Buenas prácticas de operación para interruptores y contactores de equipos de conmutación
Buenas prácticas de operación para interruptores y contactores de equipos de conmutación
Operación de LV/MV
Equipos de conmutación
El objetivo de esta guía es ofrecer prácticas recomendadas para la operación e inspección de interruptores extraíbles y contactores de equipos de conmutación de media tensión (2 - 13.8 kV) y baja tensión (200 - 480 V). Una operación bien regulada es de suma importancia para maximizar el rendimiento y el servicio del equipo de la planta, así como para garantizar un entorno de trabajo seguro para el personal de la planta.
Este artículo detalla las responsabilidades del personal de operación, junto con sus controles diarios e inspecciones de los equipos de conmutación. Además, se expondrán las mejores prácticas para la operación y protección de transformadores, motores, barras, cables, interruptores y contactores.
Inspecciones del operador
Es deber del personal de operación establecer y llevar a cabo inspecciones rutinarias regulares de todos los equipos de conmutación en la planta. Los interruptores, contactores y barras deben mantenerse limpios y secos para reducir el riesgo de fallos de aislamiento que puedan provocar explosiones e incendios. Generalmente, es aconsejable realizar inspecciones una vez al día.
A continuación, se presentan los elementos de inspección diaria recomendados para los equipos de conmutación:
Si se detectan anomalías durante el proceso de inspección mencionado, se deben emitir órdenes de trabajo de mantenimiento.
Se abordarán las prácticas para la protección contra sobrecorrientes y fallas a tierra de alimentadores, así como la protección contra sobrecorrientes de fuentes y conexiones, y otras prácticas cruciales relacionadas con transformadores. Además, se tratarán las transferencias de barras de equipos de conmutación y se explorarán los problemas que surgen durante la paralelización de dos fuentes de energía y en esquemas de transferencia de tiempo de conmutación.
Protección
Los relés de protección están coordinados de tal manera que solo aquellos interruptores o contactores que necesiten operar para aislar fallas se abrirán automáticamente. Esto permite que el mayor número de equipos permanezca en operación, minimizando el impacto en las unidades generadoras en línea. También proporciona una indicación de la ubicación de la falla eléctrica.
Las fallas eléctricas en transformadores, motores, barras, cables, interruptores y contactores suelen ser permanentes. Antes de reenergizar el equipo, debe realizarse una investigación exhaustiva de la operación de los relés de protección.
La magnitud de las corrientes de cortocircuito eléctrico generalmente oscila entre 15,000 y 45,000 amperios, dependiendo del tamaño y la impedancia del transformador de fuente.
Protección a tierra de alimentadores de carga
Diseños que limitan la corriente de falla a tierra (generalmente alrededor de 1000 amperios) utilizan relés de tierra separados que se activarán solo para fallas a tierra. Estos relés se disparan con muy cortos tiempos de retardo para aislar los alimentadores a tierra antes de que los relés de tierra de los interruptores de fuente o conexión puedan operar.
Protección contra sobrecorrientes de fuente y conexión
Los interruptores de fuente y conexión no están equipados con elementos de disparo instantáneo. En cambio, confían en tiempos de retardo para coordinar las respuestas a las fallas con las barras y cargas aguas abajo.
Generalmente, estos relés se ajustan según los niveles máximos de cortocircuito trifásico, con un tiempo de operación que varía de 0.4 a 0.8 segundos.
Normalmente, estos relés tienen una característica de tiempo inverso. Es decir, los niveles de corriente más bajos resultarán en tiempos de retardo proporcionalmente más largos para todos los relés. Específicamente, el interruptor de conexión conectado a otra barra está configurado para operar aproximadamente en 0.4 segundos, mientras que el interruptor de baja tensión del transformador de fuente está configurado para operar en alrededor de 0.8 segundos.
Protección contra sobrecorrientes de alta tensión del transformador de fuente
Los relés de sobrecorriente en el lado de alta tensión del transformador de fuente generalmente están configurados para operar aproximadamente 1.2 segundos después de que ocurra un cortocircuito trifásico máximo en el lado de baja tensión. Este tiempo de retardo permite una coordinación adecuada con los relés de sobrecorriente en el lado de baja tensión o secundario.
Estos relés generalmente tienen una característica de tiempo inverso, lo que significa que los niveles de corriente más bajos resultan en tiempos de operación más largos. Los relés de sobrecorriente del lado de alta tensión del transformador de fuente asumen que puede ocurrir una falla en el transformador mismo, en las barras de conexión de baja tensión o en los cables, o en el interruptor de baja tensión. Se dispararán todos los equipos necesarios para aislar la falla.
Para los interruptores automáticos de transferencia unitizados (UAT), que generalmente están equipados con protección diferencial, los relés de sobrecorriente del lado de alta tensión también pueden causar que el conjunto y el transformador principal de elevación se desconecten completamente. Además, si el interruptor de baja tensión no logra interrumpir una falla, los relés de sobrecorriente del lado de alta tensión proporcionan protección contra el bloqueo del interruptor.
Protección residual a tierra de fuente y conexión
Para diseños que limitan la corriente de falla a tierra (generalmente alrededor de 1000 amperios), se utilizan relés de tierra separados, que se activan solo en caso de una falla a tierra. Los relés de tierra de los interruptores de fuente y conexión no están equipados con elementos de disparo instantáneo. En cambio, confían en tiempos de retardo para coordinar las respuestas a las fallas con las barras y cargas aguas abajo. Generalmente, estos relés se ajustan según los niveles máximos de corriente de falla a tierra, con un tiempo de operación que varía de 0.7 a 1.1 segundos.
Normalmente, estos relés exhiben una característica de tiempo inverso. Es decir, los niveles de corriente más bajos resultan en tiempos de retardo proporcionalmente más largos para todos los relés. Específicamente, el interruptor de conexión conectado a otra barra está configurado para operar aproximadamente en 0.7 segundos para fallas a tierra del 100%, mientras que el interruptor de baja tensión del transformador de fuente está configurado para operar en alrededor de 1.1 segundos.
Protección a tierra neutral del transformador de fuente
En esquemas de diseño destinados a limitar la corriente de falla a tierra (generalmente alrededor de 1000 amperios), se emplean relés de tierra dedicados. Estos relés están específicamente diseñados para detectar con precisión la corriente de tierra que fluye a través del punto neutro del transformador. Son altamente selectivos y solo se activarán cuando ocurra una falla a tierra.
Normalmente, el relé de tierra neutral del transformador de fuente está configurado para operar aproximadamente 1.5 segundos después de la falla a tierra más severa. Esta configuración de tiempo de retardo es crucial, ya que asegura que el relé pueda coordinarse bien con los relés de tierra de los interruptores de fuente y conexión.
El relé de tierra neutral tiene una misión crucial. Su función principal es aislar las fallas a tierra que ocurren en el lado de baja tensión (es decir, el lado secundario) del transformador de fuente. Las ubicaciones potenciales de fallas incluyen los devanados de baja tensión del transformador, los interruptores de baja tensión y las barras y cables que los conectan. Más importante aún, también sirve como protección de respaldo. En caso de que el interruptor de baja tensión no funcione correctamente ante una falla a tierra, el relé de tierra neutral intervendrá rápidamente para cortar el circuito defectuoso, asegurando así la operación segura y estable del sistema de potencia.
Esquemas de alarma solo a tierra
Los esquemas de alarma solo a tierra limitan la corriente de falla a tierra a solo unos pocos amperios. Los valores típicos son 1.1 amperios para sistemas de 480 voltios y 3.4 amperios para sistemas de 4 kV. Para transformadores de fuente conectados en estrella, el punto neutro generalmente se conecta a tierra a través de un transformador de aterrizaje. Para transformadores de fuente conectados en delta, la corriente de falla a tierra generalmente se suministra mediante tres transformadores, que están conectados en una configuración estrellada a tierra en el lado primario y en una configuración delta abierta en el lado secundario.
En ambos escenarios, se instalan relés de voltaje en los lados secundarios de los transformadores de aterrizaje para alertar sobre condiciones de falla a tierra. En el caso de transformadores de fuente conectados en delta, la fusión de los fusibles primarios de los transformadores detectores de tierra también puede desencadenar una alarma.
Ambos esquemas de relés emiten alarmas (generalmente con una sensibilidad del 10% o superior) para todo el equipo conectado a tierra dentro de un sistema eléctrico específico. Esto incluye los devanados de baja tensión o secundarios del transformador de fuente, así como todas las barras, cables, interruptores, transformadores de potencial y cargas conectados.
Transferencias de barras de equipos de conmutación
Paralelización de dos fuentes
La paralelización de dos fuentes de energía diferentes es el enfoque preferido para cambiar de una fuente a otra. Este método no impone estrés en los motores, asegura una transición suave y no representa amenaza para el equipo en funcionamiento. Sin embargo, en muchos diseños, la corriente de cortocircuito generada durante el proceso de paralelización supera la capacidad de interrupción de los interruptores de alimentación.
Los interruptores de fuente y conexión no se ven afectados, pero los interruptores de alimentación pueden no lograr eliminar las fallas cercanas y podrían incluso dañarse en el proceso. Por lo tanto, la duración de la paralelización debe minimizarse (alrededor de unos pocos segundos) para reducir el tiempo de exposición y la probabilidad de fallas en los alimentadores.
Generalmente, este problema es más pronunciado cuando una unidad generadora suministra energía a un sistema mientras que el transformador de reserva o arranque se alimenta de un sistema diferente. Reducir la salida de potencia del generador suele acercar los ángulos de fase, ya que el ángulo de potencia del generador disminuye con la carga reducida.
Transferencias de desconexión-conexión
Las transferencias de desconexión-conexión, también conocidas como esquemas de transferencia de tiempo de conmutación, pueden dañar los motores. Si el nuevo interruptor de fuente no se cierra después de que el interruptor de fuente anterior se abre, puede causar que una unidad en funcionamiento se apague o que un proceso en operación se interrumpa. Cuando una barra pierde energía, los motores conectados actúan como generadores y suministran un voltaje residual a la barra.
Este voltaje residual generalmente decae en aproximadamente un segundo.
Sin embargo, las transferencias de desconexión-conexión ocurren mucho más rápido que un segundo, y el voltaje residual puede combinarse con el voltaje de la nueva fuente. Si la suma vectorial de estos dos voltajes excede el 133% del voltaje nominal del motor, la transferencia puede reducir la vida útil de los motores involucrados.
Esquemas de transferencia automática de barras
Los esquemas de transferencia automática de barras están generalmente diseñados para mitigar el estrés en los motores durante la transferencia y para coordinarse con los relés de falla. La coordinación con la prote
