CONTEXTO OPERACIONAL INTERRUPTOR DE POTENCIA OHB36
Figura 1. Foto Interruptor de potencia
El interruptor de potencia OHB36 es un subsistema de la subestación de media tensión. Una subestación eléctrica es un conjunto de equipos utilizados para transferir el flujo de energía en un sistema de potencia, garantizar la seguridad del sistema por medio de dispositivos automáticos de protección y para redistribuir el flujo de energía a través de rutas alternas durante contingencias. Una subestación puede estar asociada con una central de generación, controlando directamente el flujo de potencia al sistema con transformadores de potencia, convirtiendo la tensión de suministro a niveles más altos o más bajos, o puede conectar diferentes rutas de flujo al mismo nivel de tensión por medio de una línea primaria de distribución que hace parte del sistema de transmisión y distribución de energía eléctrica de la empresa CHEC. CHEC está clasificada como una empresa de servicios públicos mixta, con autonomía administrativa, patrimonial y presupuestal, sometida al régimen general aplicable a las empresas de servicios públicos y a las normas especiales que rigen a las empresas del sector eléctrico. La empresa tiene por objeto la prestación de servicios públicos esenciales de energía, incluidos el servicio público domiciliario de energía eléctrica, mediante los negocios de Generación, Distribución y Comercialización. Además, la comercialización de toda clase de productos, bienes o servicios en beneficio o interés de los usuarios de los servicios públicos. El área de cobertura de CHEC abarca los departamentos de Caldas y Risaralda, exceptuando Pereira. En Caldas atiende 27 municipios y 15 corregimientos, en Risaralda, 13 municipios y 4 corregimientos. Cuenta con una infraestructura moderna
en subestaciones, líneas 115 KV, 33 KV, redes 13.2 KV, además 62 subestaciones automatizadas que garantizan la confiabilidad del servicio. CHEC en su área de cobertura se destaca por su responsabilidad social y ambiental, con programas en la comunidad de apoyo económico, apoyo en proyectos productivos e iluminación del campo, en el aspecto ambiental, con la recuperación del río Chinchiná y el uso eficiente de la energía en sus procesos. El interruptor se encuentra ubicado en la subestación Manizales en la línea ManizalesVillamaría a una altura de 2150 msnm., dicha línea tiene una longitud de 1713,8 mts y alimenta el transformador de 6 MVA 33/13.2 KV de la subestación Villamaría, es decir suministra energía a este municipio. La subestación esta encerrada con muros de 2,50 mts de altura y a la entrada cuenta con señalización de riesgo eléctrico con el fin de garantizar la seguridad del público en general y limitando la entrada de personal no autorizado.
Figura 2. Ubicación del interruptor dentro de la subestación Manizales y su conexión con Villamaría
El municipio de Villamaría cuenta con 35 veredas en la Villa de las Flores, 14 han alcanzado desarrollo urbanístico, tiene aproximadamente 50.000 habitantes, de los cuales 35.000 habitan la cabecera municipal y 15.000 el área rural convirtiéndose en centros poblados, es segundo municipio en la región con mayor extensión territorial y el tercero en desarrollo industrial. Las vías de acceso son por la vía Panamericana, tiene una temperatura promedio de 18 °C, posee 11 especies de peces, 28 mamíferos, 227 especies de aves, 15 especies de colibrís, 21 de reptiles y 33 de anfibios. En un sistema eléctrico se pueden presentar perturbaciones como cortocircuitos, sobrecargas o sobretensiones, son eventos que se presentan frecuentemente y generan corrientes muy elevadas en corto tiempo. Pueden ser originados por fallas
permanentes o temporales producidas por elementos sobre la red, descargas atmosféricas, animales, vegetación, etc. Debido a lo anterior se debe contar con elementos que protejan el sistema como es el caso de un interruptor de potencia dentro de una subestación.
Figura 3. Falla en una red eléctrica, fuente internet.
El interruptor de potencia es un dispositivo electromecánico que corta o establece la continuidad de un circuito eléctrico bajo carga ya sea en condiciones normales de operación o de falla. El equipo opera a una tensión de 33 KV, a una frecuencia de 60Hz y con una corriente nominal de 1250 A, está diseñado para una corriente de cortocircuito de 26,3 KA. El interruptor de potencia está controlado por un relé que determina una maniobra al momento de una señal de corriente del interruptor. Todas las piezas aplicables del interruptor cumplen con los requisitos del reglamento IEC 62271-100, para ver más especificaciones técnicas del interruptor ver Anexo 1. El interruptor del circuito consta de tres polos independientes, una unidad de accionamiento y un gabinete de control a prueba de agua IP55. Cada polo del interruptor de circuito consta de tres componentes principales: Un mecanismo. Un aislador de columna hueco con barra de tracción aislante. Una cámara de interrupción donde se encuentran los contactos, piezas móviles y fijas encargadas de interrumpir la corriente y en caso dado de extinguir el arco.
Los polos del interruptor del circuito están adaptados a un soporte de polos de dos mitades soldadas enlazadas con herrajes diagonales y pernos, estos van debidamente conectados al sistema de puesta a tierra de la subestación. Los polos se acoplan mediante barras de tracción selladas en tubos protectores.
Figura 4. Partes del interruptor
Su operación está basada en el principio Auto-Puffer con un cilindro puffer dividido en dos cámaras: una sección de Auto-Puffer y una sección de compresión, cuando se interrumpen corrientes de valores nominales, el gas SF6 (hexafluoruro de azufre) se comprime en la sección de compresión hasta una sobrepresión. Cuando los parachispas se separan, el gas de la sección de compresión sale y extingue el arco en un paso por el punto cero de la corriente. Cuando se interrumpen las corrientes de cortocircuito, se crea la presión de extinción requerida en la sección Auto-Puffer a partir del calor del arco. El aumento de presión se alcanza con la energía del arco y no se requiere energía adicional del mecanismo de operación. Al cerrarse, el cilindro puffer se desplaza hacia arriba, los contactos se cierran y el cilindro puffer se rellena de gas. La extinción de arco se realiza en un tiempo inferior a 150 milisegundos.
Figura 5. Extinción de arco dentro de la cámara del polo 1
La unidad de accionamiento posee un resorte de carga operado por motor o manualmente, el resorte se carga automáticamente cuando el interruptor está cerrado, si depende del motor este proceso se realiza en 15 segundos. El interruptor en estado cerrado puede operar un ciclo de O-C-O sin recarga intermedia del resorte, por tal motivo pueden ser usados para ciclos de reconexión.
1
Tomado de Catálogo ABB
Figura 6. Partes de la cámara de extinción 2
El interruptor MAN30L270, como es su identificación dentro del sistema, está funcionando desde al año 1995 y puesto en funcionamiento el día 15 de mayo del mismo año, opera en un tipo de proceso continuo, es decir, las 24 horas del día durante todo el año, está dispuesto y trabajando bajo carga, el régimen de marcha al que está sometido durante este tiempo está entre 100 A y 1250 A, esto puede variar dependiendo de la demanda que varía según circunstancias climatológicas o comerciales. El equipo según fabricante viene diseñado para 10.000 operaciones mecánicas a corriente nominal, es decir, en condiciones normales. El día de hoy registra 2114 operaciones de las cuales un 70% han sido por falla, concluyendo el interruptor está en un 50.72% de su vida útil. En el interruptor la presión normal de operación del gas a 20°C es de 0,72 Mpa, si éste baja a 0,62 Mpa genera una alarma visualizada en el SCADA para que la anomalía sea corregida por el personal encargado y en 0,60 Mpa se bloquea el interruptor imposibilitándolo ante cualquier maniobra lo puede ocasionar daños en los equipos o generar una indisponibilidad de la línea.
2
Tomado de Catálogo ABB
Figura 7. Diagrama de flujo de operación del interruptor bajo la condición del gas
Igualmente en el SCADA se enciende una alarma visual y auditiva cuando se interrumpen corrientes de valores nominales y cuando se interrumpen las corrientes de cortocircuito. Un aspecto importante a tener en cuenta es el manejo del SF6:
“El SF6 tiene un potencial de calentamiento global de 22,200 CO 2-eq y debe ser utilizado solamente en sistemas cerrados tales como interruptores de media y alta tensión. Tras su utilización, es posible seguir un programa de reciclado, como por ejemplo la reutilización, para evitar las emisiones en la medida de lo posible. Para asegurar la manipulación segura del SF6 nuevo y usado se deben tener en cuenta los requisitos de seguridad contemplados en la norma IEC 62271-30.” 3 Las normativas ambientales colombianas no contemplan hasta el momento los planes de manejo para este tipo de gas, solo aplica el decreto 1299 de la Presidencia de la República donde se reglamenta a las empresas la gestión ambiental de los residuos sólidos. En el caso de CHEC estos residuos de mantenimiento son depositados en tolvas clasificadas donde posteriormente una empresa autorizada de reciclaje los recoge para su tratamiento. Aguas arriba y aguas abajo del interruptor se conectan seccionadores de barra y línea respectivamente, su función es aislarlo para mantenimiento, igualmente cuenta con un 3
Tomado de http://www.afbel.es/documentos/Manipulaci%C3%B3n%20del%20SF6%20v2.pdf
seccionador de by-pass que permite mantener la continuidad del servicio de energía en caso de una indisponibilidad del interruptor.
Figura 8.Configuración de la subestación, diagrama unifilar SCADA4
Existen 2 tipos de condiciones anómalas del interruptor que generan impactos diferentes ante la presencia de un cortocircuito en la red eléctrica, la primera sucede cuando el interruptor no se accione, esto puede ocasionar un daño grave en la subestación principal aguas arriba del interruptor, es decir puede afectar el funcionamiento del transformador de potencia. El despeje de esta falla se ilustra de la siguiente manera en la figura 4.
4
Sistema utilizado para supervisión, control y adquisición de datos de las subestaciones
Figura 9. Funcionamiento del interruptor (tomado catálogo ABB)
La segunda falla ocurre ante el accionamiento no controlado del interruptor (apertura), esto produciría un desabastecimiento del suministro eléctrico a 277 transformadores de distribución y 8694 usuarios. A continuación se relaciona el costo que CHEC asumió en el pago de compensaciones a los usuarios por la energía no servida entre los años 2011 a 2013 por fallas atribuibles al interruptor en mención:
AÑO
MES
TIEMPO INDISPONIBLE (Hrs)
2011
Enero
2
$ 4.253.720
2011
Diciembre
3
$ 11.532.055
2012
Marzo
2,3
$ 5.872.111
2012
Mayo
0,5
$ 1.587.247
2012
Junio
1,6
$ 4.432.900
2012
Agosto
1
$ 2.389.754
2013
Mayo
0,5
$ 1.427.425
TOTAL
TOTAL COSTO DNA
$ 31.495.212
Tabla 1. Costo de la demanda no atendida, fuente Área Operación y Calidad CHEC
TOTAL COSTO DNA $ 12.000.000 $ 10.000.000 $ 8.000.000 $ 6.000.000 $ 4.000.000 TOTAL COSTO DNA
$ 2.000.000 $0
o r e n E
e r b m e i c i D
o z r a M
o y a M
o i n u J
o t s o g A
o y a M
2011 2011 2012 2012 2012 2012 2013
Figura 10. Grafico del costo de la demanda no atendida, fuente Área Operación y Calidad
Una suspensión no programada afecta sectores productivos del municipio de Villamaria, entre ellos, locales comerciales, supermercados, bancos y pequeñas industrias como Color Siete (textiles), Esmaltados La Montaña (productos para cocina), lecherías, etc. Al no contar con el suministro de energía pueden generar pérdidas económicas dentro de sus procesos ya que es indispensable para su funcionamiento. Entidades como el Hospital de Villamaria cuenta con un sistema de respaldo ante este tipo de afectaciones pero su rendimiento se ve reducido a un 80%. Para la calidad del servicio de energía existe una regulación vigente en Colombia, todas las empresas prestadoras del servicio de energía deben cumplir cierta normatividad que garantice la calidad del servicio que se presta a los usuarios, por tal motivo la CREG a través de la Resolución 097 de 2008, estableció un esquema de incentivos y compensaciones.
Figura 10. Esquema de Calidad Resolución CREG 097/2008
Otra norma que rige al sector eléctrico en Colombia y en general los requisitos para el proceso de transformación (subestaciones) es el RETIE- Reglamento Técnico de Instalaciones Eléctricas, de igual forma la norma NTC 2050- Norma Técnica Colombiana. Para efectos de los mantenimientos preventivos y correctivos, la CHEC S.A ESP. cuenta para la atención de las 62 subestaciones con los siguientes grupos de trabajo: GRUPO 1
Asistente Técnico 2 (Jefe de grupo)
Auxiliar Técnico Vinculación 3 (Liniero)
1
1
3
CHEC
2
1
3
CHEC
3
1
3
Contratista
4
1
3
Contratista
Tabla 3. Conformación grupos de trabajo
El nivel educativo del jefe de grupo es de Tecnólogo en Electricidad, Electrónica o Electromecánica, el de los auxiliares es técnico en áreas de conocimiento aplicables al cargo y tarjeta CONTE categoría 3 y 4. Semanalmente uno de los grupos está disponible las 24 horas para atender cualquier falla en el sistema.
Para determinar los riesgos a los que está expuesto el personal se debe primero aclarar el procedimiento general para actividades de este tipo: “4.4
MANTENIMIENTO PREVENTIVO A INTERRUPTORES DE 115 kV Y 33 kV TIPO EXTERIOR 4.4.1 Norm as de segur idad
Todas las personas involucradas en el mantenimiento deberán portar; casco de seguridad, uniforme de la Empresa, calzado dieléctrico y guantes para el manejo de herramienta 4.4.2 Solicit ud de maniob ras
El asistente técnico 2, (Jefe de grupo de mantenimiento), solicita al Asistente Técnico 1, (Operador del CLD5), realizar maniobras para empezar a ejecutar la OT. 4.4.3 Ejecuci ón d e maniobras
El CLD, realiza o autoriza realizar maniobras para disponer el campo con el fin de iniciar las de labores de mantenimiento, consignadas en la OT. 4.4.4 Aplicación de medidas de seguri dad (Reglas de oro )
Asistente técnico 2- (Jefe de grupo de mantenimiento), verifica las reglas de oro,1- observa corte visible, 2- verifica ausencia de tensión en los seccionadores a lado y lado del interruptor, 3- Condenación equipos (Seccionadores e Interruptor), 4- Aterriza equipos a intervenir 5Delimita el área de trabajo como medidas de seguridad para iniciar labores. 4.4.5 Labores de limpieza
Se hacen labores de limpieza al aislamiento del interruptor, bastidor, lubricación del mecanismo de accionamiento del mando electro-mecánico, ajuste de borneras, conexiones de alta tensión, conexiones de puesta a tierra y otras actividades indicadas en el formato respectivo. 4.4.6 Pruebas eléctricas
Se realizan pruebas de aislamiento y resistencia de contactos al interruptor y se diligencian los resultados en el formato respectivo. 4.4.7 Pruebas de o peración
Se efectúan pruebas de operación local y remota del interruptor, se anotan los resultados en el formato. 4.4.8 Fin de labores
Se retira la puesta a tierra, los enclavamientos mecánicos, la cinta delimitadora del área de trabajo, se pone el interruptor en posición remota, se retira el personal del área y se le informa al CLD la finalización de las labores. 4.4.9 Normalización
Se normaliza campo de trabajo. 4.4.10 Diligenciamiento de form atos
Se procede a llenar el formato destinado para este tipo de labor completando datos faltantes.” 6 Haciendo la valoración de las actividades se encuentran riesgos eléctricos (tensiones de paso y contacto), mecánicos, biológicos, caídas del personal desde una altura, malas maniobras que pueden ocasionar lesiones a las personas o inclusive la muerte, por tal motivo se cuenta con medios que minimicen la ocurrencia de accidentes como listas de chequeo, registro de capacitaciones, reportes de incidentes y accidentes que
5 6
Centro de Distribución Local CHEC Tomado del Sistema de Gestión Integral CHEC, Manual Mantenimiento Subestaciones y Líneas
han servido para retroalimentar al personal buscando que no vuelvan a ocurrir. Todos los integrantes del grupo de trabajo deben utilizar los elementos de protección personal y colectivos y debe velar por su buen estado. Una situación común en el mantenimiento de interruptores de potencia dentro de una subestación es que la labor se realice con partes energizadas alrededor, por tal motivo existen normas que reglamentan las distancias mínimas de seguridad que deben ser tenidas en cuenta por el personal:
Figura 11. Zonas de seguridad. Tomado del RETIE
En una labor de mantenimiento que se requiera evacuar el gas SF6 se debe hacer a una presión máxima de 0,125 Mpa, no debe realizarse ningún trabajo sobre los aisladores del interruptor o piezas cargadas con corriente, este gas es incoloro e inodoro y a grandes volúmenes corre el riesgo de asfixia. Los repuestos están ubicados en el almacén general de la sede principal de la CHEC en Manizales Estación Uribe Km 2 Vía Autopista del Café a cinco minutos de desplazamiento hacia donde se encuentra el interruptor. Los repuestos se encuentran en una instalación que cumple con una humedad de aire inferior al 50% y una temperatura de 20° C +/- 10°. Dentro del almacén se dispone de los repuestos necesarios para cualquier mantenimiento al interruptor, hay stock´s que pueden ser utilizados cuando se requieran realizando la solicitud respectiva, anualmente se revisa la rotación de estos elementos y si es el caso se presupuestan para su compra en el siguiente año,
normalmente la empresa ABB quien provee estos equipos, debe importar los repuestos.
Figura 12. Ubicación de la subestación y el almacén. Tomado de ortofotomapa Alcaldía de Manizales
ANEXO 17
DATOS TECNICOS Tensión (KV) Frecuencia (Hz)
24 ‐ 40,5 50‐60
Corriente nominal (A)
1250
Corriente de cortocircuito (KA)
26,3
Secuencia de operación Peso aproximado (Kg)
O‐0.3 sec – CO – 3 min – CO/ CO – 15 sec – CO 800
Altura (mm)
3990
Ancho (mm)
1900
Resistencia por polo µΩ
<40
Tiempo de cierre bobina I y II (mseg)
<40
Tiempo de apertura bobina I y II (mseg)
7
VALORES OPERATIVOS
Tomado de catálogo ABB
19‐25
