Reconectadores de 33 KV con cámara de SF6

Definición:

El reconectador es un interruptor con reconexión automática, instalado preferentemente en líneas de distribución. Es un dispositivo de protección capaz de detectar una sobrecorriente, interrumpirla y reconectar automáticamente para reenergizar la línea. Está dotado de un control que le permite realizar varias reconexiones sucesivas, pudiendo además, variar el intervalo y la secuencia de estas reconexiones. De esta manera, si la falla es de carácter permanente el reconectador abre en forma definitiva después de cierto número programado de operaciones, de modo que aísla la sección fallada de la parte principal del sistema.

La tarea principal de un reconectador entonces es discriminar entre una falla temporal y una de carácter permanente, dándole a la primera tiempo para que se aclare sola a través de sucesivas reconexiones; o bien, sea despejada por el elemento de protección correspondiente instalado aguas abajo de la posición del reconectador, si esta falla es de carácter permanente.

Funcionamiento:

La figura 1. muestra los componentes del reconectador.

1. Tanque.2. Placa del mecanismo.3. Solenoide de cierre.4. Barra impulsora de contacto.5. Interruptor de vacío.6. Conexión flexible.7. Bushing aislante de

EPDM/goma siliconada.8. Transformador de tensión

(opcional).9. Bushing aislantes.10. Transformador de corriente.11. Cables protegidos.12. Solenoide de apertura.13. Módulo de entrada del cable

de comunicación (SCEM).14. Soporte para la instalación de

los descargadores.15. Entrada del cable de

comunicación.16. Resorte de apertura.17. Barra de apertura.18. Enganche.

19. Resorte de contacto.20. Contactos.21. Cable al gabinete de control.22. Armadura de la barra de apertura.23. Gas de hexafluoruro de azufre (SF6).

El Reconectador posee interruptores de vacío (5) contenidos en un tanque de acero inoxidable grado marino 316, totalmente soldado y sellado (1), especialmente diseñado para el montaje sobre poste. Dicho tanque está lleno de gas de hexafluoruro de azufre (SF6) (23), el cual tiene excelentes propiedades de aislación eléctrica, lo cual da por resultado un equipo compacto y con un mínimo de mantenimiento.

El gabinete de control, el cual se instala a poca altura para facilitar el acceso, es el que aloja al Panel de Control del operador y a la unidad de microelectrónica. Dicho gabinete cumple con las funciones de protección y controla y monitorea al reconectador. Se conecta al reconectador mediante un cable umbilical enchufable (22).

El reconectador junto con el gabinete de control constituyen un equipo de monitoreo y control a distancia. El reconectador se cierra mediante un impulso de corriente controlada que proviene de un capacitor que se encuentra en el gabinete de control y que se transmite a través del solenoide de cierre (3) éste atrae la placa (2), la cual, a su vez, cierra los contactos (21) en el interruptor de vacío (5) mediante las barras impulsoras (4).

Los contactos, a su vez, se mantienen en posición cerrada por medio de las lengüetas del enganche (18) que se apoyan en la barra de apertura (17). La apertura de los contactos se logra mediante la liberación de un impulso de corriente controlada desde un capacitor y a través de la bobina de apertura (12).

Dicho impulso atrae a la armadura de la barra de apertura (16) que hace girar a esta última (17) y libera el enganche (18). El resorte de apertura (19) y los resortes de contacto (20) aceleran esta apertura de los contactos (21).

La presencia de la conexión flexible (6) está destinada a permitir que ocurra el movimiento de dichos contactos. Asimismo, los bushings aislantes (9) sirven para aislar el tanque (1) de los conductores, y proporcionan un doble sello para el tanque.

Dichos bushings brindan la aislación necesaria, y sirven de soporte para los sensores de tensión, que están encapsulados, y para los transformadores de corriente (7). Estos bushings cumplen con la norma DIN 47 636-630 (opción roscada), lo cual permite otro tipo de conexión de cables si se lo deseara.

Los bushings de material polimérico (10) y los 3 metros de cable de aluminio de 185 mm2 para 400 A con aislación al agua (11), se proveen en forma standard para realizar el montaje en sitio.

Esta disposición de los elementos permite tener un reconectador de dimensiones compactas, pero que, al mismo tiempo, se puede conectar a un sistema conductor ya sea aislado o desnudo, según sean las necesidades. Este sistema de conexiones

totalmente aisladas permite que el equipo esté a salvo de fallas provocadas por los pájaros y otras especies de vida silvestre.

El soporte para el montaje de los descargadores (14) brinda mayor comodidad y practicidad a la instalación, (también se puede proveer el reconectador para montaje en subestación).

Se requiere una fuente de alimentación de tensión auxiliar de 110, 220, 240 ó 415 V para alimentar la unidad. Si ésta no fuera conveniente, existe la opción de compra de un transformador interno de tensión (8). El gabinete de control se conecta mediante un cable umbilical (22) a la parte inferior del tanque del reconectador a través de un dispositivo cubierto (12 y 13).

Un indicador de tamaño adecuado y de conexión directa al mecanismo del equipo muestra la posición de los contactos (Abierto/Cerrado) de un modo confiable, y es fácilmente visible desde el piso a 100 m de distancia. El reconectador se puede abrir desde el piso mediante el uso de una pértiga.

Posteriormente, dicho reconectador se puede bloquear aislando las bobinas de apertura y de cierre desde el Panel de Control del Operador.

Características de la interrupción en SF6.

El SF 6 se usa como material aislante y también para apagar el arco. El SF 6 es un gas muy pesado (5 veces la densidad del aire), altamente estable, inerte, inodoro e inflamable. En presencia del SF 6 la tensión del arco se mantiene en un valor bajo, razón por la cual la energía disipada no alcanza valores muy elevados. La rigidez dieléctrica del gas es 2.5 veces superior a la del aire (a presión atmosférica). La rigidez dieléctrica depende de la forma del campo eléctrico entre los contactos, el que a su vez depende de la forma y composición de los electrodos. Si logra establecerse un campo magnético no uniforme entre los contactos, la rigidez dieléctrica del SF 6 puede alcanzar valores cercanos a 5 veces la rigidez del aire. Debido a que prácticamente no se descompone, y no es abrasivo, pueden operar durante varios años sin mantención.

Otra importante ventaja de este gas, es su alta rigidez dieléctrica que hace que sea un excelente aislante. De esta forma se logra una significativa reducción en las superficies ocupadas por subestaciones y switchgear. La reducción en espacio alcanzada con el uso de unidades de SF 6 es cercana al 50% comparado a subestaciones tradicionales. Esta ventaja muchas veces compensa desde el punto de vista económico, claramente se debe mencionar que hay un mayor costo inicial, en su implementación. La presión a que se mantiene el SF 6 en interruptores, es del orden de 14 atmósferas, mientras que en switchgear alcanza las 4 atmósferas.

El continuo aumento en los niveles de cortocircuito en los sistemas de potencia ha forzado a encontrar formas más eficientes de interrumpir corrientes de fallas que minimicen los tiempos de corte y reduzcan la energía disipada durante el arco.

Tipos:

Los reconectadores pueden ser programados para un máximo de cuatro aperturas y tres reconexiones. Los tiempos de apertura pueden determinarse de curvas características tiempo-corriente, las cuales proporciona el fabricante. Cada punto de las curvas características representa el tiempo de aclaración del reconectador para un determinado valor de corriente de falla. Es importante destacar que este dispositivo consta de dos tipos de curvas, una de operación rápida y una segunda de operación retardada. Existen varios modelos de reconectadores sean trifásicos o monofásicos, sin embargo todos funcionan bajo el mismo principio.

Los reconectadores monofásicos se utilizan para la protección de líneas monofásicas, tales como ramales o arranques de un alimentador trifásico. Pueden ser usados en circuitos trifásicos cuando la carga es predominantemente monofásica. De esta forma, cuando ocurre una falla monofásica permanente, la fase fallada puede ser aislada y mantenida fuera de servicio mientras el sistema sigue funcionando con las otras dos fases.

Los reconectadores trifásicos son usados cuando se requiere aislar (bloquear) las tres fases para cualquier falla permanente, con el fin de evitar el funcionamiento monofásico de cargas trifásicas tales como grandes motores trifásicos.

En la actualidad, se emplean los siguientes elementos en el aislamiento de los reconectadores automáticos de Media Tensión: aire, aceite, SF6 y dieléctrico sólido. El aire y el aceite pueden considerarse obsoletos en equipos para instalar en postes, debido a sus grandes dimensiones y peso. El SF6, así como el aceite, es considerado como un riesgo ambiental.

Por otra parte, los equipos con dieléctrico sólido (basado en material epóxico), si bien poseen un buen soporte mecánico, ocasionan un gasto adicional para los usuarios puesto que necesitan la instalación de transformadores adicionales para la medición del voltaje.

Secuencia de trabajo.

Para comprender mejor la secuencia de trabajo de un reconectador eléctrico deben observar los siguientes puntos:

Tiempo de reconexión: Son los intervalos de tiempo en que los contactos del reconectador permanecen abiertos entre una apertura y una orden de cierre o de reconexión.

Tiempo de reposición: Es el tiempo después del cual el reconectador repone su programación, cuando su secuencia de operación se ha cumplido parcialmente, debido a que la falla era de carácter temporal o fue aclarada por otro elemento de protección.

Corriente mínima de operación: Es el valor mínimo de corriente para el cual el reconectador comienza a ejecutar su secuencia de operación programada.

La secuencia de operación típica de un reconectador para abrir en caso de una falla permanente se muestra en la figura 2., donde se ha supuesto que la programación es C

22, es decir, dos aperturas rápidas (para extinguir las fallas transitorias en no más de un disparo) y dos aperturas lentas (para extinguir las fallas permanentes), con tiempos obtenidos respectivamente de la curva A y de la curva C, para la magnitud de corriente de falla correspondiente.

Figura 2. Secuencia de operación de un Reconectador.

Según la Figura 2., en condiciones normales de servicio, por la línea protegida circula la corriente de carga normal. Si ocurre una falla aguas abajo de la instalación del reconectador y la corriente del cortocircuito es mayor a la corriente mínima de operación preestablecida, el reconectador opera por primera vez según la curva rápida A en un tiempo ta. Permanece abierto durante un cierto tiempo, usualmente 1 segundo, al cabo del cual reconecta la línea fallada.

Si la falla ha desaparecido el reconectador permanece cerrado y se restablece el servicio. Si por el contrario, la falla permanece, el reconectador opera por segunda vez en curva rápida A y después de ta segundos abre nuevamente sus contactos. Luego de cumplirse el segundo tiempo de reconexión el reconectador cierra sus contactos y si aún la falla persiste, abre por tercera vez pero de acuerdo al tiempo de aclaramiento tc correspondiente a la curva lenta tipo C.

Una vez que se cumple el tiempo de la tercera y última reconexión, reconecta por última vez cerrando sus contactos. Si aún la falla está presente, el reconectador al cabo de tc segundos abre definitivamente. En caso que el reconectador no haya completado su secuencia de operación, después de transcurrido el tiempo de reposición, repone su programación que tenía antes que ocurriera la falla, quedando en condiciones de ejecutar completamente su secuencia de operación en caso de presentarse una nueva condición de falla en la línea.

El reconectador interrumpirá las corrientes de falla de modo efectivo únicamente si se usa dentro de sus valores nominales especificados. Antes de instalarlo, revise los valores nominales dados en la chapa de datos y compárelos con las características del sistema en el punto de aplicación.

Aplicación:

Los reconectadores pueden ser usados en cualquier punto de un sistema de distribución donde el rango del reconectador es adecuado para los requerimientos del sistema. La ubicación lógica para reconectadores se muestra en la Figura 3. y corresponden a las indicadas por las respectivas letras:

A. En subestaciones, como el dispositivo de protección del alimentador primario que permite aislar el alimentador en caso de falla permanente.

B. En líneas de distribución a una distancia de la subestación, para seccionalizar alimentadores largos y así prevenir salidas del alimentador entero cuando una falla permanente ocurre cerca del final del alimentador.

C. En ramales importantes desde el alimentador principal para proteger el alimentador principal de interrupciones y salidas debido a fallas en el ramal.

D. En pequeños ramales monofásicos.

Figura 3. Diagrama unilineal de un sistema de distribución mostrando aplicaciones de los reconectadores.

Parámetros para la elección.

Para la correcta aplicación de los reconectadores, se deben considerar los siguientes factores:

A. La tensión nominal del sistema debe ser igual o menor a la tensión de diseño del reconectador.

B. La corriente máxima permanente de carga en el punto del sistema donde se ubicará, debe ser menor o igual a la corriente nominal de reconectador.

C. Debe tener una capacidad de ruptura mayor o igual, a la corriente máxima de falla en el punto de aplicación.

D. La corriente mínima de operación debe escogerse de modo que detecte todas las fallas que ocurran dentro de la zona que se ha encomendado proteger (sensibilidad)

E. Las curvas tiempo-corriente y la secuencia de operación deben seleccionarse adecuadamente, de modo que sea posible coordinar su operación con otros elementos de protección instalados en el mismo sistema.