Utilización de Reconectador por Pulsos en Alimentadores Aéreos de Media Tensión

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1 1/6 Título Utilización de Reconectador por Pulsos en Alimentadores Aéreos de Media Tensión Nº de Registro (Resumen) 58 Empresa o Entidad Empresa Provincial de la Energía de Santa Fe Autores del Trabajo Nombre País Marcelo Cassin Argentina mcassin@epe.santafe.gov.ar Palabras Clave Reconectador, pulso, energía de arqueo, estrés térmico y mecánico Introducción Las características geográficas de la provincia de Santa Fe y la distribución de demandas sobre su territorio dan lugar a que los sistemas de distribución aéreos de media tensión de 33 y 13,2 kv presenten largas longitudes y configuración radial. Por lo anterior resulta comprometida la calidad del servicio en lo que hace a la rapidez y eficiencia con la que son detectadas y aisladas las fallas en los mismos. Objetivos Durante el año 2008 se registraron en los casi 330 alimentadores rurales de MT un total de 2832 fallas que dieron lugar a 3335 desconexiones. En el 2009 los valores fueron 3190 y 3716 respectivamente. Esto significa que casi un 20% de las pruebas de reconexión resultaron fallidas. Los reconectadotes convencionales provocan en cada cierre sobre falla una cantidad significativa de energía, lo que tiene como resultado esfuerzos térmicos y dinámicos que profundizan aún las consecuencias del defecto. Lo anterior también se traduce en una degradación en la calidad del servicio recibido por el resto de los clientes que permanecen conectados como consecuencia de las caídas y huecos de tensión asociados a cada reconexión. Se propone analizar la utilización de reconectadores por pulsos que permitan a través de la inyección de un impulso de corriente no disruptiva, detectar el tramo bajo falla y restituir el servicio del resto automáticamente sin que en todo este proceso se dañe aún más la instalación afectada. A partir de esto se verifica si la falla tenía características fugitivas o efectivamente se trata de un problema permanente, pero en cualquier caso con menor energía asociada al arco (I 2.t) que tuvo lugar durante la falla original y que se repetirá durante las pruebas que un reconectador convencional realiza según el modo en que esté programado. Descripción tecnológica del reconectador por pulsos En términos simples, podemos decir que un reconectador por pulsos es un interruptor cuyos contactos son capaces de abrir y cerrar un circuito de manera muy rápida y que además tiene la capacidad de determinar si el alimentador se encuentra bajo falla impidiendo que para ello se establezca la máxima corriente de corto correspondiente a dicha contingencia. PAPER DOC 1 / 6

2 2/6 La clave para esto es producir el cierre en el momento en que la onda de tensión pasa por su valor máximo. De esta manera se alcanza el menor valor de corriente de corto posible. Figura N 2 Si comparamos la energía puesta en juego durante una falla a ser despejada por un reconectador que responda a una curva de actuación Corriente-tiempo como la de la Figura N 2 frente a la que tendría lugar utilizando un reconectador por pulso se tiene lo siguiente: Figura N 1 Si el momento del cierre coincidiera con el punto de la onda de la tensión en la que la misma pasa por cero, tendría lugar una corriente asimétrica mayor cuyo pico sería del orden de 2,6 veces el valor eficaz de la corriente de corto simétrica para una relación X/R típica. No obstante lo anterior el punto de la onda de tensión en el que se produce el cierre debe ser tal que tenga un valor suficiente como para que la corriente de falla pueda ser medida y analizada pero limitando la energía (I 2 t) de la misma a la menor posible. Para ello los contactos estarán abiertos antes del inicio del próximo semiciclo. La energía (I 2 t) puesta en juego para detectar la existencia de falla en el alimentador es menor al 2% respecto de la que tiene lugar utilizando un reconectador convencional. Este punto constituye la ventaja comparativa más importante frente a tecnologías convencionales de reconectadores por cuanto se reducen drásticamente las consecuencias que tienen lugar con cada reposición cuando el alimentador tiene fallas permanentes. PAPER DOC 2 / 6

3 3/6 Figura N 3 La figura anterior muestra la energía asociada a la disrupción por arco en una falla típica en MT. El valor de corriente asociado al pulso de 5 milisegundos que se produce al cierre de los contactos es mayor que el correspondiente a la corriente de carga pero menor al de cortocircuito que tendría lugar con reconectadores convencionales. Si ese valor supera un umbral especificado, el reconectador considera que la falla sobre el alimentador persiste y bloquea una acción de cierre posterior. Por el contrario si la magnitud del pulso no supera un valor predeterminado, el algoritmo habilita un nuevo cierre de los contactos. En el caso en que las menores corrientes de corto se superpongan con las máximas corrientes de carga, el algoritmo clasifica a dicho estado como indeterminado. En estos casos la acción posterior resulta a favor de ejecutar un cierre de prueba. Las consecuencias del mismo desde el punto de vista de estrés térmico y mecánico como así también los huecos de tensión son mitigados a partir del menor valor de corriente del pulso con el que se intenta detectar la existencia real de la falla. Con un equipo convencional el registro oscilográfico asociado a una reconexión con falla permanente es el siguiente: Figura N 5 Aplicaciones del reconectador por pulsos Ante la ocurrencia de aperturas por protección de los interruptores de alimentadores aéreos de MT, la metodología operativa aplicada a los mismos consiste básicamente en realizar una prueba de reconexión, generalmente vía telecontrol, con posterioridad a la falla. Esto es así siempre que la traza de dicho alimentador no implique un alto riesgo fundamentalmente por las características urbanas o de densidad poblacional en la que se desarrolla el tendido. Si como resultado de la prueba de reconexión del interruptor asociado al alimentador se produce una nueva desconexión el operador del Centro de Control informa al personal de operación y mantenimiento local respecto de lo sucedido solicitándole el recorrido de la traza con el objetivo de encontrar el punto con problemas. Analicemos ahora el funcionamiento del reconectador por pulsos en función de la topología del circuito. Figura N 4 a. Alimentadores radiales En caso de longitudes cortas y la no presencia de clientes especiales se propone utilizar directamente el reconectador como elemento de maniobra en el comienzo del alimentador. Para la misma falla anterior pero utilizando la tecnología de restablecimiento por pulso puede observase la mínima incidencia que provoca la maniobra de reconexión. Figura N 6 PAPER DOC 3 / 6

4 4/6 La secuencia operativa de reposición ante falla resultará obviamente automática. Establecida la perturbación el reconectador por pulso producirá un nuevo cierre que dará lugar a la determinación de existencia o no de falla permanente y su consecuente estado final. En el sistema eléctrico provincial existen alimentadores aéreos de varias decenas de kilómetros por lo que en estos casos se impone la instalación de uno o más reconectadores en serie a lo largo de la traza. Figura N 7 El lugar de la instalación dependerá justamente de dicha longitud como así también de la ubicación de las derivaciones que normalmente presentan las salidas de MT. Supongamos una disposición como la siguiente: Figura N 9 Figura N 8 En este caso, y con el único objetivo de describir la secuencia de reconexión se analiza de que manera actúan los reconectadores cuando se presenta una falla entre A4 y A5. Es ajuste A1 es distinto del que tienen el resto de los reconectadores en serie aguas abajo del primero. Supondremos que resulta dificultoso seleccionar curvas que permitan respetar intervalos de selectividad entre A2 y A5 por lo que todos responderán a la misma curva. Establecida una falla permanente entre A4 y A5, se produce el disparo de los reconectadores A2, A3 y A4. A5 permanece cerrado puesto que a través de el no se produjo el aumento de corriente relacionado con la falla. A2 verifica tener tensión aguas arriba (lado fuente) y genera un cierre de contactos para establecer el pulso de verificación. Comprobada la inexistencia de falla entre A2 y A3, queda tensionado este tramo. A partir de la existencia de tensión a espaldas de A3, es este el que habilita la correspondiente reconexión. Esta resulta exitosa por cuanto entre A3 y A4 no existe falla. Al quedar tensionado el lado fuente de A4, se produce la reconexión de este último, detectándose una falla aguas abajo del mismo, por lo que dicho cierre no resulta exitoso. Al cabo de muy pocos segundos y de manera automática se restableció el servicio hasta el punto de instalación del reconectador inmediato anterior a la falla. Si bien la secuencia anterior constituye un caso que permite explicar de manera sintética el mecanismo de actuación de los reconectadores conectados en serie sobre el alimentador, resulta evidente lo beneficioso que resulta para los clientes hasta A4, por cuanto la restitución del servicio no significó las comunes variaciones PAPER DOC 4 / 6

5 5/6 de tensión que se registran al energizar cada tramo. ajuste de parámetros y la lectura del contador de operaciones. b. Alimentadores en anillo abierto El análisis en este caso es similar ya que la secuencia de reconexión sobre cada uno de los alimentadores resultará la de una salida radial, por cuanto en operación normal el reconectador de enlace (Tie) permanece abierto. Figura N 10 La ventaja de que dicho enlace se efectivice a través de un reconectador por pulso es que cualquiera sea la configuración adoptada (por ejemplo todo alimentado desde una de las dos subestaciones) permitirá mantener la filosofía de actuación. La operación se puede realizar en forma remota y local. En este caso a través de PC o en forma manual por parte del personal de operaciones. Si bien el anillo abierto es el modo normal de operación si por alguna circunstancia permaneciera cerrado el enlace y se produjera una falla por ejemplo entre A2 y Tie, serán ambos los que en este caso efectivicen la reconexión y posterior disparo definitivo ante la permanencia de la falla. Montaje y Operación Como se muestra en la Figura 11, el reconectador por pulsos es totalmente independiente, viene con sensores, unidad de control integrada y módulo de alimentación. Los descargadores de sobretensiones, al igual que el seccionador también van montados a la base por lo que el reconectador se puede instalar en una sola maniobra. La configuración se puede realizar ya sea antes de la instalación o después de que el equipo haya sido montado en el poste, utilizando una PC portátil con capacidad de red inalámbrica. Un módulo de memoria, que se instala en la base, respalda los datos de la configuración y la información específica del sitio, tal como el identificador del dispositivo, los datos para el Palanca de apertura/cierre para la apertura manual Indicador de apertura/cierre para cada fase PAPER DOC 5 / 6

6 6/6 Conclusiones La utilización de este tipo de tecnología permite fundamentalmente reducir los daños provocados por el estrés térmico y mecánico que se produce en la instalación cada vez que se realiza una prueba de reconexión sobre una falla permanente con interruptores o reconectadores convencionales. Esta cuestión se traduce en: Reducción de costos por daños en equipos Aumento de la vida útil de la instalación Mejora sustancial de la calidad de servicio. Reducción de los tiempos de reposición y por lo tanto de energía no suministrada. Referencias Boletín Descriptivo S. S&C Febrero 2006 Advancing the state of looped distribution feeders. Christopher McCarthy- Doug Staszesky. Enero 2008 Base de datos de fallas en el Sistema de Media Tensión Centro de Control de Operaciones - EPESF PAPER DOC 6 / 6