Módulo de Aprendizaje 27: Ensamble de Switchgear de Media Tensión. Serie Básica 101

Transcripción

1 Módulo de Aprendizaje 27: Ensamble de Switchgear de Media Tensión Serie Básica 101

2 Temario En este módulo, estudiaremos con detalles cada uno de estos temas: Introducción 4 Qué es un Ensamble de Switchgear de Media Tensión? 4 Definición de Switchgear 4 Definición de un Ensamble de Switchgear de Media Tensión 5 Características 5 Blindado vs. No Blindado 5 Conexiones y Bus Principal Aislados 5 Dónde se Utiliza? 6 Ejemplo de Aplicación 6 Componentes 8 Estructuras Verticales 8 Tipos de Compartimientos 8 Compartimiento de Interruptor de Circuito 9 Gabinete 9 Conexiones Eléctricas Primarias 10 Conexiones Eléctricas Secundarias 12 Interbloqueos de Seguridad 13 Rieles de Extensión 14 Repaso 1 15 Otros Compartimientos 16 Compartimiento de Bus Principal 16 Compartimiento de Línea 17 Compartimiento de Control 18 Compartimiento Auxiliar 20 Instalación 21 Instalación en Interiores 21 Instalación en Exteriores 22 Estándares y Requisitos 24 Estándares Regionales, Locales y Específicos para Clientes 24 Las Pruebas son muy Extensas 24 Prueba de Diseño y de Comprobación 24 Prueba de Producción 25 Ayuda al Cliente 26 Mini-Guía de Especificaciones 27 Repaso 2 29 Glosario 30 Respuestas del Repaso 1 34 Respuestas del Repaso 2 34 Página 2

3 Bienvenido Bienvenido al Módulo 27, que trata de Ensamble de Switchgear de Media Tensión. Figura 1. Ensamble de Switchgear de Media Tensión Típico (Mostrado como Cinco Estructuras) Nota sobre Estilos de Fuentes Viendo el Glosario Recomendamos que usted estudie el módulo 5, Fundamentos de los Interruptores y Módulo 6, Interruptores de Potencia de Media Tensión antes de comenzar este módulo. Como los demás módulos en esta serie, este módulo presenta pequeñas secciones de material nuevo seguidas por una serie de preguntas sobre este material. Estudie el material cuidadosamente, conteste después a las preguntas sin hacer referencia a lo que acaba de leer. Usted es el mejor juez de su asimilación del material. Repase el material tan frecuentemente como lo considere necesario. Lo más importante es establecer una base sólida sobre la cual construir conforme pasa de tema en tema y de módulo en módulo. Los puntos claves se presentan en negritas. Los elementos de Glosario se presentan en cursivas y subrayados la primera vez que aparecen. Las versiones impresas tienen el glosario al final del módulo. Usted puede también hojear el Glosario seleccionando con el mouse la marca de Glosario en el margen izquierdo. Página 3

4 Introducción Qué es un Ensamble de Switchgear de Media Tensión? Definición de Switchgear Este módulo comenta el ensamble de switchgear de media tensión es decir, cómo se utiliza, cuáles son sus componentes, y cómo se conecta con un interruptor de circuito de media tensión. Cuando decimos media tensión, nos referimos a un rango de 1000 volts a 38 kv. Es el rango de tensión comentado en el Módulo 6, Interruptores de Potencia de Media Tensión. En el Módulo 6 comentamos dos tecnologías de Interruptor de Circuito: Interruptor en Vacío y SF 6. Enfatizamos el interruptor de circuito de tipo vacío. De la misma manera, este módulo enfatizará los ensambles de switchgear de tipo vacío. Es la tendencia de aplicación a nivel mundial para los ensambles de media tensión. El término Switchgear es genérico. La industria lo utiliza para abarcar ensambles de dispositivos de conmutación e interrupción, junto con equipo de control, medición, protección y regulación. Vamos a dividir esta definición y definir con mayores detalles las partes esenciales: Dispositivos de Control revisan y/o regulan el flujo de energía. Los Dispositivos de Conmutación e Interrupción se utilizan para conectar y desconectar el suministro de energía. Dispositivos de Medición se utilizan para medir el flujo de la energía eléctrica. Dispositivos de Protección se utilizan para proteger el servicio de suministro de energía eléctrica contra interrupción y para prevenir o limitar el daño al equipo. Como se puede observar, el switchgear ofrece numerosas opciones muy importantes juntas en un solo paquete. A continuación veremos de manera más específica un ensamble de switchgear de media tensión (Figuras 2 y 3). Figura 2. Ensamble de Switchgear de Media Tensión Típico que consiste de 5 Estructuras Verticales Figura 3. Ensamble Típico de 3 Estructuras Verticales con Interruptor de Circuito en Vacío en Compartimientos Superior Removido de su compartimiento en Rieles de Extensión Página 4

5 Definición de un Ensamble de Switchgear de Media Tensión Características Blindado vs. No Blindado Conexiones y Bus Principal Aislados Para el propósito de este módulo, definiremos un ensamble de switchgear de media tensión como: un ensamble integrado de interruptores de circuito removibles, en compartimientos con un bus principal aislado, dispositivos de control asociados, y equipo auxiliar diseñado para proporcionar una protección de circuito de media tensión. Los ensambles de switchgear de media tensión se clasifican en tres categorías de tensión: 5 y 15 kv 27 kv 38 kv Sus valores nominales de Corriente Continua (en un mercado ANSI) son normalmente 1200, 2000 ó 3000 amperes. (Valores nominales más altos están disponibles cuando se utilizan ventiladores para enfriar el equipo). Sin embargo, todos los niveles de tensión no ofrecen los mismos valores nominales de corriente continua. En general, los valores nominales de un ensamble son determinados por los requerimientos del sistema y los interruptores de circuito seleccionados para proporcionar la protección. Un ensamble de switchgear de media tensión típico tiene: Interruptores de circuito de media tensión removibles (Extraíbles) Compartimientos separados para Bus Principal Compartimientos separados para conexiones de entrada/salida de línea Interruptores separados para interruptores de circuito, equipo de control y otro equipo auxiliar Bus principal aislado y conexiones Barreras metálicas que separan cada Estructura Vertical y cada compartimiento dentro de cada estructura. Oirá frecuentemente la expresión switchgear de media tensión Blindado. Esto significa que las estructuras (y compartimientos dentro de cada estructura) están físicamente separadas entre ellas por barreras metálicas conectadas a tierra. El término blindado puede no estar mencionado cada vez que estemos hablando de ensambles de switchgear de media tensión, pero se sobreentiende. Esta característica separa el ensamble de switchgear de media tensión de otros tipos de ensamble, por ejemplo un ensamble No Blindado. Un ensamble no blindado (frecuentemente asociado con equipo de baja tensión) encierra el equipo en estructuras verticales metálicas separadas. Sin embargo, los compartimientos no están separados entre ellos con barreras metálicas. El switchgear de media tensión de Eaton Cutler-Hammer es una construcción blindada. Todas las conexiones y bus principal están aislados en un ensamble de switchgear blindado de media tensión. Esto no es necesariamente el caso cuando se trata de otros tipos de ensambles. Esta es una característica propia de los ensambles de switchgear de media tensión. Página 5

6 Dónde se Utiliza? Ensamble de Switchgear de Media Tensión Los ensambles de switchgear de media tensión ofrecen un control centralizado y protección para equipos y circuitos de potencia de media tensión. Típicamente, se utilizan en instalaciones industriales, comerciales y en el caso de empresas de suministro de energía eléctrica. Una aplicación típica incluye generadores, motores, transformadores, circuitos de alimentación y líneas de transmisión o distribución. Ejemplo de Aplicación Veamos una aplicación típica. Haga referencia a la Figura 4. Se muestra una parte de un sistema eléctrico típico. (Cada componente en la ilustración ha sido abarcado en un módulo de capacitación en esta serie). El transformador de subestación, (1), reduce la tensión de 35 kv a 15 kv. Alimenta un interruptor de circuito de media tensión de 15 kv, A. Es el Interruptor de Circuito Principal de un ensamble de switchgear de media tensión, (2). Tres otros interruptores de circuito de media tensión en este ensamble, B, C y D, efectúan varias funciones. Para este ejemplo, vamos a considerar solamente el interruptor C. El interruptor de circuito C alimenta otro transformador, (3), que redece la tensión de 15 kv a 5 kv. Este interruptor de circuito se conoce como Interruptor de Circuito de Alimentador. A partir de este punto, un interruptor de media tensión, (4), y un arrancador de motor de media tensión, (5), se vuelven parte del sistema. La parte final de este sistema es un motor, (6). Este motor puede estar asociado con una operación de bombeo en una planta de tratamiento de agua, un proceso de montaje en una planta automotriz, o un proceso de fabricación en una planta textil. Las posibilidades son casi ilimitadas. Lo importante aquí es qué parte del ensamble de switchgear de media tensión desempeña una función de protección crítica para este motor. Figura 4. Ejemplo de Aplicación Página 6

7 En Campo Vea esta parte de un sistema simple de empresa de suministro de energía eléctrica y las tensiones indicadas en el sistema. Ensambles de Switchgear de Media Tensión Funcionando en un Sistema Simple de Empresa de Suministro de Energía Eléctrica Usted puede ver que los ensambles de switchgear de media tensión pueden desempeñar muchas funciones en todo el sistema. Página 7

8 Componentes Estructuras Verticales Veamos de más cerca las partes básicas que constituyen un ensamble de switchgear de media tensión. Recuerde que un ensamble consiste del número de estructuras verticales (secciones) necesarias para satisfacer las necesidades de una aplicación. Puede ser una estructura o muchas estructuras. Las estructuras verticales tienen habitualmente 26, 36 ó 42 pulgadas de ancho y de 90 a 100 pulgadas de alto. Están atornilladas juntas para formar un solo ensamble continuo, rígido. Las dimensiones exactas de la estructura vertical dependen de la clase de tensión y de requerimientos y especificación para la aplicación. Normalmente, la parte frontal de cada estructura tiene puertas metálicas abisagradas. El acceso desde la parte posterior se proporciona a través de paneles metálicos removibles, atornillados, o bien puertas abisagradas. El acceso desde la parte posterior es habitualmente un requerimiento de las especificaciones de equipo. Figura 5. Ensamble Típico de Switchgear de Media Tensión con La Puerta Abierta de un Compartimiento de Interruptor de Circuito Figura 6. Ensamble Típico de Switchgear de Media Tensión, Vista Posterior, con Varias Cubiertas Posteriores Removidas Tipos de Compartimientos Un ensamble de switchgear de media tensión es una combinación integrada de varios compartimientos. Los tipos de compartimiento incluyen: A. Compartimiento de Interruptor de Circuito B. Compartimiento de Bus Principal C. Compartimiento de Línea Página 8

9 D. Área de Compartimiento de Control (puertas disponibles para montaje de dispositivo) E. Compartimiento Auxiliar (según lo requerido) Figura 7. Estructura de Ensamble de Media Tensión con Un Compartimiento de Interruptor de Circuito Inferior y un Compartimiento Auxiliar Superior (Las líneas Gruesas son una Representación de las Barreras Internas) Compartimiento de Interruptor de Circuito Gabinete Recuerde que los diferentes compartimientos así como las diferentes estructuras verticales individuales están físicamente separados entre ellos por barreras metálicas. Ahora estudiaremos con mayores detalles cada compartimiento en las dos secciones siguientes. El interruptor de circuito removible (extraíble) es el corazón del switchgear. Cada interruptor de circuito se encuentra en su propio compartimiento, en donde lleva a cabo su función. En general, el Compartimiento de Interruptor de Circuito ofrece: un gabinete para el interruptor de circuito un dispositivo (Palanca) para introducir el interruptor de circuito en el compartimiento o removerlo de ahí un dispositivo para que el interruptor de circuito haga las conexiones eléctricas primarias y secundarias Interbloqueo de Seguridad correspondientes para interactuar con interbloqueos de interruptor de circuito Rieles de Extensión para soportar el interruptor de circuito conforme es removido de su compartimiento. A continuación vamos a ver con mayores detalles cada uno de estos aditamentos. El compartimiento de interruptor de circuito incluye lados superior, de fondo, derecho e izquierdo, y porciones posteriores del compartimiento. Cuando el interruptor de circuito es colocado en su posición de CONEXIÓN, la placa del interruptor de circuito actúa como parte frontal del compartimiento (Figura 8). Página 9

10 Figura 8. Interruptor de Circuito Colocado Manualmente en Posición de Conexión En esta posición, las partes de operación y portadoras de corriente del interruptor de circuito son compartimentalizadas del resto de la estructura del ensamble (Figura 9). Figura 9. Interruptor de Circuito mostrado conectado en su Compartimiento con la Placa de Interruptor de Circuito formando la Parte Frontal del Compartimiento Conexiones Eléctricas Primarias Los interruptores de circuito tienen seis conexiones eléctricas primarias: tres de línea y tres de carga. El compartimiento proporciona seis conexiones primarias estacionarias correspondientes. Cuando las conexiones primarias de interruptor de circuito se acoplan con las conexiones primarias del compartimiento, el interruptor de circuito está unido eléctricamente al sistema de aplicación. Esta conexión se efectúa automáticamente conforme el interruptor de circuito es colocado en la posición de CONEXIÓN dentro del compartimiento de interruptor de circuito. Conforme el interruptor de circuito es removido del compartimiento, la conexión primaria se desconecta automáticamente. Habitualmente, el interruptor de circuito efectúa la conexión primaria empleando Grupos de Contactos (Figura 10). Un grupo de contactos es una configuración de conductores cargados con resorte, frecuentemente fabricados de cobre recubierto con plata. Página 10

11 Figura 10. Vista Posterior de un Interruptor de Circuito que Muestra Seis Grupos de Contactos Primarios Cuando el interruptor se encuentra en la posición de CONEXIÓN, sus grupos de contactos enganchan los conductores primarios estacionarios del compartimiento. Los conductores primarios del compartimiento son habitualmente barras o varillas sólidas de cobre revestido con plata (Figura 11). La forma depende del diseño del grupo de contactos. Figura 11. Vista Interna del Compartimiento de Interruptor de Circuito, que muestra Seis Conexiones Primarias Estacionarias en forma de Barras dentro de Aisladores Individuales en Forma de Botella Cuando el interruptor de circuito es removido de la posición de CONEXIÓN, los conductores primarios fijos del compartimiento son automáticamente cubiertos para evitar el contacto con las partes que llevan corriente primaria viva. Esta característica de seguridad puede observarse cuando el interruptor de circuito está removido de su compartimiento. El dispositivo utilizado por el compartimiento para cubrir las partes primarias se conoce generalmente como un Sistema de Obturador Automático. Los obturadores son cerrados mecánicamente conforme el interruptor de circuito abandona la posición de CONEXIÓN y son abiertos mecánicamente conforme ingresan a la posición de CONEXIÓN. La Figura 11 muestra la parte interna del compartimiento con los obturadores removidos para mostrar claramente las conexiones primarias. En realidad, la parte interna del compartimiento tendría la apariencia mostrada en la Figura 12 cuando el interruptor de circuito es removido. Los obturadores de protección están cerrados y las conexiones primarias estacionarias no visibles ni accesibles. Página 11

12 Figura 12. Vista Interna del Compartimiento de Interruptor de Circuito con Obturadores Protectores Cerrados sobre Conexiones Primarias Estacionarias Conexiones Eléctricas Secundarias Un ensamble de switchgear, y muchos de los dispositivos que constituyen un ensamble de switchgear, requiere de energía de control secundaria para operar. Por ejemplo, el motor de carga del interruptor de circuito requiere de una fuente de energía de control para operar. Cuando el interruptor de circuito es colocado en la posición de CONEXIÓN, un conector de contacto secundario engancha automáticamente un conector secundario compatible montado en el compartimiento de interruptor de circuito. La energía de control es proporcionada al motor de carga y a otros dispositivos, según como se lleva a cabo el alambrado. Cuando el interruptor de circuito es removido de la posición de CONEXIÓN, los contactos secundarios se desenganchan automáticamente. Los conectores de contactos secundarios pueden ser enganchados manualmente cuando el interruptor de circuito se encuentra en la posición de PRUEBA dentro de su compartimiento (Figura 13). Esto significa que el interruptor de circuito puede ser probado con seguridad sin preocupación en cuanto a las conexiones primarias. Figura 13. Contactos Secundarios Enganchados Manualmente con Interruptor de Circuito en Posición de Prueba El conector secundario es frecuentemente montado en la parte inferior del interruptor de circuito, con el conector secundario de compartimiento montado en el piso del compartimiento (Figura 14). Página 12

13 Figura 14. Conector de Control Secundario montado en el Piso del Compartimiento de Interruptor de Circuito Interbloqueos de Seguridad Los interbloqueos de seguridad en el compartimiento interactúan con interbloqueos correspondientes en el interruptor de circuito. Esta serie de interbloqueos ayuda a asegurar una conexión segura y apropiada entre el interruptor de circuito y su compartimiento. Los estándares gubernamentales requieren de interbloqueo de seguridad, los cuales deben ser suministrados por todos los fabricantes. Varios diseños de interbloqueos diferentes están en uso común. Dos ejemplos de tales funciones de interbloqueo son: Evitar la inserción de un interruptor de circuito en un compartimiento con un valor nominal de energía eléctrica más elevado Disparar el interruptor automáticamente si los contactos principales del interruptor están cerrados cuando es transferido de la posición PRUEBA a la posición de CONEXIÓN. Página 13

14 Rieles de Extensión Desde la introducción de los interruptores de circuito en vacío de media tensión que permiten el apilado vertical de dos interruptores de circuito en una sola estructura, se esperaba rieles de extensión de compartimiento. Los rieles de extensión permiten que interruptores de circuito y otros dispositivos auxiliares tales como grandes transformadores removibles puedan ser retirados del compartimiento para inspección y mantenimiento (Figuras 15 y 16). La necesidad de levantar y/o desplazar el dispositivo hacia otra área ha sido significativamente reducido. Figura 15. Interruptor de Circuito en Vacío Retirado del Compartimiento en Rieles de Extensión Figura 16. Transformadores de Tensión Retirados de un Compartimiento Auxiliar en Rieles de Extensión Página 14

15 Repaso 1 Conteste las siguientes preguntas sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. Empiece la sección siguiente cuando esté seguro que entiende lo que ya ha leído. 1. El término media tensión se refiere a una tensión dentro de un rango de a. 2. En sus propias palabras, defina el término genérico switchgear. 3. Un ensamble de switchgear de media tensión puede consistir de hasta cinco tipos diferentes de compartimientos. El compartimiento de interruptor de circuito es uno de ellos. Nombre otros tres. 4. Las dimensiones exactas de la estructura vertical dependen del y para la aplicación. 5. El compartimiento de interruptor de circuito aloja el interruptor de circuito con numerosos aditamentos. Nombre tres de ellos. 6. El switchgear de media tensión es definido por su construcción. Página 15

16 Otros Compartimientos Compartimiento de Bus Principal El compartimiento de interruptor de circuito es el compartimiento más complejo de un ensamble de switchgear. Los demás compartimientos son menos complejos, pero muy importantes. Vamos a presentar la función de cada uno de ellos. El Compartimiento de Bus Principal es identificado como artículo B en la Figura 17. El bus principal mismo es un grupo de conductores eléctricos, habitualmente tres por grupo. Estos conductores aislados individualmente proporcionan múltiples conexiones en el sistema eléctrico. En ensambles de switchgear de media tensión, el bus principal toma habitualmente la forma de barras de cobre sólidas. Figura 17. Estructura Vertical en Vacío de Media Tensión con Dos Unidades (Vista Lateral) Las conexiones al bus principal dentro de una estructura vertical para interruptores de circuito (y otros dispositivos) se conocen como Juntas de Bus (Figura 18). Las juntas de bus deben también estar aisladas. Figura 18. Tres Barras Bus Principales Extendiéndose a Través de las Aberturas Aisladas en el Lado de la Estructura Vertical (Estructura Vertical Adyacente Removida para Claridad) El bus principal se extiende a lo largo del ensamble desde una estructura vertical a otra a través de aberturas aisladas en los lados de las estructuras verticales. Según la longitud del ensamble, las barras bus principales habitualmente no son de una pieza continua, sino de segmentos estándares atornillados entre ellos. El sistema de bus puede estar soportado y sujetado para resistir los esfuerzos creados por las corrientes de falla que pueden presentarse. Página 16

17 Barreras aislantes se utilizan dentro de cada estructura vertical para separar el bus principal de otros compartimientos y equipo. El acceso al bus principal se suministra mediante la remoción de barreras específicas (Figura 19). Figura 19. Vista Posterior del Ensamble Parcial con Barreras Removidas para mostrar Barras Bus Principales Aisladas Compartimiento de Línea Los conductores de bus principal son de un tamaño adecuado para manejar la corriente, mientras mantienen los requerimientos de temperatura establecidos por los estándares. En ensambles switchgear de media tensión, la corriente continua nominal del bus principal es habitualmente 1200, 2000 ó 3000 amperes, aún cuando valores nominales más elevados son posibles. El compartimiento de atrás es el Compartimiento de Línea. Se tiene acceso a dicho compartimiento a través de paneles posteriores removibles o puertas traseras. Se proporciona espacio en el compartimiento para terminaciones de línea (como por ejemplo conectores de cable) o bien otros dispositivos especiales. Los diseños de ensamblajes permiten habitualmente la entrada y/o salida de cables o bus desde la parte superior o desde la parte inferior del compartimiento. Otros dispositivos, como por ejemplo Disipadores de Sobretensiones y grandes transformadores de potencia de control pueden también estar montados en el compartimiento de línea. Con referencia de nuevo a la Figura 17, En este dibujo se muestran dos compartimientos de línea individuales en una estructura vertical de dos interruptores de circuito. Cuando existe solamente un interruptor de circuito en una estructura vertical, el compartimiento de línea abarca habitualmente desde abajo hasta arriba, proporcionando una cantidad importante de espacio (Figura 20). Página 17

18 Figura 20. Estructuras Doble Vertical de un Switchgear de Interruptor de Circuito, Paneles Posteriores Removidos (Vista Posterior) Cuando dos interruptores de circuito están apilados en la misma estructura vertical, se requieren de dos compartimientos de línea individuales (Figura 21). Figura 21. Una Estructura Vertical de Dos Interruptores de Circuito Apilados, Que Muestra Cómo el Cable para el Compartimiento Superior llega a Través del Compartimiento Inferior (Vista Posterior) Compartimiento de Control Un Bus de Tierra no aislado pasa a lo largo del ensamble, y se encuentra normalmente en la parte inferior del compartimiento de línea. Por razones de seguridad, el bus de tierra puede transportar la corriente de cortocircuito nominal de los interruptores de circuito instalados durante un cierto período de tiempo. El Compartimiento de Control se considera como el espacio entre la parte frontal del interruptor de circuito y las puertas delanteras del ensamble. Es en donde se montan habitualmente instrumentos, medidores, relevadores y otro equipo de control. Las puertas delanteras son utilizadas para el montaje del equipo de control, con la parte frontal del dispositivo viéndose cuando la puerta está cerrada. La parte posterior de los dispositivos montados en puerta sobresale en el espacio entre la puerta y la parte frontal del interruptor de circuito (Figura 22). Página 18

19 Figura 22. Compartimiento Típico de Interruptor de Circuito, con Dispositivos Montados en Puerta Sobresaliendo a través de la Puerta Con referencia de nuevo a la Figura 1 se muestra un ensamble de switchgear típico con un gran número de dispositivos montados en puerta frontal. Los dispositivos de control no se limitan al área mostrada. Se trata solamente del lugar preferido. Si existe un gran volumen de equipo de control, debe localizarse en un compartimiento dedicado. Esto se conoce como compartimiento auxiliar y se comentará más adelante. Página 19

20 Compartimiento Auxiliar Cuando se utiliza, un Compartimiento Auxiliar se localiza habitualmente arriba o abajo de un compartimiento de interruptor de circuito. Un compartimiento auxiliar podría ser toda una estructura vertical completa (sin interruptores de circuito en este compartimiento). Este enfoque se utiliza cuando se requiere en el ensamble de un volumen importante de equipo auxiliar, como por ejemplo transformadores grandes. Los compartimientos auxiliares son frecuentemente utilizados para montar Transformadores de Tensión removibles y Transformadores de Potencia de Control (Figura 23). Figura 23. Montaje de un Transformador en Compartimiento Auxiliar La Figura 24 ilustra como una estructura vertical entera puede ser utilizada para un gran número de dispositivos. Figura 24. Estructura Vertical Entera Dedicada a Equipos Auxiliares Página 20

21 Instalación Instalación en Interiores Los ensambles de switchgear de media tensión están instalados en una amplia variedad de ubicaciones en una amplia gama de condiciones. Desde la introducción del switchgear de vacío apilado, se ha incrementado significativamente el número de posibilidades de construcción. Esto proporciona a los clientes más y mejore soluciones a problemas de instalación complejos. Los lugares de instalación no son siempre ideales y los requerimientos de los sistemas eléctricos se han vuelto más sofisticados. Interruptores de circuito y dispositivos de control más pequeños y con mayor capacidad han ayudado a resolver estos problemas. Los dos tipos principales de instalación son: En interiores En exteriores A la fecha, hemos visto solamente los ensambles de switchgear de media tensión para instalación en interiores. De hecho, todos los ensambles de switchgear de media tensión empiezan como ensambles en interiores. Si el equipo debe ser instalado en exteriores y/o en condiciones ambientales adversas, se hacen modificaciones para satisfacer los requerimientos. De momento, vamos a considerar que el equipo es para instalación en interiores. Las condiciones tales como temperatura, humedad y limpieza son aceptables. Qué configuraciones de ensamble posibles existen para ayudar a utilizar el menor espacio de piso posible o resolver un problema relacionado con un lugar de instalación difícil? Veamos las configuraciones típicas utilizadas con ensambles de switchgear de media tensión. Recuerde que algunas configuraciones pueden no ser necesariamente posibles para todas las tensiones de sistema. Además, no todos los fabricantes ofrecen necesariamente las mismas configuraciones. La pregunta es la siguiente: Qué tamaño de interruptor de circuito y/o equipo auxiliar pueden apilarse en una estructura vertical, manteniendo los requisitos de temperatura? Para conocer la respuesta, véase la Figura 25. Figura 25. Configuraciones Típicas de Dos de Alto Página 21

22 Instalación en Exteriores Supongamos que se debe de instalar un ensamble de switchgear de media tensión en un lugar en donde no existe una ubicación conveniente en interiores, y no es razonable desde una perspectiva económica construir un cuarto techado. La solución es suministrar un equipo que puede ser utilizado en exteriores. Esto se logra típicamente mediante la fabricación de un ensamble de switchgear de tipo para interiores y la construcción de algún tipo de gabinete para exteriores alrededor de dicho ensamble. Existen tres enfoques primarios para lograr este objetivo: Switchgear Sin Pasillo para Exteriores Un Switchgear Sin Pasillo para Exteriores es básicamente el ensamble de un gabinete a prueba de la intemperie alrededor de un ensamble de switchgear para interiores (Figura 26). Habitualmente, las puertas a prueba de la intemperie se colocan en la parte frontal para permitir la remoción de los interruptores de circuito. Puertas o paneles removibles a prueba de la intemperie se proporcionan habitualmente para acceso desde la parte trasera. Se suministra también ventilación adicional, junto con calentadores para pequeño espacio con el objeto de minimizar la condensación de la humedad. Figura 26. Construcción Típica Sin Pasillo para Exteriores (Vista Lateral) Switchgear con Pasillo Cubierto El Switchgear Con Pasillo Cubierto utiliza un enfoque similar al enfoque utilizado en el switchgear sin pasillo. Un gabinete para exteriores se construye alrededor de un ensamble de switchgear para interiores. La diferencia esencial es que se construye un Pasillo como parte del gabinete en la parte frontal del ensamble.esto proporciona una operación y mantenimiento protegidos (Figura 27). En ambos extremos del pasillo se suministra normalmente puertas de acceso a prueba de la intemperie. Figura 27. Construcción Típica con Pasillo Protegido para Exteriores (Vista Lateral) Página 22

23 Cuando el ensamble es muy grande, puede ser dividido y colocado en ambos lados del pasillo. Las puertas del pasillo y el pasillo son comunes a ambos lados del ensamble de switchgear. Este enfoque de construcción se conoce como Switchgear Con Pasillo Común (Figura 28). Figura 28. Construcción Típica con Pasillo Común para Exteriores (Vista Lateral) Cuarto de Control para Exteriores Algunas instalaciones requieren de colocación de varios equipos en un lugar que no tiene un edificio. (Componentes tales como: switchgear, arrancadores de motor y centros de control de motor, para mencionar algunos ejemplos). El Cuarto de Control para Exteriores puede ser utilizado para proteger todos los equipos en un área confinada. Básicamente, este enfoque emplea versiones para interiores de todos los equipos y los coloca dentro de un alojamiento a prueba de la intemperie. Normalmente, la construcción se lleva a cabo en la planta del fabricante y después se lleva al sitio de instalación. Página 23

24 Estándares y Requisitos Estándares Regionales, Locales y Específicos para Clientes Un ensamble de switchgear de media tensión es diseñado, construido y probado de conformidad con un grupo o grupos de estándares específicos. Para participar globalmente, el equipo debe cumplir todos los estándares ANSI, IEEE, NEMA e IEC aplicables, según la región en donde se utiliza el equipo. A diferencia de un componente individual, que debe también cumplir ciertos estándares específicos, el fabricante debe saber y poder comprobar a través de pruebas que todos y cada uno de los componentes funcionan apropiadamente cuando están colocados en un ensamble. Esto es una tarea bastante compleja considerando el gran número de dispositivos y partes diferentes que pueden conformar un ensamble. Figura 29. Estándares Regionales Dominantes en el Mundo Las Pruebas son muy Extensas Prueba de Diseño y de Comprobación Además de estándares regionales, se le puede requerir frecuentemente a un ensamble que satisfaga estándares locales específicos. Pruebas muy específicas podrían ser requeridas para el equipo antes de autorizar su uso en ciertas áreas o aplicaciones. Dos aplicaciones de este tipo son equipos Calificados Sísmicamente y equipos Resistentes a Arcos. El diseño de los equipos resistentes a los arcos es dedicado al control de la seguridad y liberación de sobrepresiones relacionadas con el arco. Finalmente, un ensamble debe frecuentemente satisfacer requisitos muy específicos del cliente, tales como el tipo de alambre que se debe utilizar o el tipo de acabado aplicado al bastidor metálico. El diseño y la prueba de un ensamble de switchgear de media tensión varían según si se debe de cumplir con estándares ANSI o IEC. Independientemente del conjunto de estándares dominantes, los programas de prueba son muy extensos. No intentaremos abarcar los aspectos individuales de la prueba de ensambles aquí. Pero para ofrecer una idea de la magnitud del problema de las pruebas, presentaremos a continuación algunos de los requerimientos según ANSI. La prueba de diseño y de comprobación del ensamble es para demostrar el cumplimiento con los estándares ANSI aplicables e incluye, sin limitarse a estos ejemplos: Prueba de cortocircuito Prueba de BIL Prueba de dieléctrico Prueba de corriente continua Página 24

25 Prueba de Producción Prueba de vida mecánica Prueba térmica Prueba ambiental La prueba de producción de un ensamble se efectúa de conformidad con estándares ANSI específicos para el interruptor y el gabinete ensamblado individualmente. Estas pruebas de producción se conocen también como pruebas de rutina. Las pruebas de interruptor de circuito incluyen, sin limitarse a estos ejemplos: Verificación de valores nominales en placa Revisión del alambrado de control Prueba de aislamiento de alambrado de control Prueba de aislamiento de motor de carga Operación de interruptores, dispositivos de control, cerrojos e interbloqueos Operación de interruptor a tensiones de control mínima, máxima y nominal Pruebas de operación y resistencia de interruptor en vacío Resistencia de contacto de interruptor Pruebas de tiempo de cierre y abertura Pruebas de dieléctricos La prueba de gabinete ensamblado incluye, pero sin limitarse a estos ejemplos: Verificación de placa de componentes para aplicación compatible Pruebas de dieléctricos Prueba mecánica de todas las partes y dispositivos operacionales Verificación de la continuidad del alambrado de control Operación de todos los relevadores, instrumentos, medidores y otros dispositivos Pruebas de aislamiento de alambrado de control Pruebas de verificación de polaridad de transformador de instrumentos Pruebas de secuencia de operación, en caso aplicable Página 25

26 Ayuda al Cliente La preparación de una lista final de materiales para un ensamble de switchgear de media tensión completo es una tarea compleja. Requiere de una persona calificada para analizar los requerimientos de un sistema y repasar las especificaciones del cliente y diagramas de línea del sistema. Afortunadamente, una parte importante del trabajo ya ha sido efectuada cuando el fabricante establece que el equipo cumple con un cierto grupo de estándares aplicables. Esto da mucha información sobre el equipo. Asimismo, los clientes ofrecen normalmente especificaciones exactas y diagramas de línea que describen el equipo con detalles. Se hacen consideraciones al sistema y se determinan los valores nominales. Esta tarea requiere también de una persona con conocimientos sólidos en la materia. Pero, un ensamble de switchgear de media tensión no es un equipo que pueda ser seleccionado desde un escritorio. Es un producto construido sobre pedido con muchos detalles a tomar en cuenta y muchas selecciones que hacer. La selección de cada componente y dispositivo para efectuar la tarea, ser aceptable al cliente y cumplir con todos los estándares regionales y locales es una empresa bastante compleja. Cada detalle de los requerimientos eléctricos y mecánicos, hasta el acabado y composición de la estructura deben tomarse en cuenta. Entre mayores conocimientos tenga usted en materia de estándares ANSI y IEC, más valioso será usted para su cliente. Acostúmbrese a leer diagramas que describen un sistema. Ofrecen mucha información sobre el equipo eléctrico requerido, su funcionamiento y sus valores nominales. Página 26

27 Mini-Guía de Especificaciones El conocimiento de cierta información básica sobre un ensamble le ayudará a evitar preguntas adicionales y tiempo perdido. Por esta razón, una miniguía de especificaciones, que abarca ensambles de switchgear de media tensión se ofrece para que usted la repase. Utilícela como un simple marco cuando está usted comentando la posibilidad de un ensamble con su cliente. Consideraciones Generales Qué estándares generales son aplicables al equipo (es decir ANSI, IEC)? Aplican estándares locales especiales? Valores Nominales El switchgear opera en un sistema de kv, trifásico, de alambre, de Hz Cuáles son los valores nominales del interruptor de circuito de media tensión? Bus Principal De qué material será el bus principal y cómo será aislado? El bus principal tendrá un valor nominal de corriente continua de amperes. De qué material aislante serán los soportes de bus? Interruptor de Circuito Qué tipo de medio interruptivo debe utilizar el interruptor de circuito? La tensión de control para la operación del interruptor de circuito será volts CA (CD). Qué será la fuente de potencia de control? Dispositivo de Disparo Qué tipo de relevador protector se requiere? Tipo de relevador electromagnético o tipo basado en microprocesador de una sola unidad? Alambrado y Terminaciones Cuál es el tamaño y el tipo del alambrado secundario? Cómo debe terminar el alambrado secundario dentro del ensamble de switchgear? Cómo terminarán los cables entrantes dentro del ensamble de switchgear? Dispositivos Auxiliares Cuáles son los valores nominales de potencial (tensión) requerido y/o transformadores de potencia de control y cómo deben montarse (fijos o removibles)? Dispositivos Accesorios Otro que los accesorios estándares suministrados con el ensamble de switchgear como estándar, se requieren de algún accesorio especial? como por ejemplo: Dispositivo de levantamiento de interruptor de circuito portátil Página 27

28 Rampa para hacer rodar el interruptor de circuito en un compartimiento inferior Gabinete de prueba para probar los interruptores de circuito fuera del ensamble Carro para desplazar los interruptores de circuito fuera del ensamble Dispositivo de apalancamiento eléctrico Gabinete El ensamble es para construcción en interiores o en exteriores? Si es para construcción en exteriores, Qué tipo de construcción? Sin pasillo para exteriores Con pasillo cubierto para exteriores (o bien pasillo común) Cuarto de control para exteriores Acabado Se requieren de acabados, colores o procesos especiales? Prueba Se requiere de alguna prueba especial durante la producción o después de la instalación? Entorno Hay algo especial o inhabitual en cuanto al lugar o al ambiente en donde el equipo será instalado? Tome en cuenta los siguientes: Altura Humedad y temperatura Limpieza Espacio disponible y capacidad de soportar el peso del equipo, especialmente en interiores. Guarde en mente que dudas y asuntos de este tipo incrementarán su conocimiento de los ensambles de switchgear de media tensión. De esta forma usted podrá ayudar a sus clientes a tomar las decisiones más oportunas. Página 28

29 Repaso 2 Conteste las preguntas siguientes sin hacer referencia al material que se le acaba de presentar. 1. Los conductores de bus principal son de un tamaño adecuado para manejar el, mientras conservan el nominal establecido por los estándares. 2. En sus propias palabras, describa el donde se encuentran generalmente los controles en el ensamble de switchgear. 3. Existen tres enfoques primarios con relación a la instalación en exteriores de ensambles de switchgear. Nombre dos de estos enfoques. 4. El diseño y la prueba de comprobación según ANSI para un ensamble de switchgear incluyen muchos tipos de pruebas. Se mencionaron siete tipos, Nombre cuatro. 5. En un área en donde se requiere del cumplimiento de, se utilizan protectores suplementarios, limitadores de corriente y magnéticos hidráulicos. 6. Existen cuatro informaciones necesarias a obtener de un cliente para tratar de seleccionar un producto adecuado para una aplicación. Mencione tres de estas informaciones. Página 29

30 Glosario Pasillo ANSI Resistentes a Arcos Sistema de Obturador Automático Compartimiento Auxiliar Juntas de Bus Interruptor de Circuito Compartimiento de Interruptor de Circuito Switchgear Con Pasillo Común Corriente Continua Compartimiento de Control Parte de una instalación de switchgear de pasillo cubierto. Acceso conectado para varios gabinetes verticales en una instalación en exteriores. Se proporcionan normalmente puertas de acceso a prueba de la intemperie en ambos extremos del pasillo. American National Standards Institute [Instituto Nacional Norteamericano en Materia de Estándares]. Fue organizado para simplificar y estandarizar la producción y la construcción. Una certificación especial que debe tener un equipo para su uso en ciertas circunstancias. El diseño de un equipo resistente a arcos es delicado al control seguro y liberación de sobrepresiones relacionadas con arco. Una característica de seguridad de compartimiento de interruptor de circuito. Cuando el interruptor de circuito es removido de su compartimiento, los conductores primarios fijos en el compartimiento están automáticamente cubiertos para evitar el contacto con partes que llevan corriente primaria viva. Un compartimiento opcional en un ensamble de switchgear de media tensión, ubicado normalmente arriba o abajo de un compartimiento de interruptor de circuito. Se utiliza cuando existe un volumen importante de equipo auxiliar y/o de control en el ensamble. Las conexiones entre el bus principal y un interruptor de circuito (o bien otro dispositivo). Las justas de bus deben estar aisladas. Un dispositivo de protección contra sobrecorrientes reutilizable. Después del disparo para interrumpir el circuito, puede ser reinicializado para proteger el circuito otra vez. Un compartimiento en un ensamble de switchgear de media tensión que contiene y conecta eléctricamente uno o varios interruptores de circuito. Una solución de instalación para exteriores para ensambles muy grandes. Una variación del switchgear de pasillo cubierto, en donde estructures verticales se encuentran en ambos lados del pasillo. La cantidad de corriente que el interruptor puede llevar continuamente a 60 ciclos sin rebasar el límite de elevación de temperatura, de conformidad con las tablas de ANSI. El espacio entre la parte frontal del interruptor de circuito y las puertas delanteras del ensamble. Es en donde se montan habitualmente instrumentos, medidores, relevadores y otros equipos de control. Página 30

31 Transformadores de Potencia de Control Rieles de Extensión Interruptor de Circuito de Alimentador Un transformador que proporciona una fuente de tensión segura, razonablemente baja para relevadores, contactores y otros dispositivos. Una característica común del interruptor de circuito mismo. Permite que el interruptor de circuito se deslice fuera de su compartimiento fácilmente para inspección. Un dispositivo de protección contra sobrecorriente reutilizable diseñado para proteger un panel corriente abajo de un ensamble de switchgear de media tensión. Grupos de Contactos Una configuración de conductores cargados con resorte montados en el interruptor de circuito, frecuentemente fabricados de cobre revestido con plata. Cuando el interruptor de circuito es colocado en la posición de CONEXIÓN, sus grupos de contactos enganchan los conductores primarios estacionarios del compartimiento del interruptor de circuito para establecer una conexión eléctrica. Bus de Tierra IEC IEEE Palanca Compartimiento de Línea Bus Principal Compartimiento de Bus Principal Interruptor de Circuito Principal Un bus conectado a tierra que se encuentra a lo largo del ensamble y normalmente ubicado en la parte inferior del compartimiento de línea. Por razones de seguridad, el bus de tierra puede llevar la corriente de cortocircuito nominal de los interruptores de circuito instalados durante un cierto período de tiempo. Abreviatura de International Electro-technical Commission [Comisión Electro-Técnica Internacional]. Esta organización se relaciona con los equipos utilizados a nivel internacional. Institute of Electrical and Electronic Engineers [Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos]. Una organización profesional de científicos e ingenieros cuyo propósito es el desarrollo de la ingeniería. Un término para describir el acto de mover un interruptor de circuito de una posición a otra. Se proporciona espacio en este compartimiento para terminaciones de línea u otros dispositivos especiales. Diseños de ensamble permiten habitualmente la entrada y/o salida de cable o bus desde la parte superior o la parte inferior del compartimiento. Un grupo de conductores eléctricos, habitualmente tres por grupo. Estos conductores individualmente aislados ofrecen conexiones múltiples en el sistema eléctrico. En ensambles de switchgear de media tensión, el bus principal toma habitualmente la forma de barras de cobre sólidas. Un compartimiento en un ensamble de switchgear de media tensión a través del cual pasa el bus principal. Se conoce también como Interruptor Principal. Un dispositivo de protección contra sobrecorrientes reutilizable diseñado para proteger todo un ensamble de switchgear de media tensión. Página 31

32 Ensamble de Switchgear de Media Tensión Blindado No Blindado NEMA Switchgear Sin Pasillo para Exteriores Cuarto de Control para Exteriores Interbloqueo de Seguridad Calificados Sísmicamente SF 6 Switchgear Con Pasillo Cubierto Disipadores de Sobretensiones Switchgear Un ensamble integrado de interruptor de circuito removibles, separados, con un bus principal aislado, dispositivos de control asociados y equipo auxiliar diseñado para proporcionar protección de circuito de media tensión. El equipo en el ensamble es encerrado y separado por barreras metálicas en compartimientos individuales. Típicamente asociado con equipos de media tensión. El equipo en el ensamble es encerrado pero no necesariamente separado por barreras. Típicamente asociado con equipo de baja tensión. Abreviatura de National Electrical Manufacturers Association [Asociación Nacional de Fabricantes de Productos Eléctricos]. Una organización de fabricantes de productos eléctricos. Una solución para instalación en exteriores. Básicamente, en ensamble del gabinete a prueba de la intemperie alrededor de un ensamble de switchgear para interiores. Una solución para instalación en exteriores. Agrupa a todos los equipos en un alojamiento a prueba de la intemperie. Normalmente, la construcción se lleva a cabo en la planta del fabricante y se lleva después hacia el sitio de la instalación. Una característica tanto del compartimiento de interruptor de circuito como del interruptor de circuito mismo. Ayuda a asegurar una interconexión segura y apropiada entre el interruptor de circuito y su compartimiento. Los estándares oficiales requieren de interbloqueos y estos deben ser proporcionados por todos los fabricantes. Certificación especial que deben tener los equipos a utilizar en ciertas zonas propensas a los terremotos. Una tecnología de extinción de arco con uso de gas hexafluoruro de azufre. Una solución para instalación en exteriores. Un gabinete para exteriores es construido alrededor de un ensamble de switchgear para interiores con un pasillo construido como parte del recinto en la parte frontal del ensamble. Dispositivos que protegen el equipo contra sobretensiones. Un ensamble de dispositivos de conmutación e interrupción, junto con equipos de control, medición, protección y regulación. Página 32

33 Interruptor en Vacío Estructura Vertical Transformadores de Tensión Una tecnología de extinción de arcos. Presenta un par de contactos separables dentro de una envoltura en vacío. Puesto que el entorno dentro de la envoltura del interruptor es un vacío, un arco no puede sostenerse fácilmente. Un gabinete metálico para los demás componentes del switchgear. Un ensamble de switchgear puede consistir de prácticamente cualquier número de estructuras verticales adyacentes. También transformador de potencial. Transformador reductor que reduce la tensión suministrada a una tensión utilizable por los componentes de control tales como relevadores y medidores. Página 33

34 Respuestas del Repaso 1 Respuestas del Repaso volts, 38 kv 2. La respuesta debe decir básicamente: dispositivos de conmutación e interrupción, y ensambles de equipos de control, medición, protección y regulación, con las interconexiones y las estructuras de soporte asociadas. 3. Tres de los siguientes: Compartimiento de Bus Principal Compartimiento de Línea Área de Compartimiento de Control Compartimiento Auxiliar 4. clase de tensión, requerimientos de especificación 5. Tres de los siguientes: un gabinete para el interruptor de circuito dispositivo para introducir o remover el interruptor de circuito con relación al compartimiento un dispositivo para hacer conexiones eléctricas primarias y secundarias interbloqueo de seguridad rieles de extensión 6. blindado 1. corriente, requerimientos de temperatura 2. La respuesta debe decir básicamente: El espacio entre la parte frontal del interruptor de circuito y las puertas delanteras del ensamble se considera generalmente con el área de compartimiento de control. Dispositivos montados en puerta pueden observarse con la puerta cerrada. Si existe un gran volumen de equipo de control, debe colocarse en un compartimiento auxiliar. 3. Dos de los siguientes: switchgear sin pasillo para exteriores switchgear con pasillo cubierto (o bien switchgear con pasillo común) cuarto de control para exteriores 4. Cuatro de los siguientes: Cortocircuito BIL Dieléctrico Corriente continua Vida mecánica Térmico Entorno Página 34