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PRUEBAS DE TIEMPO DE INTERRUPTORES
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El análisis de la información es la etapa final de las pruebas de tiempo. Los profesionales que se encuentran a cargo deben tener buenos conocimientos tanto de los interruptores que serán sincronizados como de los requerimientos de la red. Debido a que actualmente los analizadores de interruptores incorporan herramientas muy poderosas de análisis, un buen conocimiento de estas herramientas es muy útil y ahorra mucho tiempo. El operador debe tener un buen sentido analítico y tener la capacidad para distinguir entre la importancia de los resultados solicitados y las consecuencias de la disconformidad entre los datos. Adicionalmente a todo lo dicho anteriormente, la experiencia siempre es uno de los factores importantes
para un buen análisis de la información. |
4.1 Cuadro de Tiempo |
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Los interruptores tienen que cumplir con los requerimientos del usuario, adicionalmente a las especificaciones de los estándares internacionales.
Los diseñadores toman en consideración estos requerimientos cuando diseñan un interruptor en particular. Se establecen las referencias de tiempo y las tolerancias basadas en las pruebas y en las tablas de referencia, y se crean las llamadas tablas de tiempo.
Las tablas de tiempo contienen referencias de tiempo para todos los ciclos de operación que debe cumplir el interruptor. Adicionalmente a estas referencias de tiempo, los diseñadores pueden considerar útil agregar otros tiempos para asegurar el apropiado funcionamiento del interruptor o cualquiera de sus partes de ensamblaje. |
4.2 Prioridad |
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Luego del análisis de la información se deben tomar importantes decisiones: 1. Poner el interruptor en servicio En el primer caso, poner un interruptor inadecuado en servicio puede tener consecuencias desastrosas, sea para el equipo o para el personal de mantenimiento. En el segundo caso, el costo podría ser enorme si resulta que era innecesario, como resultado de un análisis incorrecto. Es crucial un buen análisis y la distinción de las prioridades. |
4.2.1 Niveles de prioridad para los tiempos de operación |
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Permanece la pregunta de determinar las prioridades para poder desarrollar un análisis correcto. El nivel de prioridad se describe de alto a bajo como sigue: |
4.2.1.1 Tiempo de apertura |
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Un objetivo permanente es la reducción de la duración de las corrientes de cortocircuito en las líneas de transmisión. La ventaja principal es tener una elevada energía transmitida, debido a que la estabilidad de la energía de transmisión es más alta cuando la duración de los cortacircuitos es más corta. El usuario determina la duración de la interrupción de corriente, por ejemplo 2 ciclos. La duración de la interrupción de la corriente se cuenta comenzando desde el instante en que la bobina del mecanismo principal se energiza hasta el final de la interrupción de la corriente en el contacto principal, incluyendo la duración del arco. Entonces, el tiempo de interrupción es igual al tiempo mecánico (tiempo de operación) más la duración del arco. Para las redes de 60 Hz, 2 ciclos equivalen a 2/60 = 0.03334 s = 33.34 ms (ms = milisegundos). Debido a que las pruebas de tiempo se realizan cuando el interruptor está fuera de servicio (sin carga), no se puede medir la duración del arco. La duración del arco depende de varios factores: el nivel del voltaje, el medio de interrupción, las técnicas de interrupción, etc. Ésta se determina durante las pruebas de diseño. Luego se ajusta el tiempo del apertura (trip) para obtener el tiempo de interrupción. Por lo tanto, el tiempo de apertura es, en primer lugar y sobre todo, un requerimiento del usuario que el diseñador ha aceptado y
que debe respetar. Sin embargo, una
apertura inapropiada puede causar grandes riesgos de diferente naturaleza para tiempos más largos o más cortos. |
4.2.1.2 Largo tiempo de apertura |
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Existen muchos riesgos causados por tiempos muy largos de la apertura. Podría ser cualquier cosa, desde una simple anomalía en circuito de control de baja tensión hasta una falla mayor en la interrupción de la corriente principal. El análisis deberá examinar todos los detalles para alcanzar una conclusión precisa. Las características de los interruptores juegan un rol fundamental. Es imposible hacer una lista de todos los casos probables. En general, e independientemente del tipo de interruptor, una apertura con un tiempo más largo, puede ser ocasionado por una velocidad más lenta de transición, la duración del arco puede tener una mayor duración y puede ocurrir un desgaste prematuro de los contactos. Para pequeñas corrientes capacitivas, los picos de voltaje son más fuertes y pueden causar una falla consecutiva. Las fallas consecutivas son cortocircuitos de línea a tierra, que siguen a una interrupción de pequeñas corrientes capacitivas o inductivas. El interruptor que interrumpe una corriente pequeña, ve crecer la corriente instantáneamente hasta una corriente de cortocircuito. Algunos tipos de interruptores tienen dificultades en corregir esta situación. Un método conocido para superar una falla consecutiva es interrumpirlo con interruptores de alta velocidad. Una menor velocidad puede ser crucial en este caso. Conclusión: Reducir la velocidad de la apertura puede comprometer la operación del interruptor y posiblemente del sistema de energía en si, sin mencionar el riesgo de fallas consecutivas. |
4.2.1.3 Tiempo de apertura corto |
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Luego de un cortocircuito, la corriente alterna de la corriente que fluye en el circuito crece instantáneamente a un valor inmenso, de la misma naturaleza y frecuencia llamada corriente de cortocircuito simétrica.
Debido a la naturaleza inductiva de la red, se agrega un componente DC (CC) temporal al valor del cortocircuito simétrico. Al resultado se le llama cortocircuito simétrico. El valor inicial es igual al valor instantáneo del cortocircuito simétrico en el punto del cortocircuito con el signo negativo. Este valor se reduce luego, siguiendo una curva de exponencial, con una velocidad determinada por la constante de tiempo del circuito. La capacidad de ruptura de un interruptor en particular, es el valor más alto de corriente que el interruptor es capaz de interrumpir. El interruptor debería interrumpir adecuadamente cualquier corriente igual o menor a su capacidad de interrupción, sea la corriente simétrica o asimétrica. Considerando la curva de la Figura 4.2.1.3b, se puede notar que el valor asimétrico es una función del tiempo de interrupción.
Si es más alto, el tiempo de interrupción es corto. Como resultado, si el interruptor es demasiado rápido, el valor asimétrico puede exceder su capacidad de interrupción, y no se puede garantizar una interrupción. La curva de la Figura 4.2.1.3b muestra el valor nominal del componente aperiódico como una función del tiempo de apertura de un interruptor. Esta curva utiliza un tiempo de amortiguamiento de 20% por centésima de segundo. Conclusión: El tiempo de apertura (trip) nunca deberá ser menor que el valor de referencia, o de lo contrario, el valor asimétrico del cortocircuito puede exceder la capacidad de ruptura del interruptor.
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4.2.2 Discrepancia en los contactos |
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Los interruptores de alta tensión son aparatos trifásicos. Tienen por lo menos un contacto por fase, y en algunos casos, contactos múltiples en serie por fase, hasta 12 por fase para algunos interruptores de hasta 765 kV. Es crucial para la operación apropiada del interruptor y para la red limitar las discrepancias de tiempo entre los contactos. Las discrepancias pueden dividirse en dos grupos: 1. Discrepancias de contactos entre polos, 2. Discrepancias de contactos en el mismo polo. |
4.2.2.1 Discrepancia entre polos |
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En la Apertura: De acuerdo a la norma IEC 56 (párrafo 3.3.1) una fase se considera abierta cuando el primer contacto del polo está abierto. La mayor discrepancia medida no deberá exceder el valor máximo establecido por el diseñador, el usuario o según el acuerdo entre ellos. Si existe una discrepancia: La separación de los contactos de los polos tiene que ser simultánea para evitar los transitorios de la alta tensión, de otra manera se obtendrá el doble del valor nominal de la primera separación del polo. La máxima discrepancia permitida es de 1/6 de un ciclo. En el Cierre: De acuerdo a la norma IEC 56 (párrafo 3.3.2), una fase es considerada cerrada cuando el último contacto del polo está cerrada. La mayor discrepancia medida no deberá exceder el valor máximo fijado por el diseñador, el usuario o por el acuerdo entre ellos. Si existe una discrepancia: La energización abrupta de los circuitos siempre es seguida por un incremento moderado de voltaje, con la excepción de líneas de transmisión largas, sin carga, donde un aumento del voltaje puede ser críticamente peligroso. Cuando una línea se conecta a una red energizado, una ola de voltaje entra dentro de la línea. Esta ola se refleja al final de una línea abierta, y retorna con el doble de su amplitud. Se pueden encontrar voltajes más altos cuando la línea tiene una carga antes de ser reenergizada y si el interruptor se cierra en el momento que la polaridad de la red es opuesta a aquella que esté presente en la línea. En este caso, el voltaje puede ser tres veces el voltaje de la red, después de la reflexión de la ola. Esta situación puede producirse con una rápido recierre de la línea. Se pueden encontrar altos voltajes en las líneas trifásicas, cuando los tres polos del interruptor no se cierran simultáneamente. Una ola en una fase producirá olas inducidas en las otras fases, y bajo condiciones poco favorables, el voltaje se incrementará en otra fase. Puede encontrarse mayores aumentos en el voltaje de transición si la discrepancia en el momento del cierre es demasiada alta. Notar que en las redes con voltajes nominales de 500 kV o
mayores, el aislamiento de las líneas se determina por los picos de voltaje de la operación. |
4.2.2.2 Discrepancia entre contactos del mismo polo |
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Si los interruptores tienen múltiples contactos por polo, se instalan capacitores en paralelo con cada contacto para igualar el voltaje cuando se separan los contactos. En general, los contactos más rápidos tienen arcos de mayor duración y un mayor desgaste por contacto. En el caso de discrepancias excesivas, los contactos más rápidos en el cierre y los más lentos en la
apertura, podrían ocasionar choques de mayores voltajes a los capacitores, y por lo tanto reducen su expectativa de vida y también la de los contactos. |
4.2.3 Tiempo de cierre |
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Durante el cierre, especialmente en los cortocircuitos, las fuerzas opuestas son considerables. En el caso de los contactos de movimiento lento, los pre-arcos tienen una mayor duración lo que ocasiona un mayor deterioro de los contactos. Si no se respeta el tiempo de cierre, esto comprometerá la garantía relativa de su capacidad de cierre. Este tiempo es suministrado usualmente por el diseñador de los interruptores. |
4.2.4 Ciclos de operación |
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Un ciclo de operación es una secuencia básica de operaciones de "CIERRE" y "APERTURA" en intervalos específicos de tiempo. Las secuencias más comunes siguen la siguiente fórmula: O -> T -> CO -> T' -> CO O: Apertura CO: Ciclo de cierre-apertura T: Retraso de 0.3 segundos ó de 3 minutos T’: Retraso de 3 minutos |
4.2.4.1 Ciclo de cierre-apertura (C-O) tiempo de corto circuito |
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Un ciclo CO (Cierre - Apertura) simula el cierre en un cortocircuito. En una situación real, el interruptor se cierra primero, luego el relé de protección del sistema detecta el cortocircuito y abre al interruptor. En el caso de una prueba, se puede programar el analizador de interruptores para que envíe una orden de disparo tan pronto se cierran los contactos. Esto permite tener el tiempo de cortocircuito más rápido del interruptor. Este valor se compara con las referencias del diseñador. |
4.2.4.2 Recierre-Apertura (O-C-O), tiempo de aislamiento |
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La experiencia muestra que un gran número de cortocircuitos son temporales. Esto quiere decir que son ocasionados por un evento que desaparece a pocos instantes que se abre el interruptor. Algunos ejemplos son los cortocircuitos que se originan por relámpagos, un pájaro, árboles o ramas caídas, etc. El propósito de un recierre rápido es reducir la duración de la interrupción de energía. Es muy importante reducir esta interrupción a un mínimo. Para los circuitos que se encuentran fuera de servicio, es importante darle un tiempo suficiente para despejar la falla. En efecto, las fallas temporales forman arcos, una vez que se corta la energía que genera este arco, se necesita suficiente tiempo para pasar por el arco de plasma para que se desionice antes de reconectar la energía, o puede ocurrir otra falla. Las estadísticas muestran que una duración de 0.3 seg. entre la apertura y el cierre de los contactos es suficiente para lograr este objetivo. Si ocurre otra falla en el cierre, el interruptor tendrá que interrumpir el cortocircuito por segunda vez. Se requerirá un retraso suficiente entre las interrupciones para que el medio de interrupción se regenere y para que funcione correctamente la segunda interrupción. Si el interruptor falla una segunda vez, éste debería permanecer abierto. Transporte de la alta tensión y redes de interconexión El recierre rápido y automático evita las fallas entre dos fuentes interconectadas. De hecho, cuando se disparan los interruptores en una línea interconectada entre dos redes, hay una pérdida rápida de sincronización de la fase si esta línea es la única que las interconecta. Si existe otra línea que corre paralela, puede ocasionar una falla por sobrecarga, lo cual causará una pérdida de sincronización. Se puede evitar esta desincronización cuando las fallas son temporales, por medio de un recierre inmediato de los interruptores antes que el cambio de fase sea demasiado grande. Si la falla del circuito está en las tres fases, el tiempo de recierre debe ser muy corto, en el orden de los 0.3 segundos. Si el tiempo de recierre es mucho más largo, existe un riesgo de cierre en la fase discordante. Durante las pruebas de tiempo, las pruebas de O-0.3s-CO verifican el comportamiento de los interruptores en este tipo particular de operación. En el caso de las pruebas de tiempo de Recierre-Apertura,
el analizador de interruptores está programado para retrasar las órdenes de cierre hasta que se obtenga el tiempo de aislamiento de 0.3 segundos. No debe confundirse este retraso con el de cierto tipo de
dispositivos de retardo que se encuentran instalados en algunos interruptores, aunque el valor de
estos tiempos sea similar. |
CONCLUSIÓN
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Con un análisis preciso es posible tomar decisiones que son provechosas para el interruptor, para la red y para el personal de mantenimiento. Para lograr esto, es importante conocer el funcionamiento del analizador de interruptores y el significado de los tiempos de operación, pero esto no es suficiente. Es necesario tener un mejor conocimiento del interruptor, de los valores de referencia (cuadro de tiempos) y de las características de la red. Todo esto, respaldado con la experiencia y el sentido
común del personal de pruebas. |
BIBLIOGRAFÍA
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