Mantenimiento a Interruptores de Potencia en Baja Tensión

UNIVERSIDAD TECNOL GICA DE TULA – TEPEJI

Organismo Desc entralizado de la Administrac ión Pública del Estado de Hidalgo

Capítulo II Supuestos Técnicos



2.1 Supuestos



Realizando un buen mantenimiento preventivo a los Interruptores de Potencia en Baja Tensión reducirá un 80% los accidentes o fallas dentro de la protección a maquinaria.



Aplicando las pruebas indicadas a los Interruptores de Potencia en Baja Tensión aumentara la optimización de los mismos de un 50% a un 75%.



Realizando un mantenimiento preventivo dará mayor durabilidad de vida de operación de los Interruptores de Potencia en Baja Tensión.

36



Capítulo III Propuesta de Solución al Planteamiento del Problema



3.1 Factores de seguridad Los factores de seguridad mínimos que se deben tener en cuenta para la realización de los trabajos de mantenimiento al interruptor, son: 

personal que realiza el mantenimiento: 

asegúrese del trabajo a realizar, si existe alguna duda pregunte.



asegúrese de llevar al sitio de trabajo los equipos, herramientas y material necesario.



todo personal debe tener la dotación necesaria para trabajar con elementos eléctricos, tales como zapatos dieléctricos, guantes de trabajo, casco de seguridad, gafas de seguridad y ropa adecuada para trabajar en zonas eléctricas (principalmente de algodón).



todo personal debe conocer los riesgos que se deben tener al trabajar con los equipos de baja tensión y que debe respetar dichas normas.



equipos de mantenimiento 

jamás conectar el equipo a un material energizado.



siempre se deben hacer la respectiva descarga del equipo antes de realizar alguna prueba.



los equipos de prueba deben ser operados por personal calificado, ya que en uso inadecuado puede causar severos daños al operativo y a los equipos.



es indispensable de leer el manual del equipo, el cual indica claramente la operación del equipo y que cuidados se deben tener al conectar y desconectar el equipo.



lo más prioritario en una prueba, son los pasos que deben tomarse para deshabilitar el interruptor, para prevenir operaciones inadvertidas durante la prueba.



no se debe permitir que las terminales de los aparatos queden flotando deben ser aterrizadas directamente.



debe realizarse un chequeo general de los equipos de prueba cada semana y un chequeo exhaustivo, cada tres meses.

38



3.2 Chequeo de entrega de la obra Una vez realizada la maniobra, el ingeniero de mantenimiento junto con el personal designado para la coordinación de la obra y el operador, debe realizar las siguientes acciones y verificaciones: 

Seccionador de línea abierto.



Interruptor abierto.



Colocar los letreros de seguridad de “personal trabajando en esta área”, candadeo en los equipos que se están operando.



Acordonar la zona



Verificar la ausencia de voltaje con detector.



Colocar los cables para aterrizar en las líneas de voltaje.



Ubicar sitio definido para la colocación de herramientas e instrumentos necesarios para el mantenimiento.



Ordenar al personal para que ingrese al área de trabajo.



Llenar formato de permiso de trabajo.

3.4 Mantenimiento al Interruptor 3.4.1 Importancia de las pruebas Un interruptor de potencia debe ser sometido a pruebas de diferente naturaleza, con el objeto de verificar el correcto estado de sus componentes. así entonces, es necesario probar sus aislamientos, su mecanismo de operación, sus cámaras interruptoras, sus contactos. Antes de describir las pruebas correspondientes a los aislamientos, y con el objeto de poder tener una mejor comprensión sobre las capacitancias y resistencias que fluyen o intervienen en las diferentes pruebas mencionadas en este manual.

39



3.4.2 Prueba resistencia de contactos Los puntos con alta resistencia en partes de conducción, originan caídas de voltaje, generación de calor, perdidas de potencia, etc. la prueba se realiza en circuitos donde existen puntos de contacto a presión o deslizables, como es el caso en interruptores. Para medir la resistencia de contactos existen diferentes marcas de equipo, de diferentes rangos de medición, como ejemplo el de la marca games j. biddle; tienen un rango de medida de 0 a 20 Ohms.

Recomendaciones para realizar la prueba a) El equipo bajo prueba debe estar desenergizado y en la posición cerrado. b) Se debe de aislar a lo posible la inducción electromagnética, ya que esta produce errores en la medición y puede dañar el equipo de prueba. c) Limpiar perfectamente bien los conectores donde se van a colocar las terminales del equipo de prueba para que no afecten a la medición.

3.4.3 Pruebas de tiempo de cierre y apertura y simultaneidad de contactos El objetivo de la prueba es la determinación de los tiempos de interrupción de los interruptores de potencia en sus diferentes formas de maniobra, así como la verificación del sincronismo de sus polos o fases. El principio de la prueba se basa en una referencia conocida de tiempo trazado sobre el papel del equipo de prueba, se obtienen los trazos de los instantes en que los contactos de un interruptor se tocan o se separan a partir de las señales de apertura y cierre de los dispositivos de mando del interruptor, estas señales de mando también son registradas 40



sobre la gráfica, la señal de referencia permite medir el tiempo y la secuencia de los eventos anteriores. Existen básicamente dos tipos de instrumentos de prueba, los que utilizan dispositivos electromecánicos en los cuales una señal eléctrica sobre una bobina, actúa mecánicamente sobre agujas que marcan un trazo sobre el papel tratado en su superficie, y los que utilizan galvanómetros que accionan varías veces el punto de incidencia de un rayo luminoso sobre un papel fotosensible, en ambos tipos el movimiento del papel es efectuado por un motor de corriente directa a una velocidad constante. La señal de referencia puede ser en base a la frecuencia del sistema o bien puede ser tomada de un oscilado incluido en el equipo de prueba, de una frecuencia conocida. Tiempo de apertura: es el tiempo medido desde el instante en que se energiza la bobina de disparo, hasta el instante en que los contactos de arqueo sean separados. Tiempo de cierre: es el intervalo de tiempo medido desde el instante en que se energiza la bobina de cierre, hasta el instante en que se tocan los contactos primarios de arqueo en todos los polos.

NOTA: en el caso de interruptores dotados de resistencias de inserción, por lo general existe una diferencia entre los tiempos de cierre o apertura hasta el momento en que los contactos primarios de arqueo se tocan o separan y el tiempo hasta el momento en que los contactos auxiliares en serie con las resistencias se tocan o separan.

Equipos de prueba: existen varios tipos y marcas de equipos para la prueba, se distinguen dos tipos principales que son del tipo cronógrafo y los del tipo oscilógrafo las características generales de los equipos comúnmente usadas se muestran en tabla anexa, en la misma se hacen además algunas observaciones sobre su aplicación así como sus ventajas y desventajas. 41



Entre las características deseables de cualquier equipo se puede mencionar lo siguiente: Velocidad del papel: se considera como mínimo debe ser de 1 mt / seg a fin de poder apreciar o medir con precisión tiempos de orden de milisegundos. Número de canales: dependiendo del tipo de interruptor por probar, se requiere de más o menos canales, el número deberá ser suficiente para poder probar por lo menos un polo. Pruebas normales: las pruebas o mediciones que a continuación se indican son aquellas que se consideran normales, tanto para mantenimiento como para puesta en servicio de un interruptor. a) Determinación del tiempo de apertura. b) Determinación del tiempo de cierre. c)

Determinación del tiempo cierre - apertura en condición de (trip - free) o sea el mando de una operación de cierre y uno de apertura en forma simultánea, se verificará además el dispositivo de anti bombeó.

d) Determinación del sincronismo entre contactos de una misma fase, tanto en cierre como en apertura. e) Determinación de la diferencia en tiempo entre los contactos principales y contactos auxiliares de resistencia de inserción, ya sean estos para apertura o cierre. f) Determinación de los tiempos de retraso en operación de recierre si el interruptor está previsto para este tipo de aplicación, ya sea monofásico o trifásico. Las tres primeras pruebas son aplicables a todo tipo de interruptor mientras que las tres últimas son aplicables a tipos específicos; la prueba (d) a interruptores multi - cámaras, la prueba (e) a interruptores dotados de resistencia de inserción y la prueba (f) a equipos aplicados en recierre.

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Dependiendo del interruptor por probar en lo que a número de cámaras se refiere, así como el número de canales disponibles en el equipo de prueba, es posible en algunos casos determinar dos o más de los tiempos anteriores simultáneamente en una sola operación.

Recomendaciones para realizar la prueba Librar al interruptor completamente, asegurándose que las cuchillas seccionadoras respectivas se encuentran en posición. Limpiar las terminales del interruptor donde se conectarán las terminales del equipo de prueba.

3.4.4 Prueba de factor de potencia del aislamiento Al efectuar las pruebas de factor de potencia, intervienen las boquillas o soportes aislantes, y los otros materiales que forma parte del aislamiento (aceite aislante, gas sf6, vacío, etc.). al efectuar la prueba de factor de potencia el método consiste en aplicar el potencial de prueba a cada una de las terminales del interruptor. Las pérdidas dieléctricas de los aislamientos no son las mismas estando el interruptor abierto que cerrado, porque

intervienen diferentes aislamientos. con el interruptor

cerrado intervienen las pérdidas en boquillas y de otros aislamientos auxiliares, con el interruptor abierto intervienen las pérdidas en boquillas y en el aceite aislante. Esto es para el caso de interruptores de gran volumen de aceite.

Recomendaciones para realizar la prueba Limpiar las conexiones, quitando polvo, humedad o agentes contaminantes. Se recomienda efectuar la prueba cuando la humedad relativa sea menor de 75%.

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Capítulo IV Evaluación, Análisis de resultados, Producto e Impacto



4.1 Evaluación Como se había mencionado antes, un buen mantenimiento aplicado a las condiciones necesarias para los interruptores es una buena opción para las industrias, este tipo de mantenimiento se puede convertirse en una pieza fundamental para el ahorro de costes en las industrias. Si se establecen la serie de rutinas de inspecciones periódicas dadas en este manual y una buena planificación, se pueden minimizar los correctivos y evitar paradas imprevistas de las cadenas de producción. Hoy, la industria asume los costes de periodicidad en las revisiones y en la sustitución de piezas como una inversión en la optimización de procesos con la que lograr mayor rentabilidad. De tal manera que con este manual sirve para reducir un mantenimiento correctivo y el coste que ello representa. pero al igual que reduce los costes por accidentes, también consiste en dar la opción a las industrias de programar las inspecciones de funcionamiento, seguridad, ajuste, limpieza, lubricación, etc., que deben llevarse a cabo en forma periódica, en los interruptores, con el objetivo de detectar posibles defectos futuros, para que sean corregidos anticipadamente. Ahora para responder a la pregunta de ¿es o no conveniente este manual? pues la respuesta es sí, por la razón que ya se ha mencionado antes reduce costos no planeados en la industria. Este manual como en muchos procedimientos suele tener ventajas y desventajas las cuales se muestran a continuación. Ventajas 

Con la realización de mantenimiento preventivo a interruptores de potencia en baja tensión se disminuirán las fallas por falsos disparos o descargas no deseadas.



Este mantenimiento preventivo permite optimizar el momento de reparación.

45





Podría reducir costos por daños de sobrecargas no deseadas, ya que hay algunos elementos son costosos.



Cuidado periódico a los interruptores.



Aumento de disponibilidad para su operación de trabajo.

Desventajas 

Requiere inversión en infraestructura.



Mano de obra y técnicos especializados para planes de mantenimiento.



Se pueden sobrecargar los costes de mantenimiento.

4.2 Análisis de resultados En este último punto donde se especifica que se pueden sobrecargar los costes de mantenimiento es verdad ya que durante el periodo o transcurso del mantenimiento suelen aparecer detalles no previstos y lo cual dependiendo del estado crítico que el personal especializado lo considere. pero estimado lector te aseguro que el precio que pueda pagar de más la industria sería poco comprado con lo que pagaría si ocurriera alguna falla dentro de sus instalaciones ya sea con sus trabajadores o incluso también con maquinaria, lo cual ya hablando drásticamente causarían paros en la planta y esto sería el motivo de grandes pérdidas de dinero y producción.

46



4.3 Impacto El impacto a la sociedad o a la industria principalmente que genera este manual, es de promover la revisión continua de sus interruptores de potencia ya que estos son parte fundamental como ya se había mencionado anteriormente por que son la protección de sus sistemas de protección y para tener buenos resultados se tiene que prevenir tantos accidentes. la idea principal de este manual fue el de reducir costes innecesarios y también de mantener en buenas condiciones los protectores de maquinarias.

47



Capítulo V Conclusiones y Recomendaciones



5.1 Conclusiones El mantenimiento de interruptores permite recuperar los niveles de confiabilidad de los equipos, disminuidos por razón del número de operaciones o ciclos de tiempo establecidos para estos. Dentro del estudio realizado de mantenimiento y pruebas, queda demostrado que al implementar un manual como el que se planteó, el proceso de mantenimiento se realiza de una manera más adecuada, pues se está siguiendo un procedimiento determinado. En el estudio de las diversas pruebas, se concluye que cada una de ellas es primordial para el mantenimiento, pues presenta información del estado antes y después del mantenimiento. Estas pruebas deben reflejar una mejora en el estado de operación del interruptor. El manejo de los factores de seguridad es de basta importancia en los trabajos relacionados con energía eléctrica, en este caso con el mantenimiento y pruebas de los interruptores. el objetivo de trabajar bajo estos factores es el de evitar accidentes de gravedad durante el mantenimiento. El mantenimiento programado es una actividad correctiva que implica reparación y reemplazo de piezas que tiene carácter preventivo, ya que en función de las condiciones del equipo o de ciertos parámetros se efectúan las reparaciones con la intención de anticiparse y prevenir daños mayores que afecten a la disponibilidad del interruptor. Las técnicas de diagnóstico aplicadas durante el mantenimiento tiene la finalidad de revelar el estado de los interruptores, para poder anticiparse a las fallas y averías, si el diagnostico revela mal estado o menor que el admisible, será necesario programar una intervención más profunda del interruptor.

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Con el mantenimiento no se podrán reducir a cero las fallas de un sistema eléctrico, pero lo importante será evitar la ocurrencia de aquellas fallas que pudieron haberse prevenido, en especial las que pudieron causar serios daños o la destrucción de los equipos, por ser estos de elevado costo y además de que su reemplazo o reparación implica la movilización de recursos materiales, es por eso que se debe realizar un continuo mantenimiento a los interruptores de potencia.

5.2 Recomendaciones Las pruebas a los interruptores se deben manejar bajo las condiciones de seguridad indicadas puesto que los niveles de tensión manejados son bastante altos y de mucho cuidado a la hora de ejecutar el mantenimiento. Durante la intervención el interruptor debe estar abierto y puesto a tierra, asegurándose que este en posición abierta. Para el manejo de los equipos de pruebas se deben tener en cuenta todas las condiciones de seguridad ya mencionadas, tanto por seguridad del operador, como por el cuidado del equipo de prueba. En la prueba de resistencia de contactos se deben tener en cuenta los diversos valores nominales estudiados, los valores obtenidos en la prueba deben encontrarse dentro de los rangos obtenidos por cfe. Para la prueba de resistencia de aislamiento se debe tener en cuenta que el índice de polarización obtenido sea mayor a 1 esto nos indicara que el nivel de aislamiento del interruptor se encuentra en condiciones óptimas de operación. En la prueba de factor de potencia se debe tener en cuenta que las pérdidas no superan los máximos límites de mW establecidos para cada equipo, si el resultado obtenido se encuentra dentro de los rangos, el equipo se encontrara en condiciones de operación óptimas.

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Bibliografía



[1] HARPER ENRÍQUEZ “Elementos de Diseño de Subestaciones Eléctrica s” 2 EDICIÓN, 2002, México DF, CAP. 3. [2] ROMERO JOSÉ CARLOS, “Subestaciones Fundamentos Consideraciones”, UNIVERSAL NACIONAL, 1999, CAP. 6

Teóricos

y

[3] Sistema de distribución eléctrica Recuperado de http/:www.elprisma.com/apuntes/ingenieria_electrica_y_electronica/sistemadistribucionen e rgia eléctrica [4] Clasificación de Interruptores de Potencia en Baja Tensión Recuperado de http://zeus.dci.ubiobio.cl/~eleduc/capitulo1/interruptores.html [5] PRIETO ABAUNZA GERARDO “Mantenimiento para Transformadores, Interruptores y Seccionadores de Potencia para Subestaciones Convencionales de 115 kV y 230 kV,1995, Bogotá, Colombia. [6] Seguridad Eléctrica Recuperado de http://seguridadconelectricidad.blogspot.mx/2010/05/que-es-un-gfci.html [7] RETIE Recuperado de http://www.portalelectricos.com/retie/cap2art17_bajaten.php [8] “Manual de Interruptores ”, Comisión Federal de Electricidad, Norma SOM 3531 [9] “Valores usuales normalizados de los interruptores industriales , Norma IEC 60947-1 ”

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Anexos



Anexo I Formato para Pruebas a Interruptores de Potencia en Baja Tension

FOLIO: 005

PRUEBAS A INTERRUPTORES EN VACIO COMPAÑIA: FECHA: LOCALIZACION DEL EQUIPO: HUMEDAD: DESIGNACION:

TEMP. AMB.:

MARCA:

No.SERIE:

%

AÑO FAB.:

I nom:

TIPO:

V nom: F.C.:

FACTOR DE POTENCIA PRUEBA

CONEXIONES POSICION VOLTAJE VALOR MULT CAPACITANCIA W % F.P. APLICADO MEDIDO No. MODO Hv Lv CORREGIDO VALOR MEDIDO VAL pf MIDE DIR. INV. DIR. INV.

mA VALOR

MULT

GROUND 1 B1 GROUND 2 B2 3 GROUND B3 GROUND 4 B4 GROUND 5 B5 GROUND 6 B6 7 GROUND B 1-2, Ba, As GROUND 8 B 3-4, Ba, As GROUND 9 B 5-6, Ba, As

1

E

ABIERTO

2

E

ABIERTO

3

E

ABIERTO

4

E

ABIERTO

5

E

ABIERTO

6

E

ABIERTO

E = TANQUE

Ba = BARRA DE ACCIONAMIENTO

1_2 E

CERRADO

3_4 E

CERRADO

5_6 E

CERRADO

MEDIDO MEDIDO

VALOR

A 20º C

As = AISLADOR SOPORTE

DIR. INV. K

B = BOQUILLA

F.C.:

RESISTENCIA DE AISLAMIENTO PRUEBA

CONEXIONES POSICION

VOLTAJE

LECTURA

VALOR

TIEMPO

CORREGIDO MIDE MULT. MEDIDO

A

20ºC (K)

APLICADO DE PRUEBA

L

G

M

(M

T

54



1

ABIERTO

1m

1

2

E

B1

2

ABIERTO

1m

2

1

E

B2

3

ABIERTO

1m

3

4

E

B3

4

ABIERTO

1m

4

3

E

B4

5

ABIERTO

1m

5

6

E

B5

6

ABIERTO

1m

6

5

E

B6

CERRADO

1m

1_2 -

E

B

CERRADO

1m

3_4 -

E

B

CERRADO

1m

5_6 -

E

B

7 1-2, Ba, As 8 3-4, Ba, As 9 5-6, Ba, As

RESISTENCIA DE CONTACTOS CONEXIONES PRUEBA No. 1 2 3

C1

MIDE

P1

1 3 5

C2

1 3 5

2 4 6

P2

FASE A B C

2 4 6

MICROOHMS

RESULTADO DE LAS PRUEBAS: SATISFACTORIO NO SATISFACTORIO

REQUIERE ATENCIÓN EQUIPO DE PRUEBA UTILIZADO: UTILIZADO: FACTOR DE POTENCIA DE CONTACTOS MICROHOMETRO MARCA: DOBLE

EQUIPO DE PRUEBA M2H-INSTRUMENT-TRANSFORMER MARCA

RESISTENCIA AEMC

SERIE: 1079-0893 No. SERIE NORMA APLICADA : NMX-J-169, IEEE C.5 7.12.9 FECHA DE CALIBRACIÓN: MARZO 2005

176871EEDv NMX-J-169

NORMA APLICADA :

FECHA DE CALIBRACIÓN: FECHA DE VENCIMIENTO: VENCIMIENTO: 3 DE DICIEMBRE 2008 RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

MARZO 2008

EQUIPO DE PRUEBA UTILIZADO: MARCA:

3 DE DICIEMBRE 2007 FECHA DE

MEGGER DE 5 KV

AVO- MODELO BM25

SERIE: 6410-856/050205/4125 55



NORMA APLICADA :

NMX-J-169

FECHA DE CALIBRACIÓN:

03 DE DICIEMBRE 2007

FECHA DE VENCIMIENTO:

03 DE DICIEMBRE 2008

OBSERVACIONES:

REALIZÓ: TEC.

REVISÓ:

ING.

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Glosario



Arco Eléctrico: se denomina arco eléctrico o también arco voltaico a la descarga eléctrica que se forma entre dos electrodos sometidos a una diferencia de potencial y colocados en el seno de una atmósfera gaseosa enrarecida, normalmente a baja presión, o al aire libre.

Histéresis: es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Inercia: es la propiedad que indica la cantidad de calor que puede conservar un cuerpo y la velocidad con que la cede o absorbe. Depende de la masa, del calor específico de sus materiales y del coeficiente de conductividad térmica de éstos. Transitorio: a aquella respuesta de un circuito eléctrico que se extingue en el tiempo, en contraposición al régimen permanente, que es la respuesta que permanece constante hasta que se varía bien el circuito o bien la excitación del mismo. Tensión: es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Seccionador: son interruptores de una subestación o circuitos eléctricos que protegen a una subestación de cargas eléctricas demasiado elevadas. Son muy utilizadas en las centrales de transformación de energía eléctrica de cada ciudad. Inducción: es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o tensión) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Galvanómetro: es una herramienta que se usa para detectar y medir la corriente eléctrica. Se trata de un transductor analógico electromecánico que produce una deformación de rotación en una aguja o puntero en respuesta a la corriente eléctrica que fluye a través de su bobina.

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Cronógrafo: es un reloj o aparato que sirve para registrar gráficamente el tiempo transcurrido durante un intervalo determinado. Dieléctrico: material mal conductor de electricidad, por lo que puede ser utilizado como aislante eléctrico, y además si es sometido a un campo eléctrico externo, puede establecerse en él un campo eléctrico interno, a diferencia de los materiales aislantes con los que suelen confundirse. Polarización: es el campo vectorial que expresa la densidad de los momentos eléctricos dipolares permanentes o inducidos en un material dieléctrico. Oscilógrafo: es un instrumento para medir corriente eléctrica alterna o variable, en términos de intensidad y voltaje, y volcar los resultados en una gráfica sobre papel o en una pantalla de vídeo.

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Mantenimiento a Interruptores de Potencia en Baja Tensión

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