Introducción Estudios de sistemas de distribución aérea en todo el mundo han establecido que hasta el 95% de todas las fallas son de naturaleza temporal, con una duración de unos cuantos ciclos. Las causas típicas de estas fallas temporales son:
• Conductores barridos que se tocan por el viento.
• Descargas atmosféricas sobre el aislamiento.
• Aves, reptiles o animales pequeños que contactan entre una línea energizada y una parte conectada a tierra.
• Ramas de árboles que tocan o son barridas por el viento sobre las líneas energizadas.
Introducción Sobre la base de estas estadísticas y observaciones puede reconocerse fácilmente la necesidad de disponer de un equipo con la función de "apertura y recierre automático". Es decir, si al desconectar la línea, la falla es despejada, el recierre después de unos pocos ciclos será exitoso, debido a que la causa de la falla ha desaparecido. (al tratarse desde luego de una falla de naturaleza temporal); naturalmente la función de "apertura-recierre” debe ser efectuada automáticamente.
Definición de Términos
1. Disparo mínimo. Nivel de corriente a la cual el restaurador operará. Típicamente, 200% del rango de la bobina de disparo para restauradores con bobina serie.
2. Intervalo de recierre. El tiempo entre la apertura por falla y el siguiente recierre.
3. Operaciones para bloqueo. El número de veces que el restaurador abre sus contactos en respuesta a condiciones de sobre-corriente antes de bloquearse.
4. Tiempo de reseteo. a. Para restaurador hidráulico, un minuto por operación de disparo. b. Para restaurador con control electrónico o microprocesado el tiempo de reseteo empieza cuando los contactos cierran y la corriente está por debajo del valor mínimo de disparo.
5. Disparo Rápido. a. Para restaurador con bobina serie, es la curva “A”, que no tiene un retraso intencional. b. Para controles electrónicos o microprocesados, la característica de disparo rápido puede ser seleccionada de las curvas TCC. Es recomendado escoger una curva que dispare antes que el dispositivo aguas arriba (respaldo).
PRINCIPIOS DE OPERACIÓN
En un restaurador automático, sus contactos de interrupción monofásicos o trifásicos, están contenidos en un tanque con aceite como medio de aislamiento su apariencia se asemeja a un pequeño interruptor en aceite y puede ser conectado directamente a la línea sobre postes, crucetas, plataformas o instalado en una estructura en la subestación. Restaurador tipo 6H Restaurador tipo RV Restaurador tipo W Restaurador tipo KF Restaurador tipo KFE Restaurador tipo NOVA COMPONENTES PRINCIPALES
Con las variantes que cada modelo de restaurador pueda tener por su diseño particular, podemos identificar de manera general los siguientes componentes:
• Contactos móviles.
• Contacto fijos.
• Cámaras de extinción.
• Bobinas serie
• Tarjeta Electrónica de disparo de Tierra.
• Transformadores de Corriente externos o internos.
• Mecanismo.
• Boquillas.
• Caja de Control Electrónica.
Principio de Operación
La detección de fallas se realiza generalmente por bobinas colocadas en serie con la línea, alojadas en el interior del tanque del restaurador. Estas bobinas serie al censar una corriente superior a su capacidad de disparo, actúan sobre el mecanismo abriendo el restaurador, para el cierre se utilizan principalmente las siguientes formas, por medio de resortes que se cargan por la acción de apertura, bobina de potencial que utiliza la tensión de línea de lado fuente del equipo y mediante motor para la carga de un mecanismo.
Principio de Operación En algunos diseños la detección de fallas se realiza por medio de transformadores de corriente tipo boquilla, y a través de circuitos electrónicos se provee la señal de disparo y el pistillo de apertura es accionado por una pequeña bobina alimentada por una batería, la cual es continuamente cargada por la corriente de la línea. Fuentes de energía externas son requeridas solamente para la operación remota de algunos accesorios especiales. Los restauradores cuentan también con un dispositivo para apertura por falla a tierra, con excepción de los de pequeña capacidad, estos dispositivos de falla a tierra generalmente tienen una sensibilidad de 5 amperes.
La ventaja de los restauradores va mas allá de la simple detección y despeje automático de fallas y recierre, ya que cuenta con la característica de poder operar con diferentes curvas de tiempo-corriente dentro de una misma secuencia de operación, seleccionables. Lo anterior se ejemplifica para un determinado restaurador, que al detectar una falla dispara en pocos ciclos, este disparo rápido minimiza la probabilidad de cualquier daño en un sistema. Luego recerrará en 1 o 2 segundos, lo que significa una mínima interrupción del servicio. Después de 1, 2 o posiblemente 3 de estas operaciones rápidas, el restaurador automáticamente cambia a una operación de disparo lento. La combinación de las operaciones rápidas y lentas permite la adecuada coordinación con otros dispositivos de protección. Restauradores Características t-i y secuencia de operaciones Los restauradores cuentan con curvas características de tiempo-corriente del tipo definido e inverso.
La curva característica definida, significa que el tiempo de operación es independiente a la magnitud de la corriente de falla, es decir que para cualquier nivel de falla opera en el tiempo seleccionado.
Para la curva característica inversa, el tiempo de eliminación varia dependiendo de la magnitud de la corriente de falla, y puede haber distintas demoras, por ejemplo la curva "C" tiene mas demora que la curva "B".
Las curvas empleadas normalmente en los restauradores se muestran en la siguiente gráfica y corresponden a: Curva “A”, rápida Curva “B”, lenta Curva “C”, muy lenta Actualmente para el caso de restauradores con control microprocesado la variedad de curvas es prácticamente ilimitada para el mismo equipo.
Con respecto a la secuencia de operación el restaurador puede ajustarse para abrir 2, 3, o 4 veces antes de la apertura definitiva. Además el restaurador puede modificarse para proveer todas las operaciones rápidas, todas las operaciones demoradas o cualquier combinación de operaciones rápidas seguidas por demoradas. Sin embargo en todos los casos de operaciones rápidas, si las hay, ocurren primero seguidas de las demoradas, hasta llegar a la cantidad seleccionada de operaciones para la apertura definitiva (bloqueo).
Por ejemplo para una secuencia 2A-2B, significa que el restaurador efectuara 2 operaciones rápidas con su curva "A" y dos operaciones lentas con su curva "B" y luego queda abierto. De la misma manera se pueden seleccionar 1A-3B, 3A-1B, 0A-4B, según la conveniencia para coordinar con otros dispositivos de protección de la red. Las secuencias señaladas corresponden a un ajuste de 4 operaciones, siendo factible también, el poder disponer de ajustes con 3, 2 o incluso 1 operaciones; con las correspondientes combinaciones de curvas rápidas y/o lentas. Tipos de restauradores
Los restauradores automáticos de distribución que actualmente se encuentran en operación pueden clasificarse de la siguiente manera:
• Por el numero de fases: Trifásicos y monofásicos
• Por el medio de interrupción: Aceite y vacío.
• Por el medio aislante: Aceite, SF6 y sólido.
• Por el tipo de control: Hidráulico, electrónico y microprocesado. Existen varios tipos de restauradores que combinan los diferentes medios de aislamiento, medios de interrupción de corriente y funciones de control, los cuales se describen a continuación. Restaurador monofásico tipo 4H Restaurador trifásico tipo W Restaurador con interruptor en aceite
Una interrupción rápida del arco es lograda mediante el arreglo de dos contactos tipo puente para interrumpir la corriente los cuales se encuentran conectados en serie para cada fase. El contacto móvil tipo bayoneta están formados de una aleación de tungsteno con chapeado de plata para dar resistencia a la erosión y buena conductividad. El contacto fijo es un ensamble de dedos de contactos con chapa de plata. La interrupción de la corriente es realizada mediante la cámara de arqueo la cual cuenta con una serie de respiraderos. Cuando el contacto es abierto, el arco genera gases a presión dentro de la cámara de arqueo y en la parte superior de esta se produce una ráfaga de aceite sobre el arco y a través de los respiraderos. Esto da como resultado la extinción rápida del arco y los niveles de energía de este no se incrementan tan rápido en presencia de altas corrientes de falla. Restaurador con interrupción en vació
Para este tipo de restauradores, el aceite no esta implicado en el proceso de interrupción de corriente por lo que su mantenimiento es mínimo ya que el aceite no se contamina, una cámara al vacío sellada es empleada y toda la interrupción tiene lugar dentro de esa cámara, la cual cuenta con contactos planos uno de ellos estacionario y el otro móvil, el movimiento del contacto dentro de la cámara al vacío es realizado empleando un fuelle entre el contacto móvil y la carcaza de la cámara de vacío, el fuelle también mantiene el vacío dentro de la carcaza. Restauradores con control Hidráulico
Este restaurador utiliza el mismo aceite para la interrupción de corriente, el aislamiento de las partes energizadas a tierra, el recuento y temporización del corte y operación de recierre. Operación de disparo rápido (curva "A").
Ocurre cuando una corriente superior al 200% de la capacidad de corriente nominal de la bobina solenoide fluye a través de la misma, el émbolo es tirado hacia abajo en la bobina, abriendo los contactos del restaurador y operando el mecanismo hidráulico. En la primera operación del restaurador la mayor parte del aceite desplazado por el émbolo es eliminado libremente a través del orificio de escape. Esto se conoce como la operación rápida, de manera que no hay retraso en el movimiento del émbolo y por lo tanto ninguna demora de temporización en la apertura de los contactos. Esta operación "rápida" o "curva A" es la operación mas rápida mecánicamente posible con cada tipo particular de restaurador, teniendo una característica inversa de tiempo-corriente. Operación de recierre
Con la interrupción de circulación de corriente se desenergiza la bobina solenoide y los resortes operativos aplican fuerza al émbolo para volverlo a su posición inicial y también para cerrar los contactos del restaurador, el intervalo de recierre es determinado por el tiempo requerido para que el émbolo se eleve y para que el aceite retorne al espacio dentro de la bobina solenoide, este flujo de aceite es controlado por un orificio en la válvula corrediza, que ha vuelto a su posición original y cerrado el orificio de escape y el de temporización. Este lento flujo de aceite retrasa el retorno del émbolo y retarda el cierre de los contactos, aproximadamente 2 segundos. Operación de disparo retardado (curva "B").
Si la falla sigue existiendo después del segundo disparo y recierre, la bobina solenoide llevara nuevamente el émbolo hacia abajo o el aceite es nuevamente desplazado en la cámara debajo de la válvula corrediza, elevando esta ultima, pero el aceite no puede fluir mas a través del orificio de escape porque el pistón de disparo lo esta cambiando. Por lo tanto el aceite debe fluir a través del orificio de temporización, por lo que esto retarda el movimiento hacia abajo del émbolo y demora la apertura de los contactos, en fallas de alta corriente, que producen mayor fuerza magnética sobre el émbolo y mayor presión en la cámara de la válvula corrediza, una válvula de control de alta corriente cargada al resorte, provee una salida adicional de aceite para obtener la característica deseada de tiempo corriente Bloqueo del restaurador
Si la falla persiste, cuando los contactos cierran después de la primera interrupción, el restaurador dispara y cierra de manera similar. Si el restaurador esta programado para realizar dos operaciones rápidas y dos lentas, como es lo mas común. Restaurador con sistema de control electrónico
En lugar de bombas y pistones usados en el control hidráulico, el control electrónico consiste en circuitos impresos que usan componentes estáticos. Restaurador con sistema de control electrónico
Las corrientes de falla, son detectadas por tres transformadores de corriente colocados internamente a la salida de las terminales del restaurador, con una relación de 1000/1, la salida de los TC's. Es transmitida a la red de disparo mínimo de fase o tierra, por intermedio de los resistores de corte mínimo, transformadores de aislamiento y circuitos rectificadores. La temporización a lo largo de las curvas características seleccionadas, comienza cuando la corriente a través de los circuitos de detección de nivel de corte mínimo excede un nivel especifico, los valores reales de disparo mínimo en términos de corriente de línea están ubicados en cartuchos de resistencia. Después del primer intervalo de recierre otra señal es enviada al dispositivo de recierre en el restaurador para cerrar los contactos y probar la línea, si la falla persiste, una segunda operación de disparo tiene lugar, seguida de una segunda operación de recierre, el restaurador opera hasta 4 veces antes de abrir permanentemente. Restaurador con sistema de control microprocesado
La detección de corriente se efectúa por medio de tres ransformadores de corriente ubicados en el restaurador que se conectan al control del restaurador por medio del cable de control. Este cable también suministra la fuente a las funciones de disparo, cierre y estado del restaurador y se conecta al módulo de interfaz del restaurador (RIF) para proporcionar mejor aislamiento y un funcionamiento más confiable.
La corriente de línea que fluye a través del restaurador es transformada por el módulo de la CPU en una señal digital adecuada para las funciones de medición y el cálculo de corrientes de falla. Cuando la corriente de fase o de tierra es mayor que su valor mínimo programado de disparo y el correspondiente intervalo de temporización de su curva de tiempo-corriente (TCC), el control inicia la secuencia programada de operaciones de disparo y reconexión del restaurador por medio de los módulos de CPU y de RIF.
Si la falla es temporal, el control cesa de iniciar operaciones del restaurador después de cerrarlo exitosamente y el control se reposiciona al inicio de su secuencia de trabajo después de pasado un retardo determinado. Si la falla es permanente, el control ejecuta la secuencia completa de comandos emitidos al restaurador y bloquea a éste último abierto. Una vez bloqueado el control, éste debe cerrarse por medio de los botones del tablero del operador o de una orden recibida por los circuitos de comunicaciones SCADA. Esto reposiciona el control al inicio de la secuencia de funcionamiento. Instalación y Aplicación
La ubicación de restauradores dentro del sistema de distribución debe cumplir con los siguientes requisitos:
• El equipo de protección contra sobrecorriente es para mejorar la Continuidad del servicio, no para evitar el mantenimiento a las líneas.
• Antes de instalar el equipo se le deben realizar pruebas de operación en el Departamento de Distribución, donde se calibraran los ajustes del equipo en base al estudio de coordinación de protecciones.
• Preferentemente estos equipos se deben instalar únicamente en líneas radiales.
• Todos los restauradores deben tener un medio de desconexion visible (cuchillas unipolares solidas o cortacircuto fusible "puenteado"), que se deben abrir en caso de alguna libranza para tener la seguridad de que no exista potencial en la linea. Para abrir estas cuchillas siempre se debe utilizar rompecarga, independientemente que el restaurador marque "abierto“.
• Recuerde que estos equipos tienen lado fuente y lado carga
• El restaurador no protege el ramal, protege a las demás líneas aislando las fallas del ramal donde se instale.
• Normalmente no se deben utilizar restauradores de mas de 100 a.
• Evitar exceder la capacidad interruptiva del equipo, por lo que se recomienda observar la siguiente tabla:
• Ubicar el punto donde se instalara el restaurador, coordinándose con equipo de respaldo. Principalmente en origen de ramales.
• Definir las características de operación – tensión ( kV ) – numero de fases – capacidad interruptiva (amperes simétricos) – selección del valor de corriente para la bobina serie (a) – selección de valor de corriente para la bobina de disparo a tierra. – medio interruptivo (aceite, vacío, sf6) – tipo de control (hidráulico o microprocesado) – selección de curvas de operación (fase y tierra)
• La capacidad de la bobina debe de seleccionarse de acuerdo a las siguientes características del punto donde se instalara y debe de cumplirlos:
• La carga que normalmente no deberá de exceder el 80% de la bobina serie.
• Debe de tomarse en cuenta para la selección de la bobina serie la carga extraordinaria que pasara por el caso de enlaces de ramales o troncales del mismo o de otros circuitos.
• La bobina serie y el equipo debe de soportar el nivel de cortocircuito monofásico y trifásico de donde se vaya a instalar.
• El restaurador se justifica si pasa por el como mínimo 25 amperes de carga o si el ramal tiene mas de 5 km.