Diseño y Aplicación de Recierre de Alta Tensión: Centrándose en Sistemas de 20kV en Indonesia y Vietnam

1. Introducción

En la infraestructura moderna de redes eléctricas, los seccionadores de alta tensión desempeñan un papel crucial en mejorar la confiabilidad y eficiencia del suministro de energía. Esto es particularmente importante en regiones como Indonesia, que cuenta con una vasta y compleja red de distribución de energía que abarca numerosas islas, y Vietnam, con sus sistemas de energía costeros en desarrollo. El nivel de tensión de 20kV, que se encuentra dentro del rango de media-alta tensión, se adopta ampliamente en redes urbanas, suministro industrial de energía y ciertas líneas de transmisión de alta tensión debido a sus ventajas en la eficiencia de transmisión de energía y la rentabilidad.

2. Función y Significado de los Seccionadores de Alta Tensión

Un seccionador de alta tensión es un equipo de interruptores inteligente utilizado en la automatización de redes de distribución de energía. Tiene la capacidad "autónoma" de detectar corrientes de falla, interrumpirlas en un tiempo determinado y realizar un número especificado de recierres. Cuando ocurre una falla por cortocircuito en la línea, el seccionador opera para abrir y recerrar según una secuencia y intervalo de tiempo preestablecidos. En caso de una falla permanente, después de completar la secuencia de operación predeterminada y si el recierre falla, se bloqueará en el estado de circuito abierto, aislando la sección defectuosa. Una vez resuelta la falla, generalmente se requiere un reinicio manual para liberar el bloqueo. Para las fallas transitorias, las operaciones de apertura y cierre subsiguientes se detendrán tan pronto como cualquier recierre sea exitoso, y después de un cierto retraso, volverá al estado inicial establecido, preparándose para la próxima falla potencial.

En Indonesia, con su gran red eléctrica que cubre una amplia área, los seccionadores de alta tensión son esenciales para restaurar rápidamente el suministro de energía después de las fallas, reducir el tiempo de interrupción de energía y mejorar la confiabilidad general del suministro de energía. De manera similar, en las áreas costeras de Vietnam, donde factores ambientales como la humedad y la niebla salina pueden presentar desafíos para la red eléctrica, los seccionadores ayudan a mantener un suministro de energía estable.

3. Consideraciones de Diseño para Seccionadores de Alta Tensión de 20kV
3.1 Diseño de Rendimiento Eléctrico
3.1.1 Tensión y Corriente Nominales

Para los seccionadores de 20kV, la tensión nominal se diseña para ser 20kV para coincidir con el nivel de tensión de la red. La corriente nominal debe determinarse según la corriente de carga real en la sección de la red eléctrica donde se instala. En áreas industriales de Indonesia o Vietnam con equipos de alta potencia, puede ser necesario un seccionador de corriente nominal más alta para garantizar el funcionamiento normal bajo condiciones de carga pesada.

3.1.2 Capacidad de Interrupción de Fallas

El seccionador debe tener suficiente capacidad de interrupción de fallas para interrumpir corrientes de cortocircuito de gran magnitud. En un sistema de 20kV, las corrientes de cortocircuito pueden alcanzar varios kiloamperios. El diseño debe considerar los peores escenarios de cortocircuito en la red local, como cortocircuitos trifásicos cerca de la fuente de alimentación. Por ejemplo, en una red de distribución industrial típica de 20kV en Indonesia, la corriente de cortocircuito puede ser de alrededor de 20-30kA, por lo que el seccionador debe diseñarse para interrumpir estas corrientes de manera segura y confiable.

3.2 Diseño Mecánico
3.2.1 Mecanismo de Operación

El mecanismo de operación del seccionador debe ser altamente confiable y capaz de soportar operaciones frecuentes. Los mecanismos de operación de resorte o de imán permanente son comúnmente utilizados. En las duras condiciones ambientales de las áreas costeras de Vietnam, puede preferirse un mecanismo de operación de imán permanente bien sellado y resistente a la corrosión. Puede garantizar un funcionamiento estable incluso en presencia de niebla salina y alta humedad, reduciendo el riesgo de fallos mecánicos debido a la corrosión.

3.2.2 Sistema de Contactos

El sistema de contactos del seccionador es crucial para su rendimiento. Se seleccionan materiales de contacto de alta calidad con buena conductividad eléctrica y propiedades anti-arco. Para los seccionadores de 20kV, a menudo se utilizan aleaciones de cobre-tungsteno. El diseño de los contactos debe asegurar una buena presión de contacto para minimizar la resistencia de contacto y evitar el sobrecalentamiento durante el funcionamiento normal. Además, el sistema de contactos debe ser capaz de soportar los arcos de alta energía generados durante las operaciones de interrupción de fallas, con una larga vida útil.

3.3 Diseño de Aislamiento
3.3.1 Materiales de Aislamiento

En los seccionadores de 20kV, se seleccionan materiales de aislamiento adecuados según el entorno de operación. En el clima tropical de Indonesia con alta humedad, se utilizan ampliamente materiales con excelentes propiedades de aislamiento resistente a la humedad, como la resina epoxi. El aislamiento basado en resina epoxi puede prevenir eficazmente el fallo eléctrico causado por la absorción de humedad. En las áreas costeras de Vietnam, considerando el factor adicional de la niebla salina, se pueden aplicar revestimientos de aislamiento especiales resistentes a la sal para los materiales de aislamiento para mejorar aún más su rendimiento de aislamiento.

3.3.2 Estructura de Aislamiento

La estructura de aislamiento del seccionador se diseña para asegurar una distancia de aislamiento eléctrico suficiente y soportar la tensión nominal y las sobretensiones transitorias. Por ejemplo, el diseño del aislamiento entre las partes vivas y las partes a tierra debe cumplir con las normas internacionales y nacionales relevantes. En Indonesia, el diseño del seccionador debe cumplir con los requisitos de la norma SNI 04-0225, que especifica las distancias mínimas de aislamiento y los niveles de tensión soportables para equipos eléctricos de alta tensión.

4. Cumplimiento de Normas: IEC 60068-2-52 y SNI 04-0225
4.1 IEC 60068-2-52

La norma IEC 60068-2-52 es relevante para los seccionadores en términos de pruebas ambientales. En el contexto de las áreas costeras de Vietnam, los seccionadores deben cumplir con los requisitos de esta norma en cuanto a resistencia a la corrosión por niebla salina. Esta norma estipula métodos de prueba específicos y criterios de aceptación para equipos expuestos a ambientes de niebla salina. Por ejemplo, los seccionadores deben someterse a un período de pruebas de rociado de niebla salina, y después de la prueba, su rendimiento eléctrico y mecánico debe seguir cumpliendo con los requisitos especificados. El cumplimiento de esta norma asegura que los seccionadores puedan operar de manera confiable en el duro entorno costero de Vietnam.

4.2 SNI 04-0225

En Indonesia, la norma SNI 04-0225 es de gran importancia para equipos eléctricos de alta tensión, incluidos los seccionadores. Esta norma abarca aspectos como la seguridad eléctrica, los requisitos de aislamiento y el rendimiento mecánico. Los seccionadores diseñados para el mercado indonesio deben cumplir con los requisitos de prueba de resistencia a la tensión especificados en esta norma. Por ejemplo, el aislamiento del seccionador debe ser capaz de soportar las pruebas de tensión AC y DC especificadas sin romperse, garantizando la seguridad del personal y los equipos en la red eléctrica.

5. Requisitos Especiales para Seccionadores en Indonesia y Vietnam

5.1 Indonesia
5.1.1 Red Eléctrica Basada en Islas

La red eléctrica de Indonesia se caracteriza por su extensa expansión a través de numerosas islas. Los seccionadores deben diseñarse para facilitar la instalación y el mantenimiento en áreas insulares remotas. Se prefieren seccionadores de tamaño compacto con sistemas de operación y control autónomos. Estos seccionadores pueden transportarse fácilmente a las islas e instalarse en postes o en pequeñas subestaciones. Además, debido a la capacidad de suministro de energía a menudo limitada en algunas islas, los seccionadores deben poder operar eficientemente con fuentes de alimentación auxiliares de baja potencia.

5.1.2 Clima Tropical

El clima tropical de Indonesia, con altas temperaturas y humedad durante todo el año, plantea desafíos para el rendimiento de los seccionadores. El diseño del seccionador debe incorporar medidas efectivas de disipación de calor. Por ejemplo, utilizando materiales conductores de calor en la carcasa y diseñando canales de ventilación adecuados para prevenir el sobrecalentamiento de los componentes internos. Además, la selección de materiales debe considerar su resistencia a la corrosión inducida por la humedad para garantizar una larga vida útil.

5.2 Vietnam (Áreas Costeras)
5.2.1 Niebla Salina y Humedad

En las áreas costeras de Vietnam, la alta concentración de niebla salina en el aire y los altos niveles de humedad son preocupaciones importantes. Los seccionadores necesitan ser altamente resistentes a la corrosión por niebla salina. Como se mencionó anteriormente, el cumplimiento de normas como IEC 60068-2-52 ayuda en este sentido. Además de utilizar materiales resistentes a la corrosión, la carcasa del seccionador debe tener un alto nivel de protección, como una carcasa con clasificación IP68. Un seccionador con clasificación IP68 en las áreas costeras de Vietnam puede prevenir la entrada de agua salada y polvo, garantizando un funcionamiento confiable incluso en las condiciones costeras más duras.

5.2.2 Condiciones de Viento Fuerte y Tormentas

Las áreas costeras de Vietnam también son propensas a eventos de vientos fuertes y tormentas. Los seccionadores deben diseñarse para soportar vientos fuertes. Sus estructuras de instalación deben ser robustas, y la carcasa debe ser capaz de resistir el impacto de escombros voladores durante las tormentas. Por ejemplo, el seccionador puede instalarse en un poste robusto con cables de amarre adecuados, y la carcasa debe estar hecha de materiales resistentes al impacto.

6. Conclusión

El diseño de seccionadores de alta tensión para sistemas de 20kV en Indonesia y Vietnam, especialmente en las áreas costeras de Vietnam, requiere una consideración cuidadosa de diversos factores. Desde el rendimiento eléctrico y mecánico hasta el diseño de aislamiento, y el cumplimiento de normas internacionales y nacionales como IEC 60068-2-52 y SNI 04-0225. Cumplir con los requisitos específicos del medio ambiente y de la red eléctrica de estas regiones, como la red basada en islas y el clima tropical en Indonesia, y la niebla salina, humedad y condiciones de viento fuerte en las áreas costeras de Vietnam, es esencial para garantizar el funcionamiento confiable de la red eléctrica. Seccionadores bien diseñados pueden mejorar significativamente la confiabilidad del suministro de energía, reducir el tiempo de interrupción de energía y apoyar el desarrollo estable de la industria eléctrica en estas regiones. A medida que la demanda de energía en Indonesia y Vietnam continúa creciendo, la innovación continua y la mejora en el diseño de los seccionadores será crucial para enfrentar los desafíos futuros de la operación de la red eléctrica.