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CONTEXTO OPERACIONAL INTERRUPTOR DE POTENCIA OHB36
Figura 1. Foto Interruptor de potencia
El interruptor de potencia OHB36 es un subsistema de la
subestacin de media tensin. Una subestacin elctrica es un conjunto
de equipos utilizados para transferir el flujo de energa en un
sistema de potencia, garantizar la seguridad del sistema por medio
de dispositivos automticos de proteccin y para redistribuir el
flujo de energa a travs de rutas alternas durante contingencias.
Una subestacin puede estar asociada con una central de generacin,
controlando directamente el flujo de potencia al sistema con
transformadores de potencia, convirtiendo la tensin de suministro a
niveles ms altos o ms bajos, o puede conectar diferentes rutas de
flujo al mismo nivel de tensin por medio de una lnea primaria de
distribucin que hace parte del sistema de transmisin y distribucin
de energa elctrica de la empresa CHEC. CHEC est clasificada como
una empresa de servicios pblicos mixta, con autonoma
administrativa, patrimonial y presupuestal, sometida al rgimen
general aplicable a las empresas de servicios pblicos y a las
normas especiales que rigen a las empresas del sector elctrico. La
empresa tiene por objeto la prestacin de servicios pblicos
esenciales de energa, incluidos el servicio pblico domiciliario de
energa elctrica, mediante los negocios de Generacin, Distribucin y
Comercializacin. Adems, la comercializacin de toda clase de
productos, bienes o servicios en beneficio o inters de los usuarios
de los servicios pblicos. El rea 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
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en subestaciones, lneas 115 KV, 33 KV, redes 13.2 KV, adems 62
subestaciones automatizadas que garantizan la confiabilidad del
servicio. CHEC en su rea de cobertura se destaca por su
responsabilidad social y ambiental, con programas en la comunidad
de apoyo econmico, apoyo en proyectos productivos e iluminacin del
campo, en el aspecto ambiental, con la recuperacin del ro Chinchin
y el uso eficiente de la energa en sus procesos. El interruptor se
encuentra ubicado en la subestacin Manizales en la lnea
Manizales-Villamara a una altura de 2150 msnm., dicha lnea tiene
una longitud de 1713,8 mts y alimenta el transformador de 6 MVA
33/13.2 KV de la subestacin Villamara, es decir suministra energa a
este municipio. La subestacin esta encerrada con muros de 2,50 mts
de altura y a la entrada cuenta con sealizacin de riesgo elctrico
con el fin de garantizar la seguridad del pblico en general y
limitando la entrada de personal no autorizado.
Figura 2. Ubicacin del interruptor dentro de la subestacin
Manizales y su conexin con Villamara El municipio de Villamara
cuenta con 35 veredas en la Villa de las Flores, 14 han alcanzado
desarrollo urbanstico, tiene aproximadamente 50.000 habitantes, de
los cuales 35.000 habitan la cabecera municipal y 15.000 el rea
rural convirtindose en centros poblados, es segundo municipio en la
regin con mayor extensin territorial y el tercero en desarrollo
industrial. Las vas de acceso son por la va Panamericana, tiene una
temperatura promedio de 18 C, posee 11 especies de peces, 28
mamferos, 227 especies de aves, 15 especies de colibrs, 21 de
reptiles y 33 de anfibios. En un sistema elctrico 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
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permanentes o temporales producidas por elementos sobre la red,
descargas atmosfricas, animales, vegetacin, 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
subestacin.
Figura 3. Falla en una red elctrica, fuente internet. El
interruptor de potencia es un dispositivo electromecnico que corta
o establece la continuidad de un circuito elctrico bajo carga ya
sea en condiciones normales de operacin o de falla. El equipo opera
a una tensin de 33 KV, a una frecuencia de 60Hz y con una corriente
nominal de 1250 A, est diseado para una corriente de cortocircuito
de 26,3 KA. El interruptor de potencia est controlado por un rel
que determina una maniobra al momento de una seal de corriente del
interruptor. Todas las piezas aplicables del interruptor cumplen
con los requisitos del reglamento IEC 62271-100, para ver ms
especificaciones tcnicas 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 traccin
aislante. Una cmara de interrupcin donde se encuentran los
contactos, piezas mviles
y fijas encargadas de interrumpir la corriente y en caso dado de
extinguir el arco.
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Los polos del interruptor del circuito estn 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 subestacin. Los polos se acoplan mediante
barras de traccin selladas en tubos protectores.
Figura 4. Partes del interruptor
Su operacin est basada en el principio Auto-Puffer con un
cilindro puffer dividido en dos cmaras: una seccin de Auto-Puffer y
una seccin de compresin, cuando se interrumpen corrientes de
valores nominales, el gas SF6 (hexafluoruro de azufre) se comprime
en la seccin de compresin hasta una sobrepresin. Cuando los
parachispas se separan, el gas de la seccin de compresin 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
presin de extincin requerida en la seccin Auto-Puffer a partir del
calor del arco. El aumento de presin se alcanza con la energa del
arco y no se requiere energa adicional del mecanismo de operacin.
Al cerrarse, el cilindro puffer se desplaza hacia arriba, los
contactos se cierran y el cilindro puffer se rellena de gas. La
extincin de arco se realiza en un tiempo inferior a 150
milisegundos.
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Figura 5. Extincin de arco dentro de la cmara del polo1
La unidad de accionamiento posee un resorte de carga operado por
motor o manualmente, el resorte se carga automticamente cuando el
interruptor est 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 reconexin.
1 Tomado de Catlogo ABB
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Figura 6. Partes de la cmara de extincin2
El interruptor MAN30L270, como es su identificacin dentro del
sistema, est funcionando desde al ao 1995 y puesto en
funcionamiento el da 15 de mayo del mismo ao, opera en un tipo de
proceso continuo, es decir, las 24 horas del da durante todo el ao,
est dispuesto y trabajando bajo carga, el rgimen de marcha al que
est sometido durante este tiempo est entre 100 A y 1250 A, esto
puede variar dependiendo de la demanda que vara segn circunstancias
climatolgicas o comerciales. El equipo segn fabricante viene
diseado para 10.000 operaciones mecnicas a corriente nominal, es
decir, en condiciones normales. El da de hoy registra 2114
operaciones de las cuales un 70% han sido por falla, concluyendo el
interruptor est en un 50.72% de su vida til. En el interruptor la
presin normal de operacin del gas a 20C es de 0,72 Mpa, si ste baja
a 0,62 Mpa genera una alarma visualizada en el SCADA para que la
anomala sea corregida por el personal encargado y en 0,60 Mpa se
bloquea el interruptor imposibilitndolo ante cualquier maniobra lo
puede ocasionar daos en los equipos o generar una indisponibilidad
de la lnea.
2 Tomado de Catlogo ABB
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Figura 7. Diagrama de flujo de operacin del interruptor bajo la
condicin 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 CO2-eq y
debe ser utilizado solamente en sistemas cerrados tales como
interruptores de media y alta tensin. Tras su utilizacin, es
posible seguir un programa de reciclado, como por ejemplo la
reutilizacin, para evitar las emisiones en la medida de lo
posible.
Para asegurar la manipulacin 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 Repblica
donde se reglamenta a las empresas la gestin ambiental de los
residuos slidos. 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 lnea respectivamente, su funcin es
aislarlo para mantenimiento, igualmente cuenta con un 3 Tomado de
http://www.afbel.es/documentos/Manipulaci%C3%B3n%20del%20SF6%20v2.pdf
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seccionador de by-pass que permite mantener la continuidad del
servicio de energa en caso de una indisponibilidad del
interruptor.
Figura 8.Configuracin de la subestacin, diagrama unifilar
SCADA4
Existen 2 tipos de condiciones anmalas del interruptor que
generan impactos diferentes ante la presencia de un cortocircuito
en la red elctrica, la primera sucede cuando el interruptor no se
accione, esto puede ocasionar un dao grave en la subestacin
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 supervisin, control y adquisicin de
datos de las subestaciones
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Figura 9. Funcionamiento del interruptor (tomado catlogo
ABB)
La segunda falla ocurre ante el accionamiento no controlado del
interruptor (apertura), esto producira un desabastecimiento del
suministro elctrico a 277 transformadores de distribucin y 8694
usuarios. A continuacin se relaciona el costo que CHEC asumi en el
pago de compensaciones a los usuarios por la energa no servida
entre los aos 2011 a 2013 por fallas atribuibles al interruptor en
mencin:
AO MESTIEMPO
INDISPONIBLE(Hrs)
TOTALCOSTODNA
2011 Enero 2 $4.253.7202011 Diciembre 3 $11.532.0552012 Marzo
2,3 $5.872.1112012 Mayo 0,5 $1.587.2472012 Junio 1,6 $4.432.9002012
Agosto 1 $2.389.7542013 Mayo 0,5 $1.427.425
TOTAL $31.495.212
Tabla 1. Costo de la demanda no atendida, fuente rea Operacin y
Calidad CHEC
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Figura 10. Grafico del costo de la demanda no atendida, fuente
rea Operacin y Calidad
Una suspensin no programada afecta sectores productivos del
municipio de Villamaria, entre ellos, locales comerciales,
supermercados, bancos y pequeas industrias como Color Siete
(textiles), Esmaltados La Montaa (productos para cocina), lecheras,
etc. Al no contar con el suministro de energa pueden generar
prdidas econmicas 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 energa existe una regulacin vigente en Colombia, todas
las empresas prestadoras del servicio de energa deben cumplir
cierta normatividad que garantice la calidad del servicio que se
presta a los usuarios, por tal motivo la CREG a travs de la
Resolucin 097 de 2008, estableci un esquema de incentivos y
compensaciones.
$0$2.000.000$4.000.000$6.000.000$8.000.000
$10.000.000$12.000.000
Enero
Dicie
mbre
Marzo
Mayo
Junio
Agosto
Mayo
2011 2011 2012 2012 2012 2012 2013
TOTALCOSTODNA
TOTALCOSTODNA
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Figura 10. Esquema de Calidad Resolucin CREG 097/2008 Otra norma
que rige al sector elctrico en Colombia y en general los requisitos
para el proceso de transformacin (subestaciones) es el RETIE-
Reglamento Tcnico de Instalaciones Elctricas, de igual forma la
norma NTC 2050- Norma Tcnica Colombiana. Para efectos de los
mantenimientos preventivos y correctivos, la CHEC S.A ESP. cuenta
para la atencin de las 62 subestaciones con los siguientes grupos
de trabajo:
GRUPO1 AsistenteTcnico2(Jefedegrupo)AuxiliarTcnico
3(Liniero) Vinculacin1 1 3 CHEC2 1 3 CHEC3 1 3 Contratista4 1 3
Contratista
Tabla 3. Conformacin grupos de trabajo
El nivel educativo del jefe de grupo es de Tecnlogo en
Electricidad, Electrnica o Electromecnica, el de los auxiliares es
tcnico en reas de conocimiento aplicables al cargo y tarjeta CONTE
categora 3 y 4. Semanalmente uno de los grupos est disponible las
24 horas para atender cualquier falla en el sistema.
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Para determinar los riesgos a los que est 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 Normas de seguridad Todas las
personas involucradas en el mantenimiento debern portar; casco de
seguridad, uniforme de la Empresa, calzado dielctrico y guantes
para el manejo de herramienta 4.4.2 Solicitud de maniobras El
asistente tcnico 2, (Jefe de grupo de mantenimiento), solicita al
Asistente Tcnico 1, (Operador del CLD5), realizar maniobras para
empezar a ejecutar la OT. 4.4.3 Ejecucin de 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 Aplicacin de medidas de seguridad (Reglas de oro)
Asistente tcnico 2- (Jefe de grupo de mantenimiento), verifica las
reglas de oro,1- observa corte visible, 2- verifica ausencia de
tensin en los seccionadores a lado y lado del interruptor, 3-
Condenacin equipos (Seccionadores e Interruptor), 4- Aterriza
equipos a intervenir 5- Delimita el rea 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,
lubricacin del mecanismo de accionamiento del mando
electro-mecnico, ajuste de borneras, conexiones de alta tensin,
conexiones de puesta a tierra y otras actividades indicadas en el
formato respectivo. 4.4.6 Pruebas elctricas 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 operacin Se efectan pruebas de operacin 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 mecnicos,
la cinta delimitadora del rea de trabajo, se pone el interruptor en
posicin remota, se retira el personal del rea y se le informa al
CLD la finalizacin de las labores. 4.4.9 Normalizacin Se normaliza
campo de trabajo. 4.4.10 Diligenciamiento de formatos Se procede a
llenar el formato destinado para este tipo de labor completando
datos faltantes.6 Haciendo la valoracin de las actividades se
encuentran riesgos elctricos (tensiones de paso y contacto),
mecnicos, biolgicos, cadas 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 Centro de
Distribucin Local CHEC 6 Tomado del Sistema de Gestin Integral
CHEC, Manual Mantenimiento Subestaciones y Lneas
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han servido para retroalimentar al personal buscando que no
vuelvan a ocurrir. Todos los integrantes del grupo de trabajo deben
utilizar los elementos de proteccin personal y colectivos y debe
velar por su buen estado. Una situacin comn en el mantenimiento de
interruptores de potencia dentro de una subestacin es que la labor
se realice con partes energizadas alrededor, por tal motivo existen
normas que reglamentan las distancias mnimas 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 presin mxima de 0,125 Mpa, no debe realizarse
ningn trabajo sobre los aisladores del interruptor o piezas
cargadas con corriente, este gas es incoloro e inodoro y a grandes
volmenes corre el riesgo de asfixia. Los repuestos estn ubicados en
el almacn general de la sede principal de la CHEC en Manizales
Estacin Uribe Km 2 Va Autopista del Caf a cinco minutos de
desplazamiento hacia donde se encuentra el interruptor. Los
repuestos se encuentran en una instalacin que cumple con una
humedad de aire inferior al 50% y una temperatura de 20 C +/- 10.
Dentro del almacn se dispone de los repuestos necesarios para
cualquier mantenimiento al interruptor, hay stocks que pueden ser
utilizados cuando se requieran realizando la solicitud respectiva,
anualmente se revisa la rotacin de estos elementos y si es el caso
se presupuestan para su compra en el siguiente ao,
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normalmente la empresa ABB quien provee estos equipos, debe
importar los repuestos.
Figura 12. Ubicacin de la subestacin y el almacn. Tomado de
ortofotomapa Alcalda de Manizales
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ANEXO 17
DATOSTECNICOS VALORESOPERATIVOSTensin(KV) 2440,5Frecuencia(Hz)
5060Corrientenominal(A) 1250Corrientedecortocircuito(KA) 26,3
SecuenciadeoperacinO0.3secCO3minCO/CO15secCO
Pesoaproximado(Kg) 800Altura(mm) 3990Ancho(mm)
1900Resistenciaporpolo