2016/12/devanados-de-transformadores-parte-1.html

 

Hoja de cálculo de los valores de resistencia obtenida por los diferentes electrodos de puesta a tierra

 

Como  complemento al artículo “Estudio del terreno como conductor: Resistencia de tierra” publicado en el link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2020/09/estudio-del-terreno-como-conductor.html

La presente hoja de cálculo, determina, conociendo previamente la resistividad del terreno, los valores de la resistencia obtenida por los siguientes electrodos de puesta a tierra: 

• Conductores enterrados horizontalmente, dependiendo de su longitud.
•  Placas enterradas superficialmente y profundamente, dependiendo de su número y perímetro.
• Picas verticales, dependiendo de su número., longitud y separación entre ellas.
•  Mallas de tierra, dependiendo de su superficie y la longitud total que forman la malla.

En hojas anexas se dan valores aproximados de la resistividad de diferentes terrenos según su composición.

Dirección para la descarga de la hoja de cálculo:

https://www.mediafire.com/file/cxg01fjlmew2rii/calculo-pat.xls/file

 

 

Guía técnica del disyuntor de media tensión

 

El disyuntor es un aparato que lleva a cabo la maniobra y la protección de una red. Puede establecer, soportar e interrumpir las corrientes de servicio, así como las corrientes de cortocircuito.

1.- Las diferentes funciones del disyuntor

1.1.- Soportar las solicitaciones eléctricas de la red

Esta función es esencial para el disyuntor al estar permanentemente en tensión. Durante su vida útil, el aparato (cierra y abre) debe soportar una tensión entre fases y entre fases y masa (chasis–mando).

El nivel de aislamiento asegura la resistencia dieléctrica de los materiales a las sobretensiones de origen interno y a las ondas de choque tipo rayo.

Las sobretensiones de origen interno aparecen durante cualquier maniobra en un circuito: apertura o cierre de un circuito, ruptura o contorneamiento de un aislante,…

Estos fenómenos son simulados en laboratorio por la rigidez dieléctrica a frecuencia industrial durante un minuto.

Las sobretensiones de origen externo o atmosférico se producen cuando el rayo cae sobre una línea o en sus proximidades.

La ondas de tensión que resultan son simuladas en laboratorio  por medio de ondas de choque tipo rayo.

1.2.- Establecer una corriente

El disyuntor puede:

• Establecer la corriente de una carga (motor, transformador, condensador,…).

• Cerrar sobre corriente de cortocircuito

• Cerrar una línea en vacío.

1.3.- Conducir la corriente

El circuito principal debe soportar sin problemas la corriente de servicio, la corriente térmica y la electrodinámica.

El circuito principal debe soportar sin daños:

• La corriente térmica = corriente de cortocircuito durante 1 ó 3 segundos

• La corriente electrodinámica

o 2,5 Icc (CEI) para 50 Hz 

o 2,6 Icc para 60 Hz.  

o 2,7 Icc (ANSI), para constantes de tiempo particulares (CEI)

• La corriente permanente de carga.

Puesto que la mayor parte del tiempo un disyuntor se encuentra en posición "cerrado", la corriente de carga debe circular sin aceleración térmica durante toda la vida útil del aparato. 

Los calentamientos dependen de los cambios térmicos del aire ambiente.

Las normas definen los límites máximos de calentamiento.

El circuito principal debe soportar estas corrientes después de numerosas maniobras.

1.4.- Cortar la corriente

El disyuntor debe cortar las corrientes de carga y las de cortocircuito.

2.- Características del disyuntor

La CEI 60 056 y la ANSI C37-06 definen por un lado las condiciones de servicio, las características asignadas, el diseño y la construcción; y por otro los ensayos, la selección de los controles y la instalación.

2.1.- Características asignadas obligatorias

Las características obligatorias para todos los disyuntores son:

• Tensión asignada

• Nivel de aislamiento asignado

• Corriente asignada en servicio continuo

• Corriente de corta duración admisible asignada

• Valor de cresta de la intensidad admisible asignada

• Duración del cortocircuito asignado

• Tensión asignada de alimentación de los dispositivos de cierre y apertura y de los circuitos auxiliares

• Frecuencia asignada

• Poder de corte asignado en cortocircuito

• Tensión transitoria de restablecimiento asignada

• Poder de cierre asignado en cortocircuito

• Secuencia de maniobra asignada

• Duraciones asignadas.

2.2.-Características asignadas particulares

Estas características no son obligatorias pero pueden ser requeridas para aplicaciones específicas:

• poder de corte asignado en discordancia de fases

• poder de corte asignado de los cables en vacío

• poder de corte asignado de las líneas en vacío

• poder de corte asignado de batería única de los condensadores

• poder de corte asignado de las baterías de condensadores en escalones

• poder de cierre asignado de las baterías de condensadores

• poder de corte asignado de bajas corrientes inductivas.

3.- Características de los disyuntores según CEI 60 056

3.1.- Tensión asignada (ver § 4.1 CEI 60 694)

La tensión asignada es el valor eficaz máximo de la tensión que el material puede soportar en servicio normal. Siempre es superior a la tensión de servicio.

• Valores normalizados para Ur (kV): 3,6 - 7,2 -12 - 17,5 - 24 - 36 kV.

3.2.-.- Nivel de aislamiento asignado (ver § 4.2 CEI 60 056 y 60 694)

• El nivel de aislamiento se caracteriza por dos valores:

o la resistencia a la onda de choque (1,2/50 µs)

o la resistencia a la frecuencia industrial durante un minuto.

3.3- Corriente asignada en servicio continuo (ver § 4.4 CEI 60 694)

Puesto que un disyuntor siempre está cerrado, la corriente de carga debe circular respetando un valor máximo de temperatura en función de los materiales y del tipo de enlaces.

La CEI establece el calentamiento máximo admisible de los distintos materiales utilizados para una temperatura ambiente que no supere los 40ºC (ver § 4.4.2 tabla 3 CEI 60 694).

3.4.- Intensidad de corta duración admisible (ver § 4.5 CEI 60 694)

Scc : potencia de cortocircuito (en MVA)

US : tensión de servicio (en kV)

Icc : intensidad de cortocircuito (en kA)

Es el valor normalizado eficaz de la intensidad de cortocircuito máxima admisible en una red durante 1 o 3 segundos.

Valores del poder de corte asignado en cortocircuito máximo (kA): 6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 - 20 - 25 - 31,5 - 40 - 50 kA.

3.5.- Valor de cresta de la intensidad admisible (ver § 4.6 CEI 60 694) y poder de cierre (ver § 4.103 CEI 60 056)

El poder de cierre es el valor máximo que un disyuntor es capaz de establecer y de mantener en una instalación en cortocircuito.

Debe ser superior o igual al valor de cresta de la intensidad de corta duración asignada.

Icc es el valor máximo de la intensidad de cortocircuito asignado para la tensión asignada del disyuntor. El valor de cresta de la intensidad de corta duración admisible es igual a:

2,5 · Icc para 50 Hz

2,6 · Icc para 60 Hz

2,7 · Icc para aplicaciones particulares.

3.6.- Duración del cortocircuito asignado (ver § 4.7 CEI 60 694)

La duración de cortocircuito asignada es igual a 1 o 3 segundos.

3.7.- Tensión asignada de alimentación de los dispositivos de cierre y apertura y de los circuitos auxiliares (ver § 4.8 CEI 60 694)

Valores de la tensión de alimentación de los circuitos auxiliares:

• en corriente continua (cc): 24 - 48 - 60 - 110 o 125 - 220 o 250 voltios,

• en corriente alterna (ca): 120 - 220 - 230 - 240 voltios.

Las tensiones de funcionamiento deben encontrarse en los rangos siguientes:

• motor y disparadores de cierre: -15% a +10% de Ur en cc y ca

• bobinas de apertura: -30% a +10% de Ur en cc y -15% a +10% de Ur en ca

• bobinas de apertura de mínima tensión

3.8.- Frecuencia asignada (ver § 4.9 CEI 60 694)

Se utilizan actualmente dos frecuencias en todo el mundo: 50 Hz en Europa y 60 Hz en América; algunos países utilizan las dos frecuencias. La frecuencia asignada es de 50 Hz o 60 Hz.

3.9.- Secuencia de maniobra asignada (ver § 4.104 CEI 60 056)

Secuencia de maniobras asignada según CEI, O - t - CO - t' - CO.

O : representa una maniobra de apertura

CO : representa una maniobra de cierre seguida inmediatamente de una maniobra de apertura

Existen tres secuencias de maniobra asignadas:

• lenta: 0 - 3 mn - CO - 3 mn – CO

• rápida 1: O - 0,3 s - CO - 3 mn – CO

• rápida 2: O - 0,3 s - CO - 15 s - CO

Nota: se pueden solicitar otras secuencias.

Ciclo de cierre/apertura

Hipótesis: orden O desde que el disyuntor se cierra.

Ciclo de nuevo cierre automático

Hipótesis: orden C desde que se abre el disyuntor, (con temporización para obtener 0,3 s ó 15 s ó 3 min).

3.10.- Poder de corte asignado en cortocircuito (ver § 4.101 CEI 60 056)

El poder de corte asignado en cortocircuito es el valor más elevado de la corriente que el disyuntor debe poder cortar bajo su tensión asignada.

Se caracteriza por dos valores:

• el valor eficaz de su componente periódico, denominado de forma abreviada: "poder de corte asignado en cortocircuito"

• el porcentaje del componente aperiódico correspondiente a la duración de apertura del disyuntor a la que se añade el semi período de la frecuencia asignada. El semi período corresponde al tiempo mínimo de activación de una protección con el máximo de intensidad, es decir 10 ms a 50 Hz.

Según la CEI, el disyuntor debe cortar el valor eficaz del componente periódico del cortocircuito (= su poder de corte nominal) con el porcentaje de asimetría definido por las curvas siguientes.

Porcentaje de la componente aperiódica (% DC) en función del intervalo de tiempo (τ)

τ : duración de apertura del disyuntor (Top), aumentada de un semi período a la frecuencia industrial (Tr).

Ejemplo 1:

Para un disyuntor de duración de apertura mínima de 45 ms (Top) a los que se añaden 10 ms (Tr) debido a los relés, el gráfico proporciona un porcentaje de componente aperiódico del 30% para una constante de tiempo τ1 = 45 ms:

• La CEI define de forma estándar los equipos de MT para un %DC del 30%, para un valor de cresta de corriente máxima igual a 2,5 · Icc en 50 Hz ó 2,6 · Icc en 60 Hz. En este caso, se utiliza la curva τ1.

• Para los circuitos poco resistivos como las llegadas de generadores, %DC puede ser mayor, con un valor de cresta de la corriente máxima igual a 2,7 · Icc. En este caso, utilizar la curva τ4.

Para todas las constantes comprendidas entre τ1 y τ4, utilizar la fórmula:

• Valores del poder de corte asignado en cortocircuito: 6,3 - 8 - 10 - 12,5 - 16 20 - 25 - 31,5 - 40 - 50 - 100 kA.

• Los ensayos de corte en cortocircuito deben responder a las 5 secuencias de ensayo siguientes:

IMC : intensidad establecida

IAC : valor de cresta del componente periódica (Icc de cresta)

IDC : valor del componente aperiódica

%DC : % de asimetría o componente aperiódica:

• Intensidad de cortocircuito simétrica (en kA):

• Intensidad de cortocircuito asimétrica (en kA):

Ejemplo 2:

Supongamos que el %DC de un disyuntor de MT equivale al 65% y que la intensidad de cortocircuito simétrica calculada (Isim) equivale a 27 kA. ¿A qué es igual Iasim?

Basándose en la fórmula [A], equivale a una intensidad de cortocircuito simétrica de calibre:

El calibre del disyuntor deberá por lo tanto ser superior a 33,8 kA. Según la CEI, el calibre normalizado más próximo es 40 kA

3.11.- Tensión Transitoria de Restablecimiento asignada (TTR) (ver § 4.102 CEI 60 056)

Es la tensión que aparece entre las bornas de un polo del disyuntor después de la interrupción de la corriente. La forma de la onda de tensión de establecimiento varía en función de la configuración real de los circuitos.

Un disyuntor debe poder interrumpir una corriente determinada para todas las tensiones de restablecimiento cuyo valor sea inferior a la TTR asignada.

Factor de primer polo

Para los circuitos trifásicos, la TTR se refiere al polo que corta en primer lugar, es decir, a la tensión en las bornas del polo abierto. La relación de esta tensión con una tensión simple se denomina factor de primer polo y equivale a 1,5 para las tensiones de hasta 72,5 kV.

Valor de la TTR asignada

La TTR está en función de la asimetría; se proporciona para una asimetría del 0%.

Representación de una TTR especificada por un trazado de referencia con dos parámetros y por un segmento de recta que define un retardo.

Td : tiempo de retardo

t3 : tiempo necesario para alcanzar Uc

Uc : tensión de cresta de la TTR en kV

Velocidad de aumento de la TTR: Uc/t3 en kV/µs

3.12.- Poder de corte asignado en discordancia de fases (ver § 4.106 CEI 60 056)

Cuando un disyuntor está abierto y los conductores de ambos lados no son síncronos, la tensión entre sus bornas puede aumentar hasta la suma de las tensiones de los conductores (oposición de fases).

El disyuntor debe ser capaz de interrumpir la corriente igual a:

Esta corriente puede alcanzar la mitad del valor de la corriente de cortocircuito en bornas del disyuntor.

• En la práctica, la norma exige al disyuntor que corte una intensidad equivalente al 25% de la intensidad de defecto en las bornas, con una tensión igual al doble de la tensión en relación con la tierra.

• Si Ur es la tensión asignada del disyuntor, la tensión de restablecimiento (TTR) a frecuencia industrial es igual a:

o 2 · √3 · Ur para las redes cuyo neutro es directo a la tierra

o 2,5 · √3 · Ur para las demás redes.

• Valores de cresta de la TTR para las redes que no tienen neutro a tierra:

3.13.- Poder de corte asignado de los cables en vacío (ver § 4 .108 CEI 60 056)

La especificación de un poder de corte asignado para un disyuntor situado a la cabeza de cables en vacío no es obligatoria y no se considera necesaria para tensiones ≤ a 24 kV.

Valores normales del poder de corte asignado para un disyuntor situado a la cabeza de cables en vacío:

3.14.- Poder de corte asignado de las líneas en vacío (ver § 4 .107 CEI 60 056)

La especificación de un poder de corte asignado para un disyuntor de maniobra situado a la cabeza de líneas en vacío está limitado a las líneas aéreas trifásicas y de tensión asignada ≥ 72 kV.

3.15.- Poder de corte asignado de batería única de condensadores (ver § 4 .109 CEI 60 056)

La especificación del poder de corte de un disyuntor de maniobra situado aguas arriba de condensadores no es obligatoria. Debido a la presencia de armónicos, el poder de corte de los condensadores es igual a 0,7 veces el valor de la corriente asignada del aparato.

Por definición:

El valor normal de la sobretensión obtenida es igual a 2,5 pu, es decir:

3.16.- Poder de corte asignado de la batería de condensadores en escalones (ver § 4.110 CEI 60 056)

La especificación del poder de corte de condensadores en escalones no es obligatoria.

Si n es igual al número de escalones, la sobretensión equivale a:

3.17.-Poder de cierre asignado de las baterías de condensadores (ver § 4.111 CEI 60 056)

El poder de cierre asignado de las baterías de condensadores es el valor de la cresta de la corriente que el disyuntor debe poder establecer a su tensión asignada. 

El valor del poder de cierre asignado del disyuntor debe ser superior al valor de la corriente de conexión de la batería de condensadores. 

En servicio, la frecuencia de la corriente de conexión está normalmente en el rango 2 - 5 kHz.

3.18.- Poder de corte asignado de bajas corrientes inductivas (ver § 4.112 CEI 60 056)

El corte de una corriente poco inductiva (de unos amperios a algunas decenas de amperios) provoca sobretensiones.

El tipo de disyuntor debe elegirse con el fin de que las sobretensiones que aparecen no dañen el aislamiento de los receptores (transformadores,motores).

La figura siguiente representa las diferentes tensiones del lado de la carga

Uf : valor instantáneo de la tensión de red

Uc : tensión de la red en el momento del corte

Um : punto de extinción

Uif : sobretensión con respecto a tierra

Up : sobretensión máxima con respecto a tierra

Ud : amplitud máxima cresta a cresta de la sobretensión

debida al recebado.

Niveles de aislamiento de los motores

La CEI 60 034 establece los niveles de aislamiento de los motores. Los ensayos de resistencia a la frecuencia industrial y a los choques vienen dados en la tabla siguiente (niveles de aislamiento nominales para máquinas giratorias).

3.19.- Condiciones normales de funcionamiento (ver CEI 60 694)

Para todos los materiales que funcionen en condiciones distintas a las indicadas, debe preverse un decalaje (ver apartado 4). Los materiales están diseñados para un funcionamiento normal en las siguientes condiciones:

• Temperatura:

• Humedad:

• Altitud

La altitud no debe superar los 1.000 metros.

Resistencia mecánica

La resistencia mecánica exigida por la recomendación es de 2.000 maniobras.

Los disyuntores normalmente garantizan 10.000 maniobras.

Resistencia eléctrica

La resistencia eléctrica exigida por la recomendación es de 3 cortes a Icc.

Los disyuntores deben garantizan como mínimo 15 veces el corte Icc.

3.20.- Coordinación de los valores asignados (ver § CEI 60 056)

4.- Decalajes

Las diferentes normas o recomendaciones imponen los límites de validez para las características de los aparatos.

Las condiciones normales de utilización se han descrito en el apartado 3.19 

Superados estos límites, es necesario reducir determinados valores, es decir, decalarlos.

Deben preverse decalarlos:

• sobre el nivel de aislamiento, para altitudes superiores a 1.000 metros

• sobre la intensidad asignada, cuando la temperatura ambiente supere 40ºC y para un grado de protección superior a IP3X,

Los distintos decalajes se pueden acumular si fuera necesario.

Nota: No existen normas que traten de forma específica el decalaje.

No obstante, la tabla V § 442 de la CEI 60 694 trata los calentamientos y proporciona los valores límite de temperatura que no deben superarse en función del componente, el material y el dieléctrico.

4.1 Decalaje del nivel de aislamiento en función de la altitud

Las normas contemplan un decalaje para todos los materiales instalados a una altitud superior a 1.000 metros.

Por regla general, es necesario decalar un 1,25% U de cresta cada 100 metros por encima de 1.000 metros.

Es aplicable a la resistencia a la tensión de los choques de sobretensión y a la resistencia a la tensión de frecuencia industrial 50 Hz - 1 min. La altitud no tiene ninguna incidencia en la resistencia dieléctrica de los disyuntores en el SF6 o en vacío, ya que están protegidos con envolvente estanco. Esta desclasificación, por el contrario, debe tenerse en cuenta cuando el disyuntor está instalado en celdas.

El aislamiento se realiza en tal caso en el aire.

Coeficientes normales de corrección:

• para los disyuntores fuera de celda, utilizar la curva siguiente.

• para los disyuntores en celda, consultar la tabla de selección de la celda (el decalaje depende del diseño de ésta).

Excepción para el mercado mejicano: el decalaje comienza desde cero metros (ver la curva punteada).

Ejemplo de aplicación:

¿Se puede instalar un material de tensión asignada de 24 kV a 2.500 metros?

La resistencia a la onda de choque solicitada es de 125 kV.

La resistencia a la frecuencia industrial 50 Hz es de 50 kV. 1 mn.

Para 2.500 m:

• k es igual a 0,85

• la resistencia a la onda de choque debe ser de 125/0,85 = 147,05 kV

• la resistencia a la frecuencia industrial 50 Hz debe ser de 50/0,85 = 58,8 kV

No, el material que debe instalarse es:

• tensión asignada = 36 kV

• resistencia a la onda de choque = 170 kV

• resistencia a 50 Hz = 70 kV

Nota:

Si no se desea suministrar material de 36 kV, es preciso disponer de los certificados de ensayo que demuestran que el material responde a la demanda.

4.2.- Decalaje de la intensidad asignada en función de la temperatura

Por regla general, el decalaje es del 1% de Ir por grado que supere los 40ºC. La norma CEI 60 694 § 442 tabla 5 define un calentamiento máximo admisible para cada componente, material y dieléctrico con una temperatura ambiente de referencia de 40.C.

Este calentamiento depende de tres parámetros:

• la intensidad asignada

• la temperatura ambiente

• el tipo de celda y su IP (índice de protección).

El decalaje se realizará según las tablas de selección de las celdas, ya que los conductores exteriores a los disyuntores sirven de radiador de disipación de las calorías.

5.- Ensayos tipo según CEI 60 056

El propósito de los ensayos de tipo es verificar las características del disyuntor, de sus dispositivos de control y equipos auxiliares. 

En principio. cada ensayo de tipo debe realizarse en un disyuntor nuevo y limpio y los diversos ensayos de tipo pueden realizarse en diferentes momentos y en diferentes lugares. 

5.1.- Los ensayos de tipo obligatorios son: 

5.1.1.- Ensayos dieléctricos: 

• Ensayo de choque tipo rayo. 

• Ensayo de resistencia a frecuencia industrial del circuito principal y auxiliares de control.

5.1.2.-Ensayos de calentamiento y de medida de la resistencia del circuito principal 

5.1.3.- Ensayo de la corriente admisible de corta duración  

5.1.4.- Ensayo de la corriente de cresta admisible

 5.1.5.- Ensayos mecánicos y climáticos:

• Los ensayos de funcionamiento mecánico a temperatura del aire ambiente

• Ensayos a alta y baja temperatura

5.1.6.- Ensayos de cierre y corte de corrientes de cortocircuito: defectos en bornes

5.1.7.- Ensayos de cierre y corte de corrientes capacitivas:

• Ensayos de corte de cables en vacío

• Ensayos de corte de baterías únicas de condensadores

• Ensayos de corte de baterías de condensadores de escalones

5.1.8.- Ensayos de cierre y corte de pequeñas corrientes inductivas:

• Ensayos de corte de motores

• Ensayos de corte de transformadores en vacío

• Ensayos de corte de reactancias shunt

Nota: los diferentes ensayos están detallados en el capitulo 2 de la CEI 60056

Los ensayos siguientes pueden ser solicitados para aplicaciones particulares.

5.1.9.- Ensayos de cierre y corte de corrientes de cortocircuito:

• Ensayos de corte con discordancia de fases

• Ensayos de corte en monofásico

Los ensayos de endurancia eléctrica (no están normalizados)

Nota: En la implantación de un nuevo disyuntor, los ensayos de tipo se llevan a cabo en el orden de prioridad que se indica a continuación.

Prioridad 1: ensayos realizados durante el lanzamiento de un producto.

Prioridad 2: ensayos realizados al inicio de la vida del producto.

Prioridad 3: ensayos realizados según las exigencias del mercado.

5.2.- Ensayos de rutina

El propósito de los ensayos de rutina es verificar las características del disyuntor, sus dispositivos de control y su equipo auxiliar. Son realizados por el fabricante, en fábrica, para cada aparato.

Los ensayos de rutina son:

■ funcionamiento mecánico,

■ medición de los tiempos de maniobra de los auxiliares,

■ caída de tensión máxima del circuito principal,

■ control de estanqueidad,

■ tiempo de cierre en ciclo rápido,

■ ensayos dieléctricos a frecuencia industrial:

o en el circuito principal,

o en los circuitos auxiliares.

■ verificación de la cadena de disparo para los disyuntores con protección integrada,

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