SUBGERENCIA REDES AT Área Mantenimiento de Redes Alta Tensión

GUIA DE ESTUDIO EXAMEN REDES ALTA TENSION

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MANTENIMIENTO DE LÍNEAS DE TRANSMISION Características Generales de Las Líneas de Transmisión Las Líneas de Transmisión son componentes de un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), que tienen por objeto transmitir la energía eléctrica en grandes bloques, desde las centrales o subestaciones principales, hasta los centros de consumo. Se caracterizan por transmitir la energía en niveles de voltaje elevados, en nuestro país. Los mas usadas son 66, 110, 154, 220 y 500 kV. Su estructura física corresponde a la de una línea aérea con conductores desnudos, soportados en estructuras generalmente reticuladas de acero galvanizado, con un nivel de Aislación acorde a su nivel de voltaje. Componentes de una Línea de Transmisión Se indican a continuación las características de los componentes principales de las Líneas de Transmisión Estructuras Fundaciones Aisladores Conductores Cable de Guardia Aspectos Constructivos Se describen a continuación, los términos más usados en Líneas de Transmisión para definir algunos componentes y magnitudes utilizados en las Líneas de Transmisión. Torre de anclaje Torre de suspensión Torre Tap o derivación Torre de transposición Crucetas Cantoneras Diagonales Circuito Voltaje nominal Puente Vano Flecha Franja de servidumbre SOLICITACIONES TIPICAS Las Líneas de Transmisión, son uno de los componentes de un Sistema Eléctrico de Potencia que se encuentra más expuesto a solicitaciones de todo tipo. Su condición de equipo de intemperie en conductores desnudos y su extensión, hace que en su recorrido enfrente diferentes condiciones atmosféricas, diferentes tipos de terreno y variadas condiciones de entorno. En este capítulo describiremos las solicitaciones típicas que se presentan, tanto de origen interno como externo. Solicitaciones Externas Consideraremos como solicitaciones externas aquellas que se originan en el medio ambiente o entorno de las líneas, las que dependen principalmente de las zonas o sectores que atraviesa la línea en su trazado. Vandalismo Actos Temerarios de Terceros Contaminación de Aislación Oxidación de estructuras Vibración de Conductores Descargas Atmosféricas

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Incendios de Vegetación Colisiones de Vehículos Actos Terroristas Solicitaciones Internas

Consideraremos como solicitaciones internas aquellas que se originan como consecuencia de la función propia que desempeña la línea dentro del sistema eléctrico, y que dependen principalmente de los parámetros y componentes eléctricos de la misma. Sobrevoltajes de Maniobra Calentamiento de Conexiones Sobrecargas Fallas Internas de Aislación Envejecimiento de Aislación TECNICAS DE MANTENIMIENTO EN LINEAS AT Concepto de Línea Desconectada y Desenergizada Una línea desconectada es aquella que por cualquier razón operacional, programada o forzada, se encuentra con sus interruptores abiertos desde sus fuentes de alimentación, pero no en condiciones de ser intervenida para una faena de mantenimiento. Esta condición se puede derivar de una operación automática o de una maniobra transitoria desde el centro de operación del sistema, y la línea puede volver al servicio en cualquier momento. Una línea desenergizada, es aquella que además de tener sus interruptores abiertos, se encuentra con sus desconectadores también abiertos, con las puestas a tierra de las subestaciones conectadas, con las transferencias de carga bloqueadas en caso de ser de doble circuito y en condiciones de ser entregada al personal de mantenimiento para iniciar el procedimiento de intervención. Potenciales Presentes en una Línea Desenergizada Aún con las consideraciones del punto anterior, podemos decir que una líneas desenergizada, no ofrece en absoluto una condición segura para realizar una intervención de mantenimiento. En estas condiciones, pueden aparecer en la línea potenciales que pueden ser originados, entre otras, por las siguientes causas: Descargas atmosféricas (Transientes) Tensiones inducidas por sistema adyacentes. Energizaciones Accidentales. Mantenimiento con Líneas Energizadas Como su nombre lo dice, los trabajos con líneas energizadas, con líneas vivas o líneas en caliente, tienen por característica fundamental que el equipo intervenido se mantiene en servicio no afectando en suministro a los clientes. Desde en punto de vista del mantenedor, requiere un nivel de mayor especialización y una mayor inversión en equipos de alta sofisticación. Desde el punto de vista del riesgo, preparando equipos de trabajo maduros disciplinados, es posible realizar estos trabajos con un alto nivel de seguridad, llegando en este momento a ser indispensables para mantener una adecuada calidad de servicio. Técnica a Distancia mediante Pértigas Aislantes Técnica a Potencial o Mano Desnuda (Barehand) Lavado con Chorro de Agua Desmineralizada

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Riesgos Asociados a los Trabajos en Líneas de Transmisión Shock Eléctrico Caídas Caída de objetos Esfuerzos excesivos Ataque de animales e insectos Accidentes de tránsito Riesgos para terceros Distancias de Seguridad Se entiende por distancia de seguridad a la mínima distancia que debe mantener el liniero o elemento conductor que manipule, respecto de los circuitos energizados circundantes, a fin de prevenir accidentes por contacto directo o arcos eléctricos. Estas distancias deben ser acatadas por todas aquellas personas debidamente capacitadas y autorizadas para intervenir en las instalaciones eléctricas, incluyendo al personal de Contratistas. Distancias de Seguridad en Alta Tensión Voltaje (kV)

Distancia (m)

110 220

1,80 3,00

Distancia para trabajo con pértigas (m) 1,20 2,40 Tipos de Mantenimiento

Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Correctivo Mantenimiento Predictivo Predictivo: Medición de Radiointerferencia de la Aislación Medición de Gradiente de Potencial Medición de Temperatura de uniones mediante Termografía

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MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES DE ALTA TENSION Es un conjunto de equipos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la tensión para distribuir la energía eléctrica hacia los usuarios, brindando seguridad y calidad para nuestros clientes, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento. La subestación AT/MT: Se sitúa siempre entre la red de transporte y la distribución de MT. Su función consiste en asegurar el paso de la AT (aproximadamente 110 kV) a la de MT (aproximadamente 12 kV). Su esquema tipo comprende dos llegadas de AT, dos transformadores AT/MT, y de 10 a 20 salidas de MT. Estas salidas alimentan líneas en sistema aéreo y/o cables subterráneos. Clasificación de las subestaciones atendiendo al tipo de instalación a) Subestación patio abierto. Se construyen al exterior, por lo que su aparamenta debe soportar condiciones atmosféricas adversas dependiendo de la zona de ubicación. Generalmente se alimentan mediante líneas aéreas de MAT. b) Subestación en celdas. Se instalan en el interior de edificios. Esta solución se adopta en subestaciones transformadoras secundarias, ya que al emplear tensiones menores, permite disminuir el espacio ocupado por la subestación. c) Subestaciones GIS. Las partes activas sometidas a tensión se encuentran encerradas en el blindaje por cuyo interior circula un gas aislante SF6. Este sistema consigue una reducción de espacio muy importante y su forma modular permite ampliaciones posteriores. Diferencia entre una subestación de maniobra (SM) y una subestación de transformación (ST) La subestación de maniobra (o enlace) sirve para la conexión de entre dos o más circuitos y su maniobra, y la subestación de transformación está destinada a la transformación de la energía eléctrica mediante uno o más transformadores. Principales componentes y sistemas que forman una ST de tipo intemperie. 1) Trafos de potencia o autotrafos. 2) Interruptores. 3) Seccionadores. 4) Trafos de medida: Ve I. 5) Pararrayos. 6) Bobinas de bloqueo y equipo de comunicación. 7) Aisladores y herrajes. 8) Sistema de barras y estructura soporte. 9) Red de puesta a tierra. 10) Canalizaciones, conductos y drenajes. 11) Edificio de control. 12) Alumbrado normal y de emergencia. 13) Sistema de alimentación de c.c.

Partes y subsistemas constituyentes de los servicios auxiliares de una ST a) Servicios de la subestación: Transformadores Servicios Axiliares, Baterías Cte Continua Cargadores de Baterias (rectifcadores) b) Alumbrado: Interior y Exterior. c) Sistema contra incendios. Tipos de aisladores para soportar las barras.

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Tipo cadena. Se emplean para soportar embarrados flexibles, en suspensión o en tensión. Tipo columna. Se usan para soportar el peso de las barras rígidas.

Efectos que produce la contaminación en los aisladores. • • • • • • •

Disminución del nivel de aislamiento. Deformación del gradiente de tensión. Aparición del efecto corona. Interferencias en Radio y TV. Interrupciones por arco en los aisladores. Aumento de las pérdidas. Corrosión de las partes metálicas y aislantes.

Baterías de Corriente Continua. Tienen por misión principal almacenar la energía suficiente para el disparo del circuito de protecciones que comandan a los interruptores. Pueden ser de ácido o gel. Cargadores de Baterías Son rectificadores estáticos construidos con tiristores que regulan la tensión de flotación de las baterías intermedias a un valor de carga nominal. En caso de fallo en el suministro el banco de baterías suministra toda la carga y cuando el suministro se restablezca el cargador debe ser capaz de suministrar la demanda normal y recargar la batería hasta el valor de flotación. Interruptores de Poder El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío) como en condición de cortocircuito. La operación de un interruptor puede ser manual o accionada por la señal de un relé encargado de vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado. Arco Eléctrico Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla es inevitable la presencia del arco eléctrico, la que sin duda es una condición desfavorable, en la operación de interruptores. Durante la presencia del arco se mantiene la circulación de corriente en el circuito de potencia. Las características del arco dependen, entre otras cosas de: • • • • • •

La naturaleza y presión del medio ambiente donde se induce. La presencia de agentes ionizantes o desionizantes. La tensión entre los contactos y su variación en el tiempo. La forma, separación y estructura química de los contactos. La forma y composición de la cámara apaga chispa. Sistema de extinción del arco.

Formas de Extinguir el Arco En los interruptores de potencia una de las formas de extinguir el arco, es aumentando la resistencia que ofrece el medio a la circulación de corriente. La resistencia del arco puede aumentarse enfriando el arco, o bien alargándolo, o dividiéndolo. El inconveniente de este último método, es que la energía que debe ser disipada es alta, razón por la cual su uso se limita a aplicaciones en baja y media tensión tanto en corriente alterna como en continua. Los interruptores se pueden clasificar de acuerdo a sus características constructivas. Las principales características constructivas de los interruptores consisten en la forma en que se extingue el arco y a la habilidad mostrada para establecer la rigidez dieléctrica entre los contactos para soportar en buena forma (sin reencendido del arco) las tensiones de reignición. Las ventajas y desventajas de los principales tipos de interruptores se indican a continuación:

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Interruptores de gran volumen de aceite: Ventajas: Construcción sencilla, Alta capacidad de ruptura, Pueden usarse en operación manual y automática, Pueden conectarse transformadores de corriente en los bushings de entrada. Desventajas: Posibilidad de incendio o explosión, necesidad de inspección periódica de la calidad y cantidad de aceite en el estanque, ocupan una gran cantidad de aceite mineral, son grandes y pesados. Interruptores de pequeño volumen de aceite: Ventajas: Comparativamente usan una menor cantidad de aceite. Menor tamaño y peso en comparación a los de gran volumen. Menor costo. Pueden emplearse tanto en forma manual como automática. Fácil acceso a los contactos. Desventajas: Peligro de incendio y explosión aunque en menor grado comparados a los de gran volumen. No pueden usarse con reconexión automática. Requieren una mantención frecuente y reemplazos periódicos de aceite. Sufren de mayor daño los contactos principales. Interruptores Neumáticos Se usan principalmente en alta tensión y poseen las siguientes características: Ventajas: No hay riesgos de incendio o explosión. Operación muy rápida. Pueden emplearse en sistemas con reconexión automática. Alta capacidad de ruptura. La interrupción de corrientes altamente capacitivas no presenta mayores dificultades. Menor daño a los contactos. Fácil acceso a los contactos. Comparativamente menor peso. Desventajas: Poseen una compleja instalación debido a la red de aire comprimido, que incluye motor, compresor, cañerías, etc. Construcción más compleja y mayor costo, Interruptores en vacío La alta rigidez dieléctrica que presenta el vacío (es el aislante perfecto) ofrece una excelente alternativa para apagar en forma efectiva el arco. En efecto, cuando un circuito en corriente alterna se desenergiza separando un juego de contactos ubicados en una cámara en vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que la rigidez dieléctrica entre los contactos aumenta en razón de miles de veces mayor a la de un interruptor convencional (1 KV por µs para 100 A en comparación con 50 V/µs para el aire). Esto hace que el arco no vuelva a reencenderse. Estas propiedades hacen que el interruptor en vacío sea más eficiente, liviano y económico. Ventajas -

Tiempo de operación muy rápidos, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero. Rigidez dieléctrica entre los contactos se restablece rápidamente impidiendo la reignición del arco. Son menos pesados y más baratos. Prácticamente no requieren mantención y tienen una vida útil mucho mayor a los interruptores convencionales. Especial para uso en sistemas de baja y media tensión.

Desventajas: -

Dificultad para mantener la condición de vacio. Generan sobre-tensiones producto del elevado di/dt. Tienen capacidad de interrupción limitada.

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Interruptores en Hexafluoruro de Azufre: El gas SF6 se usa como material aislante y también para apagar el arco. El SF6 es un gas muy pesado (5 veces la densidad del aire), altamente estable, inerte, inodoro e inflamable. En presencia del SF6 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 SF6 puede alcanzar valores cercanos a 5 veces la rigidez del aire. Son unidades selladas, trifásicas y pueden operar durante largos años sin mantención, debido a que prácticamente no se descompone, y no es abrasivo. 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 SF6 en interruptores, es del orden de 14 atmósferas, mientras que en switchgear alcanza las 4 atmósferas. Especificación técnica de un Interruptor de Potencia. La selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicación consiste en definir un conjunto de valores que limitan las condiciones de operación máximas del interruptor. Los parámetros a indicar son algunos de los cuales deben tenerse presente: Tensión Nominal: Es el máximo valor efectivo de tensión al cual el interruptor puede operar en forma permanente. En general esta tensión es mayor al voltaje nominal del sistema. Frecuencia nominal: Es la frecuencia a la cual el interruptor está diseñado para operar. Este valor tiene incidencia en los tiempos de apertura y cierre de los contactos además del tiempo de apagado del arco. Corriente nominal: Es el máximo valor efectivo de corriente que puede circular a través del interruptor en forma permanente, a frecuencia nominal, sin exceder los límites máximos de temperatura de operación indicados para los contactos. La temperatura en los contactos depende del material que están hechos (cobre, plata o equivalente), del medio en que están sumergidos, y de la temperatura ambiente. En interruptores con contactos de cobre, las máximas temperaturas de operación, están referidas a una temperatura ambiente máxima de 40 ºC y en caso de contactos de plata de 55 ºC. Rigidez dieléctrica: Define la máxima tensión que soporta el interruptor sin dañar su aislación. La rigidez dieléctrica debe medirse entre todas las partes aisladas y partes energizadas y también entre los contactos cuando están abiertos. Estas pruebas se realizan entre contactos y tierra (contacto cerrado), a través de los contactos, entre fases (con contactos cerrados). Ciclo de trabajo: El ciclo de trabajo normal de un interruptor de potencia se define como dos operaciones "cerrarabrir" con 15 segundos de intervalo. Para este ciclo de trabajo, el interruptor debe ser capaz de cortar la corriente de cortocircuito especificada en sus características de placa. Corrientes de cortocircuito momentánea: Es el valor máximo efectivo que debe soportar el interruptor sin que sufra un deterioro, debe ser capaz de soportar el paso de esta corriente en los primeros ciclos cuando se produce la falla (1 a 3 ciclos). Entre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y asimétricos. Corrientes de cortocircuitos de interrupción: Es el máximo valor efectivo medido en el instante en que los contactos comienzan a separarse. Esta corriente corresponde a un cortocircuito trifásico o entre líneas con tensión y ciclo de trabajo nominal. Entre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y asimétricos de interrupción.

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Interruptores para reconexión automática: La reconexión automática se usa especialmente en líneas del tipo radiales y de difícil acceso para aumentar la continuidad de servicio. El tiempo de reconexión del interruptor debe especificarse de acuerdo a las características de operación del sistema eléctrico. También al calcular el tiempo de reconexión se debe considerar la desionización del arco de manera de eliminar la posibilidad de reencendido. Este tiempo muerto depende del nivel de tensión y para sistemas sobre 115 KV es de alrededor de 8 ciclos. Reconectadores para operar con reconexión automática: El reconectador es un aparato que al suceder una condición de sobre-corriente abre sus contactos, y una vez que ha transcurrido un tiempo determinado cierra sus contactos nuevamente, energizando el circuito protegido. Si la condición de falla sigue presente, el restaurador repite la secuencia cierre-apertura un número determinado de veces (por lo general son 4 como máximo). Después de la cuarta operación de apertura queda en posición de abierto definitivamente. Cuando un reconectador detecta una situación de falla, abre en un ciclo y medio. Esta rápida operación de apertura disminuye la probabilidad de daño a los equipos instalados en el circuito en falla. Uno o uno y medio segundos después, cierra sus contactos, energizando nuevamente el circuito. Después de una, dos, y hasta tres operaciones rápidas el restaurador cambia a una operación de características retardada. Desconectadores o Seccionalizadores: Un desconectador o seccionalizador es un dispositivo de apertura, que debe operar siempre con el circuito desenergizado. Debido a que este equipo no está diseñado para cortar corrientes de falla, se utiliza siempre aguas arriba de un interruptor de potencia para aislar sistemas, para poder realizar mantenciones preventivas o programadas. Protecciones Eléctricas. Es importante conocer en profundidad la gran importancia que poseen las protecciones eléctricas para mantener la continuidad de servicio de los Sistemas de Energía Eléctrica requerida para su funcionamiento. Características que debe cumplir un sistema de protección. El conjunto de protecciones que cubren un sistema eléctrico, debe cumplir una serie de características, para que en conjunto cada esquema de protección trabaje asociado al resto. Esto con el fin de aislar las fallas y las perturbaciones, cuando éstas últimas por su duración resultan perjudiciales para los equipos o el suministro. Estas características son: Selectividad. Rapidez. Sensibilidad. Confiabilidad. Simplicidad. Economía. Condiciones que debe cumplir un sistema de protección Los sistemas de protección, al estar íntimamente ligados a los circuitos destinados a ser comandados voluntariamente por los operadores de los equipos de poder, deben cumplir las siguientes condiciones: Independencia de la operación del sistema eléctrico. Discriminar entre carga, sobrecarga y cortocircuito. Discriminar entre falla y perturbación. No debe ser afectada por anormalidades en circuito de control. Componentes de un sistema de protección. Un sistema de protección se puede definir, para aquellos más complejos, como un conjunto de elementos y de sus circuitos de control asociados, que se encuentran interconectados o dependientes entre sí, cuya función es proteger un equipo o un conjunto de equipos componentes de un sistema eléctrico. Transformadores de Medida. Potencial o de Corriente. Relés. Son dispositivos que discriminan entre las condiciones normales y anormales.

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Interruptores de Poder. Son los aparatos comandados por los relés aislando circuitos Circuitos de Control. Son los dispositivos y elementos que conectan los tres componentes anteriores.

Clasificación de los relés. Un relé es un dispositivo que causa un cambio brusco en uno o más circuitos de control, cuando la o las cantidades de medida a las que responde, llegan o pasan de un valor prefijado. Ahora bien, la clasificación de los relés se puede realizar de acuerdo a la función que desempeñan y de acuerdo a la velocidad de operación. Clasificación de acuerdo a la función que desempeñan. Relés de Protección. Relés de Regulación. Relés de Verificación. Relés Auxiliares. Nota: (Norma NSEG 8.E.n.75): •

El término BT (Baja Tensión) designa cualquier tensión comprendida hasta 1 kV.

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El término MT (Media Tensión) designa cualquier tensión entre 1 y 60 kV.

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El término AT (Alta Tensión) designa cualquier tensión sobre los 60 kV.

Plan de protección. La estructura eléctrica de un país corresponde a un conjunto de redes eléctricas. Una red eléctrica puede desglosarse en zonas. Cada una de estas zonas suele estar protegida por un interruptor automático en asociación con dispositivos de detección (captadores de medida: transformador de corriente, de tensión) protección, control y mando (relés de protección) y de disparo (elementos accionadores). CAPTADOR DE MEDIDA

UNIDAD DE PROTECCION

ELEMENTO ACCIONADOR

ORGANO DE CORTE

RED ELECTRICA Figura 2.5. Cadena de Protección. El conjunto de estos elementos constituye una cadena de protección que asegura la eliminación de la parte defectuosa de la red en caso de fallo. Su papel consiste en garantizar la seguridad protegiendo contra los defectos de aislamiento entre fases o entre fase-tierra, y contra las sobrecargas prolongadas. En particular, la cadena de protección debe reducir las consecuencias de un defecto de cortocircuito, es decir, los riesgos de incendio, explosión, deterioro mecánico, etc.

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