Cuchillas Seccionadoras 1s3e

Universidad Latina Heredia

Facultad ingeniería electromecánica Tema Cuchillas Seccionadoras Profesor Rodolfo Mora Estudiantes Daniel Chaves Bejarano Ernesto Sánchez Monge Luis Álvarez Barquero Fecha 16/02/16

I cuatrimestre, 2016

Marco teórico Que es una seccionadora El seccionador es un equipo electromecánico capaz de mantener aislada una instalación eléctrica de su red de alimentación, soltándose para separar la fuente de las líneas, y así abrir el circuito. Son muy utilizadas en las centrales eléctricas de transformación (Subestaciones) en todo el país. Es un dispositivo de ruptura lenta, puesto que depende de la operación de un operario, ya sea en el sitio donde se encuentre la seccionadora, usando las maniobras requeridas o mediante el de manejo en la sala de control de manera automática, mediante un sistema de control y operación. En teoría consisten de una cuchilla, que mediante dos tubos o tramos conductores, que con ejes propios cierran o abren el circuito requerido, aparte de contar con características especiales, como por ejemplo la posibilidad de optar por una tierra provisional en un lado de la seccionadora para poder trabajar sin carga. Su funcionamiento se basa en que al momento de hacer o ambas fases se conectan individualmente al mismo tiempo para cerrar de manera óptima el circuito, y esto mediante un punto de enganche, que se asegura para dejar continuar el paso del flujo. Estos tramos cuentan con sus aisladores propios para evitar un arco o el o con la estructura de soporte al suelo y evitar energizar la misma poniendo en peligro la vida de sus operarios y perdidas en el sistema, debido a descargas por arco eléctrico. Existen diferentes tipos de seccionadoras, así como tipos de configuraciones, además de clasificadas según su método de operación, entre otros.

Como se utilizan las seccionadoras

En las subestaciones son dispositivos muy utilizados para generar la abertura del circuito de la red de alimentación, en donde hay una seccionadora por cada fase, las cuales están enclavadas mecánicamente para desconectar el modulo al mismo tiempo, así mismo como volverlo a conectar y cerrar el circuito. Este dispositivo, por sus características, debe ser utilizado sin carga o al vacío, para evitar los reconocidos arcos eléctricos que no deberán mantenerse por un máximo de 3 segundos, propiciando el calentamiento y destrucción del dispositivo desconectador, así también quemado y destruyendo sus aisladores y dejar en peligro la vida de los operarios y aumentar el costo económico de operación en el reemplazo de los dispositivos dañados. La maniobra de operación con estas cuchillas implica abrir antes los interruptores que las cuchillas en el caso de desconexión, y cerrar antes las cuchillas y después los interruptores en el caso de conexión. Este tipo de operación puede ser manual o automática, dependiendo de qué tan automatizada este la subestación en el control de funcionamiento de la misma. Las seccionadoras poseen un proceso de cómo utilizarlas en la subestación, así como va ligado al proceso de desconexión del interruptor y los demás dispositivos del módulo a desconectar, ya sea por mantenimiento, o pruebas de operación, y hay un protocolo de desconexión y un protocolo de conexión El proceso de desconexión del módulo, toma en consideración el proceso de desconexión del interruptor, seccionador, colocación de los seguros de operación, colocación del cartel indicativo, etc. Así como el proceso de conexión toma en cuenta los pasos de primeramente la conexión del seccionador y seguidamente la conexión del interruptor principal. Su utilización es de vital importancia para la realización de operaciones de elevación de tensión en el caso de una subestación elevadora o de reducción de tensión en el caso de una subestación reductora, en los módulos específicos, así también como en la parte de mantenimiento, sea preventivo o correctivo de las seccionadoras, son de vital importancia operativa y económica.

Tipos de Mantenimiento Como todo equipo electromecánico es necesario realizarle un buen control de mantenimiento para mantener a los dispositivos funcionando bajos las normas

establecidas de seguridad y eficiencia. Por lo general se trata de crear una cultura y procedimiento para realizar mantenimientos preventivos controlados y establecidos, y así evitar costos futuros en mantenimiento correctivo. 

Preventivo: Mantenimiento programado que se efectúa a un bien, servicio o instalación con el propósito de reducir la probabilidad de fallo, mantener condiciones seguras y preestablecidas de operación, prolongar la vida útil y evitar accidentes. En este tipo de mantenimiento se ofrece la lubricación del mecanismo, ajuste de los componentes de soporte a barras principales y auxiliares, ajuste a los soportes de los mecanismos de rotación, encargadas de mover los tramos y así realizar la conexión o desconexión.



Correctivo: Reparación que se realiza al bien, servicio o instalación una vez que se ha producido el fallo con el objetivo de restablecer el funcionamiento y eliminar la causa que ha producido la falla. Se da cuando hay daños graves en los aisladores, errajes o componentes de la seccionadora que debido a un arco eléctrico hubieran sufrido daños, y que evitan su buen funcionamiento.

Componentes de una seccionadora    

Base metálica os Columnas aisladoras Mecanismo de operación

Los materiales más comunes utilizados en la fabricación de las cuchillas son los siguientes: 

BASE: se fabrican de lámina de acero galvanizado. AISLADORES: son de porcelana y pueden ser de tipo columna o de tipo alfiler. CUCHILLA O CONTACOS: La cuchilla se puede fabricar de cobre o de aluminio según la contaminación predominante en la zona de instalación.

Tipos de cuchillas seccionadoras

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 semipantógrafos 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.

Seccionadoras 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 o fijo o pinza de o y un o móvil o cuchilla giratoria (estos dos últimos elementos montados en cada uno de los aisladores de porcelana). 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 os, 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( de arriba hacia abajo), 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 Su funcionamiento es parecido al de los seccionadores de cuchillas giratorias, la diferencia entre ambos radica en si la pieza aislante realiza el movimiento de manera solidaria a la cuchilla o no. En los seccionadores de columnas giratorias, la columna aislante que soporta la cuchilla realiza el mismo movimiento que ésta. Están pensados para funcionar en intemperie a tensiones superiores a 30 kV, cabe distinguir dos tipos de construcciones: 

Seccionador de columna giratoria central o de tres columnas por polo: En este tipo de seccionador la cuchilla o o 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 os fijos.



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 os móviles. En el seccionador montado con cuchilla de puesta a tierra se impide cualquier falsa maniobra por medio de un enclavamiento electromecánico. Seccionador de dos columnas giratorias por polo: El seccionador dispone de dos columnas en lugar de tres como el modelo de columna giratoria central. Siendo estas dos columnas giratorias y portadoras de cuchillas solidarias (os móviles) que giran hacia el mismo costado. En este caso se obtiene sólo un punto de interrupción a mitad de recorrido entre las dos columnas. El campo de aplicación de este seccionador es en instalaciones de intemperie con tensiones de servicio de hasta 245 kV y corrientes nominales comprendidas entre 800 A y 2.000 A. Este seccionador puede montarse con cuchilla de puesta a tierra, en cuyo caso se impide cualquier falsa maniobra por medio de un enclavamiento apropiado. El accionamiento de esta clase de seccionadores puede realizarse manualmente, por aire comprimido o por motor eléctrico.

Para accionar conjuntamente los polos del seccionador tripolar, se han acoplado éstos entre sí. El accionamiento va unido a los aisladores giratorios de un polo, desde donde parten las varillas de acoplamiento con los otros polos.

Seccionadores de Pantógrafo Estos seccionadores realizan una doble función, la primera la propia de maniobra y corte y la segunda la de interconectar dos líneas que se encuentran a diferente altura. En este tipo de seccionadores se debe prestar especial atención a la puesta a tierra de sus extremos.

Son seccionadores de un solo poste aislante sobre el cual se soporta la parte móvil. Ésta está formada por un sistema mecánico de barras conductoras que tiene la forma de los pantógrafos que se utilizan en las locomotoras eléctricas. La parte fija, llamada trapecio, está colgada de un cable o de un tubo que constituyen las barras, exactamente sobre el pantógrafo de tal manera que al elevarse el o móvil, éste se conecta con la mordaza fija cerrando el circuito. La cinemática del pantógrafo ha sido estudiada de tal forma que la última parte de su carrera de cierre se efectúa sin la ayuda del mando. De esta forma, la presión del o es totalmente independiente de la posición final de los elementos de mando. Seccionadores semipantografos o tipo rodilla El seccionador tipo rodilla pertenece al grupo de los seccionadores de palanca. El brazo del seccionador, que constituye el o móvil, se mueve en un plano vertical y abierto genera un espacio del aislamiento horizontal. La alta confiabilidad operacional y el diseño simple son ventajas típicas de este tipo constructivo. La caja de mando, los aisladores soporte, el aislador rotativo y el mecanismo de accionamiento son idénticos que los usados para el seccionador tipo pantógrafo. El o móvil consiste en dos brazos paralelos unidos entre sí y articulados en un punto (rodilla). El o móvil es conducido en uno de sus extremos por el mecanismo de giro mientras que el extremo libre se introduce casi horizontalmente

en el o fijo y es asegurado en la posición cerrada por una guía vinculada al mecanismo de giro.

Numero de Polos -

Seccionadores monopolares

Este tipo de cuchillas se encuentran sostenidas mecánicamente y pueden operarse ya sea automática o manualmente se utilizan para aislar ó seccionar circuitos y equipos en sistemas de distribución en tensiones nominales de 13.2, 11.4 y 34.5 Kv. Son de operación manual con pértiga, sin carga para montaje vertical y horizontal-invertido.

Este tipo de protección se conecta en serie con el circuito. Existen cuchillas individuales, es decir, una cuchilla para cada fase y cuchillas de operación en grupo.  1    2-

Condiciones de utilización Eléctricas Tensión Nominal 11,4 , 13,2 y 34,5 kV Tensión Máxima de servicio 14,5 y 38 kV SistemaTrifásico, 3 hilos Neutro Rígido a Tierra en la subestación MT-AT. Ambientales

Serán empleados a la intemperie, siendo ésta generalmente de clima frío y húmedo. Los parámetros de operación son los siguientes:  Altura sobre el nivel del mar: 2640 m  Humedad relativa: 90%  Temperatura ambiente máxima: 27 °C  Temperatura ambiente mínima: -5 °C  Temperatura ambiente promedio: 14 °C 3- Lugar de Instalación Los seccionadores unipolares se montarán en posición horizontal (abriendo hacia abajo) sobre crucetas colocadas para tal fin en los postes de las líneas de M.T. 4- Tipo de servicio Intemperie: Los seccionadores estarán provistos de un anillo que permita su enganche con pértiga para posibilitar su apertura o cierre. Tendrán un adecuado sistema de seguro que mantenga el seccionador cerrado en presencia de vibraciones o cortocircuitos. Del mismo modo estará construido de tal manera que no permita la oscilación del elemento móvil cuando el seccionador se encuentre abierto. Los seccionadores tendrán terminales que permitan la conexión de conductores ACSR 266.8 Kcmil, 4/0 y 2/0 AWG capaces de soportar la sobre elevación de temperatura y los ciclos térmicos debidos a la corriente que circula por ellos. - Seccionadores Tripolares

Se utilizarán a la intemperie, instalados sobre postes en retenciones de líneas aéreas de MT., de concreto o madera. La disposición de las líneas será vertical u horizontal y el diseño del equipo solicitado será, para cada tipo de montaje, solicitado en consecuencia. Estos aparatos deberán poseer una palanca u otro dispositivo con ojal para ser operados a distancia por medio de una pértiga de maniobra, debiendo poseer señalización visual clara de la posición abiertocerrado. El motor de operación del equipo preferiblemente debe localizarse fuera de la caja de control bien sea dentro del equipo o adosado al mismo para evitar posibles hurtos. El diseño del comando del equipo será apto para : -

Poder ser operable bajo condiciones climáticas adversas (tormentas, lluvias, etc), por lo tanto el comando local estará lo suficientemente protegido a fin de asegurar su operación segura. - Incorporarle, en el futuro, una unidad de telecontrol, para recibir señales de operación y enviar información sobre el estado de funcionamiento del equipo y parámetros de la red. 1- Condiciones climáticas Las condiciones climáticas correspondientes al lugar de instalación son las siguientes: -

La temperatura oscila entre -5 ºC y 45 ºC., con variantes bruscas. La humedad es elevada, pudiendo alcanzar fácilmente la saturación.

Por estar a la intemperie estará sometido a las condiciones meteorológicas normales, con vientos, lluvias, niebla, granizo, heladas y un nivel de contaminación ambiental media, de acuerdo a la norma IEC. 815. 2- Condiciones eléctricas  Las condiciones eléctricas límite de funcionamiento son las siguientes: Tensión de servicio 11.4/13.2 kV 34.5 kV  Tensión máxima de servicio (kV) 12.5/14.5 36  Potencia de cortocircuito trifásico simétrico (MVA) 300/274 477.5

   

Corriente de cortocircuito de corta duración (kA) 1seg. 15/12 8 Corriente de cortocircuito límite dinámica, valor de cresta, (kA) 37.5/30 20 Corriente Nominal (A). 400 400 Sistema trifásico trifilar con neutro rígido a tierra en la subestación. A.T M.T 3- Normas Los seccionadores deberán estar construidos con materiales de alta calidad, y realizados conforme a las recomendaciones de las normas IEC 265 y ANSI C 37.63

Mando de seccionadores. Los mandos para seccionadores de alta tensión son muy variados, los cuales se pueden agrupar en distintas clasificaciones, de las que una podría ser la siguiente: -

Mando por pértiga.

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Mando mecánico a distancia:

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Mecanismos de biela y manivela.

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Mecanismos por árbol y transmisión.

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Mecanismos por cadena y piñones.

-

Mando por servomotor.



Motor eléctrico con reducción.

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Grupo motor-bomba y transmisión hidráulica.

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Grupo motor-compresor y transmisión neumática.

Los mandos por pértiga y mecánico a distancia son los más utilizados, en instalaciones de media tensión. Los mandos por servomotor se emplean principalmente en seccionadores de columnas giratorias y en los seccionadores de pantógrafo. Los mandos por servomotor requieren que los seccionadores estén dotados de os auxiliares para indicar la posición del seccionador, también es necesario que estos mandos estén provistos de dispositivos de interrupción de fin de carrera.

Ensayos de Rutina y Tipo. Ensayos de Tipo. Tienen por objeto verificar las características de los aparatos, sus dispositivos de comando y sus equipos auxiliares. Cada espécimen debe realmente estar conforme a los diseños de su tipo. Los seccionadores están amparados en forma general por la norma IEC 60129 y en particular los ensayos se especifican en la IEC 60694 con los complementos siguientes a la lista de los ensayos de tipo.    

Ensayos para verificar el poder de cierre en cortocircuito de los seccionadores o cuchillas de tierra. Ensayos para verificar que el funcionamiento y la resistencia mecánica son satisfactorios. Ensayos para verificar que el funcionamiento es satisfactorio en las condiciones severas de formación de hielo. Ensayos para verificar que el funcionamiento es satisfactorio a las temperaturas mínimas y máximas del aire ambiente.

Los ensayos se pueden agrupar en cuatro grandes grupos: ➢

Ensayo dieléctrico de los circuitos principales, auxiliares y de comando. Ensayo de radio interferencia.

➢

M e d i d a d e l

a r e s i s t e n c i a d e l c i r c u i t o p r i n c i p

a l . E n s a y o d e c a l e n t a m i e n t o . ➢

Ensayo de corriente de corta duración y al valor de cresta de la corriente isible.

Ensayo de cierre y apertura. ➢

Ensayos del grado de protección mecánica de la caja de comando. Ensayo de estanqueidad (cuando sea aplicable).

Ensayo de durabilidad mecánica. Ensayo de medio ambiente (a diversas condiciones climáticas) Características Físicas Cuchilla seccionadora de Operación con carga en Aire (Tipo LDTP)

Estas cuchillas seccionadoras de operación tripolar con carga en aire, son equipos utilizados en sistemas de media tensión de 7,2 KV a 38KV, sus características principales son:

  

Operación de apertura y cierre en grupo tripolar. Apertura y cierre rápido sin depender de la habilidad del operario. Disparo automático al operar el fusible limitador

Se instalan en el interior de la subestaciones compactas y tableros de media tensión de servicio interior o intemperie y por diseño cumple con los siguientes requerimientos:     1-

Instalación sencilla Montaje vertical, horizontal o invertido. Operación segura y simple Mínimo mantenimiento Normas

Las cuchillas seccionadoras de operación tripolar con carga en aire cumplen con las siguientes normas:

2- Condiciones de servicio La cuchilla de operación tripolar con carga en aire es capaz de operar normalmente dentro del rango de las siguientes condiciones ambientales:

La subestación debe contar con el suficiente grado de protección NEMA o IP para asegurar las condiciones de temperatura y humedad especificadas, así como mantener en su interior el aire libre de humo, gases, agua, vapores corrosivos o explosivos y de partículas (polvo) eléctricamente conductoras.

3- Capacidades eléctricas (cuchillas desconectadoras en aire, 2012)

4- Construcción

-

Estructura de montaje

5-

Aisladores Sistema extinción de arco Partes conductoras Accionamientos de cierre y apertura Eje de mecanismo Mordaza(clip) para fusibles Sistema de disparo Placa

También las cuchillas seccionadoras tripolares con carga en aire contienen una placa de datos fabricada en material metálico inoxidable con la siguiente información:         

Nombre del fabricante. Número de serie. Tipo y modelo. Tensión nominal en kV. Tensión de aguante al impulso por rayo en seco (NBA) en kV. Corriente nominal en A. Corriente de aguante de corta duración en kA. Duración isible en cortocircuito (1 s o 3 s). Leyenda “Hecho en México”.

Bibliografía Cuchilla seccionadora de operacion con carga en aire tipo LDTP. (Enero de 2011). Recuperado el 06 de febrero de 2016, de DRIESCHER Y WITTJOHANN, S.A: http://www.electropersa.com.mx/pdf/Subestaci %C3%B3n%20Compacta%20con%20interruptor%20driescher.pdf cuchillas . (s.f.). Recuperado el 07 de febrero de 2016, de seccionadores tipo cuchilla: http://grupo2tecnologiasenacodensa.blogspot.com/p/cuchillas.html cuchillas desconectadoras en aire. (s.f.). cuchillas desconectadoras en aire. (29 de mayo de 2012). Recuperado el 06 de febrero de 2016, de cuchillas desconectadoras en aire: http://cuhillas-enaire.blogspot.com/2012/05/cuchillas-seccionadoras_29.html Seccioadores y cuchillas de tierra.doc. (s.f.). Recuperado el 06 de febrero de 2016, de Seccioadores y cuchillas de tierra.doc: http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/tydee/seccionadores.pdf