Plantas Eléctricas Cuchillas Y Apartarrayos en Subestaciones Eléctricas PDF

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investigación sobre los tipos de cuchillas y de apartarrayos. así como los materiales de su construcción y formas de utilizar en la subestaciones eléctricas industriales...

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PLANTAS ELÉCTRICAS CUCHILLAS TIPOS DE CUCHILLAS DESCONECTADORES Cuando existen fallas en secciones específicas de una red eléctrica, o cuando se requieren trabajos de mantenimiento, sea preventivo o correctivo, es necesario desconectar la sección de la red que ha sido afectada. En el caso de fallas transitorias, pueden actuar los restauradores eléctricos, que de modo automático pueden desconectar y reconectar la sección de la red. Sin embargo, en caso de falla persistente, hay que desconectar por más tiempo, mientras acuden y actúan los equipos de trabajo. Aunque la red tenga elementos desconectadores que actúen automáticamente en estos casos, se añade a la misma un elemento adicional de seguridad: las cuchillas des conectadoras.

QUÉ SON LAS CUCHILLAS DES CONECTADORAS. También llamados seccionalizadores, son elementos que se usan para desconectar y conectar secciones de la red en caso de necesidad. Esencialmente son interruptores mecánicos que desconectan físicamente una sección de la red eléctrica, aunque ya algún fusible o disyuntor haya efectuado una desconexión previa. La razón de esto es proporcionar a la red un modo adicional de desconexión, que además sea visible, para aumentar el nivel de seguridad en las operaciones de reparación y mantenimiento. Hay que tomar entonces la precaución de asegurarse de que la red se halle desenergizada en el momento de accionar las cuchillas, debido a que si se efectúa la desconexión en condiciones de carga, es muy probable que se produzcan arcos eléctricos en los contactos de las cuchillas, con el consiguiente riesgo para el personal y daño para los equipos.

TIPOS DE CUCHILLAS. Las cuchillas desconectadoras se pueden clasificar, de la manera más básica, atendiendo al tipo de circuito donde se instalarán: esto es: monofásicos o trifásicos. Esto ha de influir en que tengan uno o tres polos o puntos de contacto. Hay que recordar que en las redes trifásicas, las tres fases deben estar desconectadas para evitar problemas de baja tensión si sólo funcionan dos fases, así que se debe usar cuchillas multipolares que efectúen una desconexión simultánea.

El otro criterio para la clasificación tiene que ver con la forma en que la cuchilla está construida. Este es un factor que influye en la efectividad de la desconexión, en la seguridad de operación para diferentes rangos de voltaje, y en el espacio disponible para operar las cuchillas. Pueden ser: 

De navajas giratorias (el tipo más común en instalaciones de media tensión)



De navajas deslizantes.



De columnas giratorias.



Tipo pantógrafo.



Tipo rodilla.

Las cuchillas desconectadores proporcionan un elemento de seguridad imprescindible para las instalaciones que requieren servicio. Otro elemento de seguridad común en muchas instalaciones es los switches de transferencia automática, estos equipos los discutimos anteriormente en este otro post. SECCIONADORES Y CUCHILLAS DE TIERRA. Se los conoce también con el nombre de separadores o desconectadores. Son dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalación eléctrica, para efectuar maniobras de operación o bien de mantenimiento. La misión de estos aparatos es la de aislar tramos de circuitos de una forma visible. Los circuitos que debe interrumpir deben hallarse libres de corriente, o dicho de otra forma, el seccionador debe maniobrar en vacío. No obstante, debe ser capaz de soportar corrientes nominales, sobreintensidades y corrientes de cortocircuito durante un tiempo especificado.

Así, este aparato va a asegurar que los tramos de circuito aislados se hallen libres de tensión para que se puedan tocar sin peligro por parte de los operarios. El diseño y la construcción de los seccionadores están reglamentados de acuerdo con las normas IEC 60129 y 60273 o las normas ANSI C29.8 y C29.9, y responder además a la IEC 60694 en lo que respecta a valores nominales y de ensayos (tensión resistida a impulso y 50 Hz.). Los seccionadores utilizados habitualmente en instalaciones eléctricas tienen muy variadas formas constructivas pudiéndose clasificarlos según su modo de accionamiento:

    

Seccionadores de cuchillas giratorias. Seccionadores de cuchillas deslizantes. Seccionadores de columnas giratorias. Seccionadores de pantógrafo. Seccionadores semiplantígrados o tipo rodilla.

Sea cual fuera el tipo (de apertura horizontal o vertical y con movimiento giratorio central o lateral, pantográfico o semipantográfico) deberán permitir la observación clara y precisa de la distancia de aislamiento en aire. Dentro de esta clasificación todos pueden tener una constitución unipolar o tripolar. El tipo de apertura deberá elegirse teniendo en cuenta las distancias eléctricas adoptadas para el proyecto. Los de apertura lateral, por ejemplo, requieren mayores distancias entre ejes de fases que los de otro tipo. Esta elección adquiere particular importancia cuando se trata de ampliación de instalaciones existentes, cuyas distancias pueden haber sido proyectadas para otro tipo de equipamiento. Los seccionadores de 220 kV tendrán mando motorizado para operación individual por polo de las cuchillas principales. El accionamiento de la cuchilla de puesta a tierra podrá ser motorizado o manual. Los seccionadores de 132 kV podrán tener un accionamiento único para las tres fases acopladas mecánicamente

SECCIONADORES DE CUCHILLAS GIRATORIAS. Estos aparatos son los más empleados para tensiones medias, tanto para interior como para exterior, pudiendo disponerse de seccionadores unipolares como tripolares. En la figura se observa un seccionador de cuchillas giratorias tripolar para instalación en interior y tensión de servicio de hasta 13,2 kV, con accionamiento por motor y cuchillas de puesta a tierra adosadas para accionamiento manual con palanca de maniobra, intensidad nominal In = 630 A. La constitución de estos seccionadores es muy sencilla, disponiéndose básicamente en una base o armazón metálico rígido (donde apoyarán el resto de los elementos), dos aisladores soporte de porcelana, un contacto fijo o pinza de contacto y un contacto móvil o cuchilla giratoria (estos dos últimos elementos montados en cada uno de los aisladores de porcelana).

Cabe comentar que la utilización de seccionadores unipolares puede provocar desequilibrio entre las fases de una instalación, por lo que resultan preferibles, aunque sean más caros, los seccionadores tripolares donde las cuchillas giratorias de cada fase se hallan unidas entre sí por un eje común, lo que permite un accionamiento conjunto de todas ellas. Cuando la corriente nominal es elevada, los seccionadores están provistos de dos o más cuchillas por polo. La principal diferencia entre los seccionadores de cuchillas giratorias para instalación en interior y para instalación en intemperie estriba en el tamaño y forma de los aisladores que soportan los contactos, teniendo unos aisladores de mayor tamaño y forma acampanada en los seccionadores de intemperie que en los de interior, consiguiendo de esta manera el aumento de las líneas de fuga en los aisladores y mayores tensiones de contorneo bajo lluvia. En muchos casos resulta conveniente poner a tierra las instalaciones cuando se ha de trabajar en ellas,

para lo cual se construyen seccionadores con cuchillas de puesta a tierra accionadas por medio de una palanca auxiliar maniobrada con la pértiga de accionamiento Estos seccionadores están construidos de forma que cuando están conectadas las cuchillas del seccionador resulte imposible conectar las cuchillas de puesta a tierra y recíprocamente resulte imposible conectar las cuchillas del seccionador, mientras esté conectado el dispositivo de puesta a tierra. Esto se logra por medio de un enclavamiento electromecánico.

SECCIONADORES DE CUCHILLAS DESLIZANTES. Con una estructura muy similar a la de los seccionadores de cuchillas giratorias, descriptos anteriormente, poseen la ventaja de requerir menor espacio en sus maniobras dado que sus cuchillas se desplazan: longitudinalmente, por lo que se puede instalar en lugares más angostos. No obstante, dado el tipo de desplazamiento de las cuchillas, estos seccionadores tienen una capacidad de desconexión inferior en un 70 % a los anteriores. Seccionador de cuchillas deslizantes para servicio de interior. Este modelo se dispone para tensiones de 13,2 a 33 kV y desde 400 hasta 630 A.

SECCIONADORES DE COLUMNAS GIRATORIAS. Este tipo de seccionadores se utiliza en instalaciones de intemperie y con tensiones de servicio desde 33 kV hasta 220 kV. Dentro de este tipo de seccionadores cabe distinguir dos construcciones diferentes: Seccionador de columna giratoria central o de tres columnas por polo: en este tipo de seccionador la cuchilla o contacto móvil está fijada sobre una columna aislante central que es giratoria. Con esta disposición se tiene una interrupción doble, de tal suerte que cada punto de interrupción requiere una distancia en aire igual a la mitad de la total. Las dos columnas exteriores están montadas

rígidamente sobre un soporte metálico de perfiles de acero galvanizado en caliente y son las encargadas de sostener los contactos fijos.

SECCIONADOR DE COLUMNA GIRATORIA CENTRAL Y CUCHILLAS DE PUESTA A TIERRA HASTA 220 KV.

Dimensiones aproximadas en mm.

En caso de que se disponga de un seccionador de columna central giratoria trifásico, el accionamiento de las tres columnas centrales giratorias se realiza mediante un juego de barras y bielas que permiten un accionamiento conjunto de las tres cuchillas giratorias o contactos móviles. En el seccionador montado con cuchilla de puesta a tierra se impide cualquier falsa maniobra por medio de un enclavamiento electromecánico. Este tipo de seccionadores se suele utilizar en instalaciones con tensiones de servicio entre 13,2 y 245 kV y corrientes nominales comprendidas entre 630 A y 1.250 A.

Apartarrayos. Descripción: El apartarrayos es un dispositivo que se encuentra conectado permanentemente en el sistema, opera cuando se presenta una sobretensión de determinada magnitud, descargando la corriente a tierra. Su principio general de operación se basa en la formación de un arco eléctrico entre dos explosores cuya operación esta determinada de antemano de acuerdo a la tensión a la que va a operar. Su principal elemento activo son los varistores de óxido metálico cuya característica principal es su no linearidad. Cuando está trabajando a voltaje nominal, la corriente que fluye a través de este es de aproximadamente 1 mA. A medida que el voltaje aumenta, su resistencia disminuye drásticamente, permitiendo que fluya más corriente y que la energía del sobrevoltaje se drene a tierra. Dicho dispositivo nos permite proteger las instalaciones contra sobretensiones de tipo atmosférico. Se fabrican diferentes tipos de apartarrayos, basados en el principio general de operación; por ejemplo: los más empleados son los conocidos como “apartarrayos tipo autovalvular” y “apartarrayos de resistencia variable”. El apartarrayos tipo autovalvular consiste de varias chapas de explosores conectados en serie por medio de resistencias variable cuya función es dar una operación más sensible y precisa. se emplea en los sistemas que operan a grandes tensiones, ya que representa una gran seguridad de operación.

El apartarreyos de resistencia variable funda su principio de operación en el principio general, es decir, con dos explosores, y se conecta en serie a una resistencia variable. Se emplea en tensiones medianas y tiene mucha aceptación en el sistema de distribución.

La función del aparterrayos no es eliminar las ondas de sobretensión Presentadas durante las descargas atmosféricas, sino limitar su magnitud a valores que no sean perjudiciales para las máquinas del sistema. Las ondas que normalmente se presentan son de 1.5 a 1 microseg. (Tiempo de frente de onda). La función del apartarrayos es cortar su valor máximo de onda (aplanar la onda).

Las sobretensiones originadas por descargas indirectas se deben a que se almacenan sobre las líneas cargas electrostáticas que al ocurrir la descarga se parten en dos y viajan en ambos sentidos de la línea a la velocidad de la luz. Los apartarrayos protegen también a las instalaciones contra descargas directas, para lo cual tiene un cierto radio de protección. Para mayor seguridad a las instalaciones contra las cargas directas se instalan unas varillas conocidas como bayonetas e hilos de guarda semejantes a los que se colocan en las líneas de transmisión. La tensión a que operan los apartarrayos se conoce técnicamente como tensión de cebado del apartarrayos. El condensador se emplea como filtro con los apartarrayos de los generadores.

Los apartarrayos se emplean para limitar las sobretensiones que se producen por acción tanto de efectos transitorios (sobretensión debida a operación de interruptores) como de descargas atmosféricas a niveles en los que los aislamientos del equipo no sufran deterioro, así como para asegurar la continuidad del servicio al presentarse dichas sobretensiones.

Cada apartarrayos se encuentra normalmente abierto y se encuentra calibrado para que a partir de cierta tensión entre línea y tierra se cierre automáticamente y filtre los frentes de onda. Esto de hace con un circuito de resistencia variable, con tensión, de los elementos dependiendo de la naturaleza de éstos. Al desaparecer la sobretensión el apartarrayos vuelve a la posición de abierto.

Deben instalarse apartarrayos en plantas industriales, especialmente en lugares donde las tormentas son frecuentes y de gran intensidad. Su instalación, tanto para proteger al equipo de la subestación como al equipo de utilización, puede hacerse tanto en el exterior como en el interior del local que contiene al equipo que se va a proteger, tan cerca de éste como sea factible, tomando en cuenta que deben estar fuera de pasillos y alejados de otro equipo, así como de partes combustibles del edificio.

Además, deben resguardarse, ya sea por su elevación o por su localización, en sitios inaccesibles a personas no idóneas, o bien, protegidos por defensas o barandales adecuados.

Objetivo: el apartarrayos es un dispositivo que nos sirve para eliminar sobrevoltajes transitorios de las lineas de distribución eléctrica. Estos sobrevoltajes se producen por descargas atmosféricas sobre las líneas o por cambios repentinos en las condiciones del sistema (como operaciones de apertura/cierre, fallas, cierre de cargas, etc.). Clases o categorías:

 Bajo voltaje.  Clase distribución.  Clase intermedia.  Clase estación.  Para linea de transmisión....