Una Breve Discusión sobre los Problemas de Convertir Reclosers en Interruptores de Circuito al Vacío para Uso Exterior

La transformación de la red eléctrica rural juega un papel importante en la reducción de las tarifas de electricidad en zonas rurales y en la aceleración del desarrollo económico rural. Recientemente, el autor participó en el diseño de varios proyectos de pequeña escala para la transformación de redes eléctricas rurales o subestaciones convencionales. En las subestaciones de la red eléctrica rural, los sistemas convencionales de 10kV adoptan principalmente reconectadores automáticos al vacío de circuito externo de 10kV.

Para ahorrar en la inversión, se adoptó un esquema en la transformación que elimina la unidad de control del reconectador automático al vacío de circuito externo de 10kV y lo convierte en un interruptor de circuito al vacío externo. Esto plantea la cuestión de cómo modificar los circuitos de protección y control para integrarlos en un sistema de supervisión integrado basado en microordenador. Este problema y sus soluciones correspondientes se elaborarán más adelante.

1. Principios Básicos del Reconectador Automático Al Vacío de Circuito Externo de 10kV

El reconectador automático al vacío de circuito externo de 10kV integra funciones de conmutación, control, protección y monitoreo en una sola unidad. Es un dispositivo inteligente preferido para la automatización de la distribución, capaz de realizar operaciones de apertura y reconexión en líneas de corriente alterna según una secuencia preestablecida, y posteriormente reiniciar automáticamente o bloquearse. Cuenta con funciones de control y protección autónomas (que no requieren fuente de alimentación externa). Desde su introducción en China, ha sido ampliamente utilizado en redes de distribución urbanas y subestaciones rurales debido a sus ventajas únicas.

El reconectador automático al vacío de circuito externo de 10kV consta de dos partes: el cuerpo principal del reconectador y la unidad de control. Dependiendo del método de suministro de energía de control, la unidad de control generalmente viene en tres configuraciones:

• Usar CA 220V directamente como fuente de energía tanto para operar como para cerrar el controlador;

• Convertir CA 220V a CC regulada de 220V para la operación y cierre;

• Alimentar el controlador con una batería interna de litio.

El cuerpo del reconectador está equipado con transformadores de corriente (TC) tipo tubo para detectar la corriente de línea. Los valores medidos de cada fase se transmiten por separado al controlador. Al confirmar una corriente de fallo y después de un retardo preestablecido, el reconectador realiza automáticamente operaciones de apertura y reconexión según una secuencia predeterminada. Cuando ocurre un fallo transitorio en el sistema, la función de reconexión automática restaura automáticamente el suministro de energía.

Si el fallo es permanente, el reconectador opera según su secuencia preestablecida. Después de completar el número preestablecido de intentos de reconexión (generalmente tres), confirma el fallo como permanente. Un seccionador luego aísla la rama defectuosa, restaurando el suministro de energía a las secciones no defectuosas. Se requiere intervención manual para eliminar el fallo y restablecer el estado de bloqueo del reconectador para devolverlo a la operación normal. Cuando se utiliza en coordinación con seccionadores e interruptores de circuito seccionados, el reconectador elimina eficazmente los fallos transitorios y aísla las ubicaciones de fallos permanentes, minimizando tanto la duración de la interrupción como el área afectada.

2. Métodos de Modificación para la Unidad de Control del Reconectador Automático Al Vacío de Circuito Externo de 10kV

Para reducir los costos de inversión, implementamos un esquema en la transformación que elimina la unidad de control del reconectador automático al vacío de circuito externo de 10kV y reutiliza el dispositivo como un interruptor de circuito al vacío externo. Después de que la subestación adopta un sistema de automatización integrada, las funciones de protección y monitoreo del reconectador deben desactivarse. Sin embargo, las señales de corriente del cuerpo del reconectador y los circuitos de apertura/cierre del interruptor deben conectarse a la unidad de protección y monitoreo de 10kV del sistema de automatización integrada. Las modificaciones específicas son las siguientes:

Desactivar las funciones de protección y detección del reconectador desconectando el suministro de energía y los circuitos de salida del controlador en la caja terminal.

Las señales de corriente del cuerpo del reconectador generalmente se enrutan a través de la caja terminal del controlador a la unidad de protección y monitoreo de 10kV. El cableado desde la caja terminal al controlador original debe desconectarse para evitar circuitos parásitos. Alternativamente, el lado secundario de los TC en el cuerpo del reconectador puede conectarse directamente a la unidad de protección y monitoreo de 10kV.

La fuente de alimentación para la unidad de protección y monitoreo integrada de 10kV es generalmente CC 220V o 110V. Dadas las tres configuraciones originales de alimentación del controlador, los enfoques de modificación son los siguientes:

• Configuración original: CA 220V para energía de operación y cierre
  → Reemplazar el bobinado de apertura/cierre con una versión de CC 220V o 110V. Si el mecanismo utiliza un motor de carga de resorte que no es compatible con CA y CC, también debe reemplazarse.

• Configuración original: CA 220V convertida a CC regulada de 220V
  → Desconectar el suministro de energía desde el controlador a los circuitos de apertura/cierre y en su lugar alimentarlos directamente desde la unidad de protección y monitoreo integrada de 10kV. La fuente de alimentación de control de la subestación debe establecerse en CC 220V.

• Configuración original: Controlador alimentado por batería de litio interna
  → En este caso, el circuito de control generalmente usa DC 36V o 12V, mientras que los circuitos de apertura/cierre usan CA 220V. Durante la modificación, los bobinados de apertura/cierre deben reemplazarse. Los terminales del bobinado deben conectarse en serie con los contactos auxiliares del interruptor y dirigirse directamente a la caja terminal. Cualquier motor de carga de resorte que no esté calificado para CA y CC también debe reemplazarse.

Dado que la estructura del controlador es compacta, al seleccionar los bobinados de apertura/cierre y los motores de carga de resorte de reemplazo, se deben preferir productos con dimensiones idénticas a las originales. Es crucial que el nuevo cableado no tenga conexión alguna con los circuitos del controlador original para evitar bucles parásitos.

3. Conclusión

Durante la transformación de la red eléctrica rural, pueden surgir desafíos al adaptar equipos existentes para trabajar con nuevos sistemas de automatización. Sin embargo, siempre que se desarrollen soluciones apropiadas para estos problemas, se pueden lograr ahorros de costos mientras se cumplen los objetivos del proyecto.

Nota: Este enfoque de modernización fue relativamente común en las actualizaciones tempranas de redes rurales (por ejemplo, antes de 2010) o durante la eliminación de equipos heredados. En las redes eléctricas rurales actuales, se despliegan con mayor frecuencia dispositivos inteligentes nuevos o interruptores de circuito de vacío dedicados.