INTERRUPTORES DE ACCIONAMIENTONEUMTICO DE ALTA TENSIN E

INSTALACIIN DE AIRE COMPRIMIDO ENUNA SUBESTACIN (I/II)

ndice de contenidoSISTEMA DE PROTECCIONES DE UN SISTEMA DE TRANSMISIN DE ENERGA ELCTRICA........................................................................................................................................3INTERRUPTORES..............................................................................................................................3

INTERRUPTORES NEUMTICOS..............................................................................................4INTERRUPTORES DE AIRE COMPRIMIDO..............................................................................4FUNCIONAMIENTO DEL INTERRUPTOR ...............................................................................5

SEPARACIN DE LOS CONTACTOS....................................................................................6CIERRE DE LOS CONTACTOS...............................................................................................6

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DEL INTERRUPTOR ...........................................7ESQUEMAS CONCEPTUALES DE UN INTERRUPTOR DE ALTA TENSIN.......................8

SECCIONADORES.............................................................................................................................9FUNCIONAMIENTO DEL SECCIONADOR...............................................................................9

APERTURA DEL SECCIONADOR .........................................................................................9CIERRE DEL SECCIONADOR .............................................................................................10

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DEL SECCIONADOR.........................................10ESQUEMAS CONCEPTUALES DE UN SECCIONADOOR DE ALTA TENSIN..................11

SECTORES DIVISIBLES BSICOS DE UNA SUBESTACIN....................................................11POSICIN.....................................................................................................................................11

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DE UNA POSICIN.......................................12EMBARRADO .............................................................................................................................13

SISTEMA DE PROTECCIONES DE UN SISTEMA DE TRANSMISIN DE ENERGA ELCTRICA

En aplicaciones de Baja Tensin (como son los circuitos elctricos de las casas), la proteccin decircuitos se realiza fundamentalmente con interruptores automticos (los diferenciales no tienencomo misin proteger circuitos sino personas).En Alta Tensin, el Sistema de Proteccin de un circuito no es solo un interruptor, es necesario unconjunto de elementos con funciones especficas:

Transformadores de medida: son elementos que permiten obtener informacin del circuito aproteger, en forma de seales de tensin e intensidad proporcionales a las magnitudesprimarias (por ejemplo, un transformador de tensin mide el valor de tensin del cable, 20kV, y enva una seal de 50 V; si el cable tiene 22 kV, la seal es de 55V;)

Rels de proteccin: son elementos que reciben la informacin de los transformadores demedida y son capaces de saber si ese valor es normal o anormal. Cuando el rel detecta unasituacin anormal, inicia una accin (opera), generalmente mandando seales a otrosaparatos (de menor inteligencia, biestables normalmente) con el fin de que el circuito seabra.

Interruptores: Dispositivos que cumplen la funcin de aislar o desconectar el circuito dondese instalan, ya sea por operacin de las protecciones o por las personas que manejan elsistema elctrico.

Circuitos de control: conjunto de elementos que interconectan los tres elementos anteriores.Estos son: cables, switches, rels auxiliares, lmparas de informacin,

En la figura anterior se muestra el esquema fundamental de un Sistema de Protecciones de uncircuito de Alta Tensin. En Baja Tensin el interruptor automtico (uno como el que existe en unavivienda) hace todas esas funciones l solo, es decir, es un todo en uno.La idea mental que hay que tener en cuanto a un Sistema de Proteccin de un circuito:

Baja Tensin: Se emplea un aparato muy listo llamado interruptor automtico (omagnetotrmico) que sabe cuando el circuito est en peligro y abre.

Alta Tensin: Se tiene un conjunto de aparatos tontos y el rel que es el aparatointeligente. El interruptor solo abre cuando se lo ordena el rel, por l mismo no sabecuando tiene que abrir.

INTERRUPTORESEn Media y Alta Tensin la operacin de un interruptor obedece a la seal de un rel encargado devigilar el correcto funcionamiento del circuito donde estn instalados ambos. Est compuesto por uncontacto fijo y otro mvil. La apertura de los contactos se realiza por un mecanismo manipulado porel sistema de control mediante seales del rel.El diseo de los interruptores es difcil puesto que deben cumplir condiciones antagnicas deoperacin, en funcin de la situacin. Cuando estn cerrados deben conducir la corriente de lamejor forma posible. Cuando estn abiertos deben impedir totalmente el paso de la corriente sin

presentar fugas importantes.El principio bsico de funcionamiento es el siguiente: un contacto que se encuentra fijo y uncontacto mvil se separa de ste en forma rpida para crear un espacio no conductor entre ellos. Elcambio ha de ser muy rpido, pero no instantneo para evitar problemas asociados a lainstantaneidad de la ruptura de corriente: sobretensiones, las cuales son dainas para los equipos(motores, PCs,)En esa separacin de contactos se limita la superficie de paso de la corriente. Esto implica que ladensidad de corriente aumenta mucho. Debido a esto se calienta mucho el entorno, con lo que seproduce la ionizacin del gas del entorno. Un gas ionizado permite el paso de corriente a su travs,y de ah se forma un arco elctrico.

INTERRUPTORES NEUMTICOSSon interruptores en el que el medio de extincin del arco elctrico, formado cuando el contacto fijose separa del mvil, es aire.Las ventajas son:

No hay riesgos de incendio o explosin Operacin muy rpida, tienen alta capacidad de ruptura (corta corrientes muy elevadas) Fcil acceso a los contactos.

Las desventajas que presentan son: Necesidad de una compleja instalacin debido a la red de aire comprimido, que incluye,

compresor, caldern, , por lo tanto los costes de instalacin y mantenimiento son altos. Necesidad de personal especializado para su manutencin. Riesgo de reaparicin del arco. Fugas de aire en las conexiones de los elementos. El carcter explosivo de la operacin con aire comprimido los hace ser bastante ruidosos.

INTERRUPTORES DE AIRE COMPRIMIDOEn este tipo de interruptores el arco se apaga estirndolo y enfrindolo con ayuda de un chorro deaire que se fuerza a pasar entre los contactos en el proceso de apertura.

Ilustracin .-Esquema interruptor aire comprimido. (1)-Cmaras de arco. (2)-Contacto fijo. (3)-Contacto mvil. (4)-Resortede aceleracin. (5)- Escape del aire. (6)-Columna aislante. (7)-Vlvula. (8)-Tablero de control. (9)-Estanque de airecomprimido.

El interruptor se puede considerar como un circuito neumtico independiente compuesto por: Caldern. Vlvula dos posiciones y cuatro vas: conecta el caldern con la cmara de los contacos fijos

y mvil. Pistn de doble efecto: donde el mbolo y vstago es el contacto mvil. En la maniobra de

apertura (separacin contactos) las molculas de aire empujan el pistn desplazndolo delcontacto fijo; cuando alcanza un recorrido dado se descubre una salida y las molculas seescapan al ambiente por la salida; por tanto es necesario un dispositivo que cuando sealcance la salida cierre la vlvula de dos posiciones; y otro dispositivo que mantenga elpistn en esa posicin. En la maniobra de cierre las molculas de aire tienen que recorrerotro camino para empujar el pistn por el otro lado, juntando as los contactos fijo y mvil;cuando estn juntos se descubre una salida para las molculas de aire; como en el casoanterior es necesario un dispositivo de bloqueo de la vlvula de dos posiciones y otro paramantener la posicin del interruptor cerrada.

Silenciador: el aire comprimido es muy ruidoso en su expansin.El caldern es necesario por motivos de fiabilidad de la operacin. Un interruptor siempre debe estardispuesto para abrir al menos una vez por medio manual aunque el sistema de control falle. Elmodo manual consiste en un botn en el tablero de control, y aunque el sistema neumtico falle, elcaldern permite tener esa reserva de aire para actuar al menos una vez.

FUNCIONAMIENTO DEL INTERRUPTOR En esta seccin se describe la operacin de apertura y cierre del interruptor de forma detallada.

SEPARACIN DE LOS CONTACTOS

Con la separacin de los contactos fijo y mvil se consigue abrir el circuito. Cuando se da la ordende abrir el interruptor, la vlvula de dos posiciones permite el paso de las molculas de aire por lava central. Las molculas de aire empujan el pistn. Al ser incapaces de moverlo hacia arriba por laexistencia de un muelle, hacen fuerza para comprimir el muelle liberando el pistn. El pistn sesepara del contacto fijo hasta que descubre una apertura, y se enganchan los muelles superiores delmismo a otra zona del cilindro (instantneamente). De esta forma las molculas de aire se evacuapor la apertura y llega a una cmara donde se encuentra el silenciador antes de salir al exterior delcilindro. La figura de la izquierda muestra el instante inicial del proceso de apertura cuando entra el aire alcilindro. La figura de la derecha muestra el instante final del proceso de apertura donde loscontactos ya estn separados y el aire se evacua al exterior.

CIERRE DE LOS CONTACTOSCon el cierre de los contactos fijo y mvil se consigue dar continuidad al circuito elctrico. Cuandose da la orden de cerrar el interruptor, la vlvula de dos posiciones permite el paso de las molculasde aire por las vas laterales. Las molculas de aire entran en el cilindro por arriba empujan elpistn. Al ser incapaces de moverlo hacia abajo por la existencia de un muelle, hacen fuerza paracomprimir el muelle liberando el pistn. El pistn se acerca al contacto fijo hasta que se unen loscontactos, entonces se descubre una apertura, y se enganchan los muelles inferiores del mismo aotra zona del cilindro (instantneamente). De esta forma las molculas de aire se evacua por laapertura y llega a una cmara donde se encuentra el silenciador antes de salir al exterior del cilindro.La figura de la izquierda muestra el instante inicial del proceso de cierre cuando entra el aire alcilindro. La figura de la derecha muestra el instante final del proceso de cierre donde los contactos

ya estn otra vez en contacto y el aire se evacua al exterior.

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DEL INTERRUPTOR

La vlvula de tres posiciones tiene dos formas de mando: Mando manual; el que realiza el operario de la subestacin cuando se encuentra en frente del

interruptor. Mando elctrico; a travs de rels que se excitan o desexcitan segn las rdenes que pasan

por la sala de control de la subestacin, de la que se habla en este trabajo.En el cilindro se encuentran sensores de inicio y final de carrera que, entre otras cosas, sirve paradar una seal luminosa en la sala de control de que el interruptor est abierto.

ESQUEMAS CONCEPTUALES DE UN INTERRUPTOR DE ALTA TENSIN

SECCIONADORESUn interruptor es un elemento muy sensible dentro de un sistema de potencia, y debe seradecuadamente mantenido. Si solo existiera el interruptor entre los conductores trifsicos seraimposible realizar sobre l tareas de mantenimiento sin riesgo de choques elctricos para eloperario, a menos que gran parte de los conductores de la subestacin estuviera fuera de servicio.Una de las grandes exigencias de la subestacin es la de fiabilidad de suministro, por lo que estaforma de actuar est descartada. La solucin pasa entonces por intercalar entre el interruptor y losconductores que conectan con l unos elementos que lo aslen de estos conductores, eliminando elriesgo de choque elctrico. Podran ser interruptores, pero tres interruptores por cada regin decable es un exceso de proteccin intil y muy caro (uno de los principios que se tienen en cuenta ensistemas tecnolgicos es seguir el mtodo ALARA 'As low as reasonable achieve'). Por tanto esmejor buscar un elemento cuya nica funcin sea aislar, es decir, no se le exige capacidad de cortarcorriente. Este elemento se llama seccionador.Un seccionador no es capaz de abrir un circuito sobre el que circula corriente. Por tanto es necesarioque previamente un interruptor haya abierto el circuito, para luego abrir el seccionador. Es unelemento mucho ms barato que el interruptor y su funcin es aislar la tensin entre los conductoresque comunica.En este trabajo se emplear un seccionador que abre o cierra mediante un mecanismo mecnicoclsico de biela-manivela, accionado mediante la fuerza de aire comprimido. Para transformar lafuerza del aire comprimido en giro de la biela se emplea un motor oscilante, que es capaz de girarhasta 90 en ambas direcciones. El sentido de giro est controlado por una vlvula de dos posiciones.

FUNCIONAMIENTO DEL SECCIONADOR

APERTURA DEL SECCIONADOR

El aire entra a presin por un lado del motor oscilante, desplazando el aire que se encuentra en laotra cmara al exterior. Previamente ha pasado por la vlvula de dos posiciones. Este giro loaprovecha el mecanismo formado por la biela y la manivela para abrir el seccionador.

CIERRE DEL SECCIONADOR

Sucede lo mismo que en la apertura del seccionador, solo que el aire entra ahora por otra cavidaddel motor oscilante.

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DEL SECCIONADOR

La vlvula de tres posiciones tiene dos formas de mando: Mando manual; el que realiza el operario de la subestacin cuando se encuentra en frente del

interruptor. Mando elctrico; a travs de rels que se excitan o desexcitan segn las rdenes que pasan

por la sala de control de la subestacin, de la que se habla en este trabajo.En el motor oscilante se encuentran sensores de inicio y final de carrera que, entre otras cosas, sirvepara dar una seal luminosa en la sala de control de que el seccionador est abierto.

ESQUEMAS CONCEPTUALES DE UN SECCIONADOOR DE ALTA TENSIN

SECTORES DIVISIBLES BSICOS DE UNA SUBESTACINnicamente se hablar en este documento de las zonas de una subestacin donde existe circuitoneumtico.

POSICINLa posicin es un conjunto de aparamenta que se encuentra en la subestacin, la cual pertenece a

una lnea trifsica de conductores. Por ejemplo, una lnea de conductores areos entre Gijn yOviedo, tiene una posicin en una subestacin en Gijn y otra posicin en otra de Oviedo(correspondientes con los extremos de la lnea). La aparamenta elctrica que tiene cada posicin es:

Interruptor (52) Seccionador de lnea (89-3) Seccionador de barras (89-1 y 89-2) Transformador de tensin Transformador de intensidad Detector de tensin

Los nmeros sobre alguna aparamenta pertenecen al cdigo ANSI.En la siguiente figura se muestra la posicin que se emplea como referencia en este documento.

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DE UNA POSICINLa aparamenta que tiene accionamiento neumtico en cada posicin de la subestacin en estudio eneste trabajo es: interruptor (52), seccionador de lnea (89-3), seccionador de barras 1 (89-1) yseccionador de barras 2 (89-2).

En la figura anterior se muestra el conjunto de receptores de cada posicin de la subestacin. Los

tres seccionadores (89) son motores rotativos. Se puso, en cambio, cilindros, ya que en el programaFesto Fluidsim es el nico receptor capaz de disponer de sensores de inicio y final de carrera (soloes una argucia para salvar la limitacin del programa).

EMBARRADO El embarrado es la lnea de conductores donde confluyen las diferentes lneas que llegan a unasubestacin. El embarrado puede estar formado por diferentes nmeros de barras (nmero deconductores trifsicos) y disposiciones de las mismas. La eleccin es funcin del coste de cadasistema de barras y la fiabilidad de suministro que se pretende ofrecer.En este trabajo se considera que la subestacin tiene dos barras principales en paralelo.

SISTEMA DE PROTECCIONES DE UN SISTEMA DE TRANSMISIN DE ENERGA ELCTRICAINTERRUPTORESINTERRUPTORES NEUMTICOSINTERRUPTORES DE AIRE COMPRIMIDOFUNCIONAMIENTO DEL INTERRUPTORSEPARACIN DE LOS CONTACTOSCIERRE DE LOS CONTACTOS

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DEL INTERRUPTORESQUEMAS CONCEPTUALES DE UN INTERRUPTOR DE ALTA TENSIN

SECCIONADORESFUNCIONAMIENTO DEL SECCIONADORAPERTURA DEL SECCIONADORCIERRE DEL SECCIONADOR

ESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DEL SECCIONADORESQUEMAS CONCEPTUALES DE UN SECCIONADOOR DE ALTA TENSIN

SECTORES DIVISIBLES BSICOS DE UNA SUBESTACINPOSICINESQUEMA DEL CIRCUITO NEUMTICO DE UNA POSICIN

EMBARRADO