Guía1

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

GUÍA PRÁCTICA INSTRUCCIONAL MANTENIMIENTO PARA REDES DE ALTA TENSIÓN

WILKINS SALAZAR (2015)

TEMARIO Pág.

Prólogo

3

Pensamiento

4

Mantenimiento

5

Funciones del mantenimiento eléctrico

5

Importancia

5

Etapas para la organización y ejecución del mantenimiento eléctrico

6

Tipos de mantenimiento

7

Seguridad y prevención

9

Seguridad y prevención en instalaciones de alta tensión

9

Líneas eléctricas

10

Clasificación de las líneas eléctricas

11

Componentes de un línea aérea

11

Estructuras de retención

22

Conductores aislados

23

Instalaciones con dificultades para la practica de los trabajos con tensión

28

Mantenimiento de líneas de transmisión

32

Riesgos asociados a los trabajos en líneas de transmisión

34

Mantenimiento de subestaciones de alta tensión

35

Plan de protección.

41

Trabajos en redes eléctricas subterráneas

41

Bibliografia

47

PRÓLOGO El presente trabajo es un aporte al Instituto Universitario de Tecnología “Antonio José de Sucre” (IUTAJS), y tiene por finalidad facilitar la preparación de los alumnos que cursan la carrera electricidad. Se pretende brindar una orientación en el estudio analítico de los diferentes temas, para ello, esta Guía Instructiva de Mantenimiento para redes de Alta Tensión está organizada en los tipos de mantenimientos y pasos para realizar mantenimientos.

El objetivo de la presente guía es proporcionar unas nociones básicas acerca de los mantenimientos a ejecutar en líneas de alta tensión, los posibles riesgos y peligros que entraña el trabajo dichas áreas, cómo actuar en caso de accidente y lo más importante, las normas de conducta y trabajo que impidan ese tipo de situaciones.

Se aclara que de la información recopilada, los autores y bibliografía acertada se encuentra al final de la guía.

“

La electricidad es el alma del

”

universo.

John Wesley

MANTENIMIENTO Las normas COVENIN 3049-93 definen al mantenimiento como el conjunto de acciones que permiten conservar o restablecer un sistema productivo a un estado especifico, que pueda cumplir un sistema determinado. Son todas las actividades necesarias para mantener el equipo e instalaciones en condiciones adecuadas para la función que fueron creadas. El mantenimiento dentro de la industria es el Motor de la producción, sin mantenimiento no hay producción.

Funciones del Mantenimiento Eléctrico Funciones primarias Mantener, reparar y revisar los equipos.

Modificar, instalar, remover equipos defectuosos.

Desarrollar programas de mantenimiento preventivo y programado.

Selección y entrenamiento del personal.

Funciones secundarias Asesorar la compra de los nuevos equipos.

Hacer pedidos de repuestos y herramientas.

Mantener los equipos de seguridad y demás sistemas de protección.

Llevar la contabilidad e inventario de los equipos.

Importancia El buen uso y mantenimiento de las instalaciones eléctricas salva vidas, mejora el rendimiento de los equipos, ahorra considerables sumas de dinero y disminuye el consumo de energía. Sin embargo, su puesta en práctica no es tan habitual como se esperaría y los accidentes consecuentes de su omisión siguen en aumento.

ETAPAS PARA LA ORGANIZACIÓN Y EJECUCIÓN DEL MANTENIMIENTO ELECTRICO Para poder garantizar la disponibilidad operacional de equipos eléctricos, el mantenimiento debe ser ejecutado de manera continua y permanente a través de planes y objetivos precisos y claramente definidos. Teniendo en cuenta los siguientes términos: Acciones Las acciones más importantes de mantenimiento eléctrico son:

1 2 4 P 53lP S ar uE Cno pj o ig ee n fr rc t ia vu r cm ic o aa si Partes: l cc ió ii ón óó o se hacen sin interrupciones.

Continúas: Que duran n nn

Permanentes: Con una duración constante.

Predecir: Conocer, deducir lo que ha de suceder.

Asegurar: Establecer, fijar sólidamente, preservar de daños a las personas y equipos.

Funcionamiento: velar por el buen funcionamiento de los equipos.

TIPOS DE MANTENIMIENTO La finalidad principal de un buen mantenimiento es reducir los tiempos de intervención sobre el equipo o instalación, obteniendo así la menor indisponibilidad de servicio, adoptando así las siguientes estrategias: 1.- Mantenimiento rutinario.

2.- Mantenimiento preventivo.

3.- Mantenimiento programado.

4.- Mantenimiento predictivo.

5.- Mantenimiento correctivo.

1.- Mantenimiento rutinario: Esta mantenimiento es una guía para evaluar las condiciones en las que se encuentra una instalación eléctrica, establece requisitos para su diagnóstico y evaluación, para asegurar una protección adecuada contra problemas como: cortocircuitos eléctricos, efectos térmicos, sobre corriente, corrientes de falla o sobretensiones, es decir, un monitoreo de los parámetros eléctricos, además de las características constructivas de nuestro sistema.

2.- Mantenimiento preventivo: Es la práctica de realizar pruebas y servicio en las instalaciones eléctricas de tal forma que se puedan detectar, reducir o eliminar los problemas inminentes en dichos equipos, ya sea desconectando el equipo o a potencial eléctrico, logrando así la reparación o reemplazo de parte de la instalación.

ALCANCE: Se recomienda como norma general que el mantenimiento preventivo se haga en todo centro de trabajo ya que servirá para llevar el control de todas sus revisiones, aunque haya algunas instalaciones o maquinaria con normativa específica con el mantenimiento externalizado.

3.- Mantenimiento programado: En el sistema eléctrico nacional se llama mantenimiento programado o mayor, cuando a una instalación de una empresa cualquiera, una fecha de desconexión superior a 24 horas con o sin pérdida de consumos y/o suministro. La programación debe ser coordinada desde el director designado por la empresa.

4.- Mantenimiento predictivo: El mantenimiento predictivo es una técnica para pronosticar el punto futuro de falla de un componente de una instalación o equipo, de tal forma que dicho componente pueda reemplazarse, con base en un plan, justo antes de que falle. Así, el tiempo muerto del equipo se minimiza y el tiempo de vida del componente se maximiza.

Un ejemplo es determinar la vida útil de cada elemento que compone una línea de transmisión o subestación, equipos antiguos o dañados que soportaran fallas anteriores.

5.- Mantenimiento correctivo: Se entiende por mantenimiento correctivo a la corrección de las fallas cuando éstas se presentan en las instalaciones, que en otras palabras se traduce en la acción de reparar la falla en una línea o subestación de poder.

Un ejemplo es la reparación de algún conductor cortado o aislación dañada o el reemplazo de alguna estructura que se haya visto sometida a algún choque por transporte vehicular.

Fig. 1 Mantenimiento correctivo: Reparación de conductor cortado en línea de transmisión

SEGURIDAD Y PREVENCIÓN EN INSTALACIONES DE ALTA TENSIÓN Consiste en un servicio anual de mantenimiento preventivo que permite detectar defectos potenciales y reponer el material fungible. Dicha revisión conlleva el ejercicio de las siguientes tareas: Limpieza de cabinas y barras.

Revisión de enclavamientos, elementos mecánicos, calibración de elementos magneto térmicos, de interruptores, de juntas y fugas de aceite.

Mediciones de aislamiento en barras, de resistencia de tierra.

Verificación de actividad en diversos puntos de las curvas de funcionamiento de los relés.

Pruebas y control del líquido aislante de los transformadores.

Revisión de niveles y densidad del electrolito de baterías y descargadores.

Una vez efectuada esta revisión, se realiza un informe que recoge todas las incidencias detectadas.

BENEFICIOS Existe además la posibilidad de realización de mantenimiento correctivo.

Con el Servicio de mantenimiento de instalaciones eléctricas de

alta tensión conseguirás los siguientes beneficios: Cumplimiento de las leyes vigentes.

Continuidad en su actividad en óptimas condiciones.

Prevención de daños mayores en las instalaciones, con el consiguiente ahorro.

Seguridad de las personas.

Los trabajos deben ser realizados por personal especializado.

Líneas eléctricas Una línea de transmisión eléctrica es básicamente el medio físico mediante el cual se realiza la transmisión y distribución de la energía eléctrica, está constituida por: conductores, estructuras de soporte, aisladores, accesorios de ajustes entre aisladores y estructuras de soporte, y cables de guarda (usados en líneas de alta tensión, para protegerlas de descargas atmosféricas); es de suma importancia el estudio de las características eléctricas en los conductores de las líneas, estas abarcan los parámetros impedancia y admitancia, la primera esta conformada por la resistencia y la inductancia uniformemente distribuidas a lo largo de la línea y se representa como un elemento en serie. La segunda esta integrada por la susceptancia y la conductancia y en este caso se representa como un elemento en paralelo, la conductancia representa las corrientes de fuga entre los conductores y los aisladores, esta es prácticamente despreciable por lo que no es considerado un parámetro influyente, las características tanto de los elementos físicos como eléctricos se explicaran a continuación.

CLASIFICACIÓN DE LAS LÍNEAS ELÉCTRICAS Las líneas eléctricas de se pueden clasificar por su función en: a) Líneas de transmisión. Son aquellas que se utilizan para transportar la energía eléctrica a grandes distancias, a niveles de voltajes superiores a los 34.500v. Estas constituyen el eslabón de unión entre las centrales generadoras y las redes de distribución. Para la construcción de estas líneas se utilizan casi exclusivamente conductores metálicos desnudos, que se obtienen mediante cableado de hilos metálicos (alambres) alrededor de un hilo central. b) Líneas de distribución. Son aquellas que van desde las subestaciones hasta los centros de consumo como son las industrias, domicilios y alumbrado público, los niveles de tensión utilizados son por debajo de los 34.500v. Los conductores en media tensión siguen siendo desnudos, pero en baja tensión se usan conductores aislados, para mayor seguridad en zonas urbanas.

COMPONENTES DE UN LÍNEA AÉREA Las líneas aéreas están constituidas tanto por el elemento conductor, usualmente cables de cobre o aluminio, como por sus elementos de soporte, las Torres de alta tensión, y los aisladores a) Conductores : En la construcción de líneas aéreas de transmisión de energía eléctrica, se utilizan casi exclusivamente conductores trenzados, los cuales son cables formados por alambres, en capas alternadas, enrolladas en sentidos opuestos. Esta disposición alternada de las capas evita el desenrollado y hace que el radio externo de una capa coincida con el interior de la siguiente. El trenzado proporciona flexibilidad con grandes secciones transversales.

El conductor trenzado puede realizarse con hilos del mismo metal, o de distintos metales, según cuales sean las características mecánicas y eléctricas deseadas. Si los hilos son del mismo diámetro, la formación obedece a la siguiente ley: nh = 3 c2 + 3 c + 1 siendo: nh = número de hilos ; c = número de capas Por lo tanto es común encontrar formaciones de 7, 19, 37, 61, 91 hilos, respectivamente 1 a 5 capas Los metales utilizados en la construcción de líneas aéreas deben poseer tres características principales: baja resistencia eléctrica, elevada resistencia mecánica, de manera de ofrecer resistencia a los esfuerzos permanentes o accidentales y bajo costo.

Los metales que satisfacen estas condiciones son relativamente escasos, los cuales son: cobre, aluminio, aleación de aluminio y combinación de metales (aluminio acero) Conviene para cada caso particular investigar el metal más ventajoso, teniendo en cuenta las observaciones generales que siguen.

Cobre El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es cobre electrolítico de alta pureza. Se obtiene electrolíticamente, por refinado: un electrodo de cobre hace de cátodo y un electrodo de cobre con impurezas hace de ánodo; el cobre electrolítico se deposita cobre el cátodo. Las características del cobre electrolítico coinciden, casi exactamente con las del cobre puro, ya que el contenido mínimo de cobre ha de ser de 99.9 %.Este tipo de cobre se presenta en los siguientes grados de dureza o temple: Cobre recocido. El cobre recocido llamado también cobre blando tiene una resistencia a la rotura de 22 a 28 [Kg/mm2]. El cobre recocido a 20º C de temperatura ha sido adoptado como cobre-tipo para las transacciones comerciales en todo el mundo. El cobre recocido es dúctil, flexible y se utiliza, sobre todo, para la fabricación de conductores eléctricos que no hayan de estar sometidos a grandes esfuerzos mecánicos.

Cobre semiduro. Tiene una resistencia a la rotura de 28 a 34 [Kg. /mm2] y no es tan dúctil ni maleable como el cobre recocido.

Cobre duro. El cobre duro trabajado, en frió tiene, adquiere dureza y resistencia mecánica, aunque a expensas de su ductilidad y maleabilidad. El cobre duro tiene una resistencia a la rotura de 35 a 47 [Kg/mm2] y sus buenas propiedades mecánicas se emplea para conductores de líneas eléctricas exteriores, donde han de estar sometidos a esfuerzos mecánicos elevados; este tipo de cobre no es muy empleado en instalaciones interiores, debido a que se manipula más difícilmente, que el cobre recocido.

Aleaciones de Cobre Los que son solubles en cantidad moderada en una solución sólida de cobre, telas como el manganeso, el níquel, el zinc, el estaño, el aluminio, etc., generalmente endurecen el cobre y disminuyen su ductilidad, pero mejoran sus condiciones de laminado y de trabajo mecánico.

De una forma general se puede decir que las aleaciones de cobre mejoran algunas de las propiedades mecánicas o térmicas del cobre puro, pero a excepción de las propiedades eléctricas. Las aleaciones de cobre las utilizadas son las siguientes: Latones Los latones son aleaciones de cobre y zinc con un 50 % de este último metal como máximo, ya que a partir de dicho porcentaje, las aleaciones resultan frágiles. La conductividad eléctrica es relativamente baja, por lo que su empleo no es tan extendido.

Bronces Los bronces son aleaciones de cobre y estaño. Pero actualmente las aleaciones dejaron de ser binarias para pasar a ser ternarias, introduciendo un tercer elemento, además del cobre y el estaño, como fósforo, silicio, manganeso, zinc, cadmio, aluminio; según el tercer elemento es

Cuando un conductor esta destinado a líneas aéreas, el mismo debe ser capaz de satisfacer las exigencias mecánicas a las que estará sometido una vez tendido. Las mismas son del resultado de la acción de su propio peso y de los agentes mecánicos exteriores (viento, hielo, etc.). De ahí que el conocimiento de su carga de rotura total a la tracción sea imprescindible. Con el objeto de aumentar en todo lo posible la resistencia especifica a la tracción, el material deberá estar al estado puro, o sea su característica metalográfica básica serán los granos pequeños. Ello como es lógico, acarrea la disminución de su conductividad eléctrica, la cual desciende más cuanto mayor sea el grado de dureza obtenido. En la práctica se han definido sólo los estados extremos, y es así que se utilizan dos tipos de cobres, según sea destinado a líneas aéreas (cobre duro), o a usos no aéreos (cobre recocido, en el que es crítico el conocimiento de su conductividad.)

Pese a la menor resistencia eléctrica y superiores aptitudes mecánicas el cobre ha dejado de ser utilizado en la construcción de líneas aéreas, esto es especialmente notado en alta y muy alta tensión.

Aluminio El aluminio es el material que se ha impuesto como conductor de líneas aéreas, debido a su menor costo y ligereza con respecto a los de cobre para un mismo valor de resistencia.

También es una ventaja el hecho de que el conductor de aluminio tenga un mayor diámetro que el de cobre con la misma resistencia. Con un diámetro mayor, las líneas de flujo eléctrico que se originan en el conductor, se encuentran más separadas en su superficie para el mismo voltaje. Esto significa que hay un menor gradiente de voltaje en la superficie del conductor y una menor tendencia a ionizar el aire que rodea al conductor. La ionización o descargas eléctricas debido a la ruptura del dieléctrico del aire producen un fenómeno indeseable llamado Efecto Corona.

Los conductores en base a aluminio utilizados en la construcción de líneas aéreas se presentan en las siguientes formas: Conductor homogéneo de aluminio puro (AAC) El aluminio es, después del cobre, el metal industrial de mayor conductividad eléctrica.

Esta se reduce muy rápidamente con la presencia de impurezas en el metal, por lo tanto para la fabricación de conductores se utilizan metales con un título no inferior al 99.7%, condición esta que también asegura resistencia y protección de la corrosión. Los conductores de aluminio 1350 de se clasifican de la siguiente forma:  Clase AA: Conductores normalmente usados en líneas de transmisión aéreas.

Figura 2 Conductores homogéneos de aluminio  Clase A: Conductores a ser recubiertos por materiales resistentes al clima y conductores desnudos con alta flexibilidad.  Clase B: Conductores a ser aislados con diversos materiales y conductores que requieren mayor flexibilidad.  Clase C: Conductores que requieren la más alta flexibilidad.

Conductor homogéneo de aleación de aluminio (AAAC) Se han puesto a punto aleaciones especiales para conductores eléctricos.

Contienen pequeñas cantidades de silicio y magnesio (0.5 0.6 % aproximadamente) y gracias a una combinación de tratamientos térmicos y mecánicos adquieren una carga de ruptura que duplica la del aluminio (haciéndolos comparables al aluminio con alma de acero), perdiendo solamente un 15 % de conductividad (respecto del metal puro).

Utilizado normalmente para distribución eléctrica primaria y secundaria. Posee una alta relación resistencia/peso .La aleación de aluminio del cable AAAC ofrece mayor resistencia a la corrosión que el cable ACSR. Una de las aleaciones de aluminios más conocida es el ARVIDAL. Conductor mixtos aluminio con alma de acero (ACSR) Estos cables se componen de un alma de acero galvanizado recubierto de una o varias capas de alambres de aluminio puro. El alma de acero asigna solamente resistencia mecánica del cable, y no es tenida en cuenta en el cálculo eléctrico del conductor.

Figura 3 Sección transversal de un conductor con refuerzo de acero con 7 hilos de acero y 24 de aluminio

En la Figura 3 se muestra la sección transversal de un cable de aluminio con refuerzo de acero (ACSR). El conductor que se muestra tiene 7 hilos de acero que forman el núcleo central alrededor del cual hay dos capas de hilos de aluminio. Hay 24 hilos de aluminio en las capas externas. El conductor trenzado se especifica como 24 A1/7 St, o simplemente 24/7. Se obtienen diferentes esfuerzos de tensión, capacidades de corrientes y tamaños de conductores al usar diferentes combinaciones de acero y aluminio. Otros tipos de ASCR son:

ACSR/AW - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero Aluminizado

El conductor ACSR/AW ofrece las mismas características de fortaleza del ACSR pero la corriente máxima que puede soportar el cable y su resistencia a la corrosión son mayores debido al aluminizado del núcleo de acero. Provee mayor protección en lugares donde las condiciones corrosivas del ambiente son severas.

ACSR/TW - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero Las estructuras a utilizar deben ser evaluadas cuidadosamente debido al gran peso de este conductor.

ACSR/AE - Conductor de Aluminio con Refuerzo de Acero Como su nombre lo indica, el ACSR/AE (Air Expanded) ACSR es un conductor cuyo diámetro ha sido incrementado o "expandido" por espacios de aire entre las capas exteriores de aluminio y el núcleo de acero.

3

Figura 4 Conductor ASCR/AE

Conductores De Aluminio Con Alma De Aleación (ACAR) EL ACAR tiene un núcleo central de aluminio de alta resistencia rodeado por capas de conductores eléctricos de aluminio.

Independientemente de las características eléctricas y mecánicas que conducen a la elección de un tipo de conductor u otro, no se deben perder nunca de vista los principios básicos de uso de conductores de aluminio: 1) Los conductores de aluminio se utilizan siempre en forma de conductores trenzados, debido a que poseen mejor resistencia a las vibraciones que los conductores de un único alambre.

2) Expuestos a la intemperie se recubren rápidamente de una capa protectora de óxido insoluble y que protege al conductor contra la acción de los agentes exteriores. Pese a esto deberá prestarse atención cuando hay ciertos materiales en suspensión en la atmósfera, zonas de caleras, cementeras, etc. exigen seleccionar una aleación adecuada.

3) Ciertos suelos naturales atacan al aluminio en distintas formas, por lo que no es aconsejable utilizarlo para la puesta a tierra de las torres, al menos cuando se ignoran las reacciones que el suelo puede producir.

4) El aire marino tiene una acción de ataque muy lenta sobre el aluminio, de todos modos numerosas líneas construidas en la vecindad del mar han demostrado óptimo comportamiento, en estos casos se deben aumentar las precauciones en lo que respecta al acierto en la elección de la aleación y su buen estado superficial, en general el ataque será más lento cuanto menos defectos superficiales existan. Los defectos superficiales son punto de partida de ataques locales que pueden producir daños importantes, si no se presentan entalladuras o rebabas (que pueden ser causadas por roces durante el montaje) los hilos serán menos sensibles al ataque exterior.

5) El aluminio es electronegativo en relación a la mayoría de los metales que se utilizan en las construcciones de líneas, y por esto se debe tener especial cuidado en las uniones.

6) La temperatura de fusión del aluminio es 660 grados C (mientras el cobre funde a 1083 grados C) por lo tanto los conductores de aluminio son más sensibles a los arcos eléctricos.

A su vez los conductores de aleación de aluminio presentan algunas ventajas respecto de los de aluminio acero, a saber: Mayor dureza superficial, lo que explica la más baja probabilidad de daños superficiales durante las operaciones de tendido, particularidad muy apreciada en las líneas de muy alta tensión, ya que como consecuencia se tendrán menos pérdidas por Efecto Corona, y menor perturbación radioeléctrica. Menor peso, por lo que es más económico.

Una desventaja que debe señalarse para la aleación de aluminio es que por ser sus características mecánicas consecuencia de tratamientos térmicos, el cable es sensible a las altas temperaturas (no debe superarse el límite de 120 grados C) por lo que debe prestarse especial atención al verificar la sección para las sobre corrientes y tener particularmente en cuenta la influencia del cortocircuito.

El conductor es el componente que justifica la existencia de la línea, por lo tanto toda la obra se hace para sostenerlo, y entonces es valida la afirmación de que su elección

Además no debe olvidarse de respetar los límites de temperatura con la corriente de régimen, y con la máxima solicitación de cortocircuito, no se debe alcanzar una temperatura tal que provoque una disminución no admisible de la resistencia mecánica del conductor. En la siguiente tabla se puede apreciar las características físicas y eléctricas tanto del cobre como del aluminio.

Tabla 1 Características del cobre y el aluminio PROPIEDADES

ALUMINIO 99,5%

COBRE

Densidad a 20ªC

2,7

8,90

658

1.083

23.10-6

16,4.10-6

0,28

0,09

0,52

0,92

Resistividad eléctrica Ohm.cm2/m a 20ºC

0,0285

0,017

Módulo de elasticidad kg/mm2

6.900

11.200

temperatura de fusión o de fusión incipiente ºC Coeficiente de dilatación lineal entre 20 y 100ºC Calor específico cal/g ºC a 20ºC Conductibilidad térmica cal.cm/cm2.seg.ºC a20ºC

Tabla 2 relación de características entre cobre y aluminio

Aluminio A IGUAL CONDUCTIBIDAD ELECTRICA A IGUAL CALENTAMIENTO A IGUAL SECCION

Relación de las secciones Relación de los diámetros Relación de los pesos Relación de las cargas a la rotura Relación de las secciones Relación de los pesos Relación de las conductividades Relación de los pesos

1.64 1.28 0.50 0.78 1.405 0.424 0.61 0.30

Cobre 1 1 1 1 1 1 1 1

b)

Aisladores:

Sirven de apoyo y soporte a los conductores, al mismo tiempo que los mantienen aislados de tierra. El material más utilizado para los aisladores es la porcelana, aunque también se emplea el vidrio templado y materiales sintéticos.

Bajo el punto de vista eléctrico, los aislantes deben presentar mucha resistencia ante las corrientes de fuga superficiales y tener suficiente espesor para evitar la perforación ante el fuerte gradiente de tensión que deben soportar. Para aumentar la resistencia al contacto, se moldean en forma acampanada.

Bajo el punto de vista mecánico, deben ser suficientemente robustos para resistir los esfuerzos debidos al peso de los conductores. Existen 2 tipos principales: Aisladores Fijos: Unidos al soporte un herraje Figura 5por Aisladores fijosfijo y no pueden, por consiguiente, cambiar normalmente de posición después de su montaje.

Aisladores en cadenas Constituidos por un número variable de elementos según la tensión de servicio; formando una cadena móvil alrededor de su punto de unión al soporte. Éste es el tipo de aislador más empleado en media y en alta tensión.

Figura 6 Aisladores en cadena

Existen diversos tipos de aisladores de cadena, que a continuación se detallan: Caperuza-vástago, este aislador se compone de una campana de porcelana o vidrio templado, en forma de disco y que lleva en su parte inferior algunas ondulaciones. En la parte superior de la campana está empotrada una caperuza de fundición o acero, y en su parte inferior en un hueco bastante reducido, lleva un vástago sellado al aislador. La figura 7 muestra la disposición de los aisladores en una cadena de suspensión o en una cadena de amarre.

Figura 7 Aisladores en cadena de suspensión y aisladores en cadena de amarre

Campana (discos), este elemento está constituido por un núcleo cilíndrico de porcelana de diámetro comprendido entre 60 y 85 mm., y provisto de dos faldas anchas. La unión de los aisladores campana entre sí se hace con un pequeño vástago cilíndrico terminado en dos rótulas (figura 8). La diferencia esencial entre el aislador campana y el elemento caperuza-vástago, reside en el hecho de que el primero es rigurosamente imperforable en servicio, mientras que el segundo puede, en ciertas circunstancias, perforarse antes de ser contorneado, especialmente por la acción simultánea de esfuerzos mecánicos y acciones eléctricas.

Figura 8 Aislador tipo campana

Figura 9 Elemento de la cadena de aisladores La sujeci贸n del aislador al poste se realiza por medio de herrajes .En la figura 10 se muestran los diferentes tipos de herrajes

Figura 10 Herrajes

c)

Estructuras Soportes

Estas deben mantener los conductores a suficiente altura sobre tierra y distanciados entre sí. En la parte más alta de la torre, se ponen conductores desnudos, llamados de guarda, que sirven para apantallar la línea e interceptar los rayos antes que alcancen los conductores activos situados debajo. Estos no conducen corriente alguna, por lo que normalmente se hacen de acero y se conectan solidariamente a tierra en cada torre. Las torres se conectan solidariamente a tierra, tomándose grandes precauciones para asegurar que la resistencia a tierra sea baja.

Las estructuras de una línea pueden ser clasificadas en relación a su función, la forma de resistir los esfuerzos, y los materiales constructivos.

Por su función las estructuras se clasifican en: Estructuras de suspensión.

Los conductores están suspendidos mediante cadenas de aisladores, que cuelgan de las ménsulas de las torres. Resisten las cargas verticales de todos los conductores (también los cables de guarda), y la acción del viento transversal a la línea, tanto sobre conductores como sobre la misma torre. No están diseñadas para soportar esfuerzos laterales debidos al tiro de los conductores, por lo que se instalan en tramos rectos.

Figura 11Torre de suspensión de doble terna

Estructuras de retención Son para los lugares en donde la línea debe soportar esfuerzos laterales, producto del cambio de dirección o finales de línea básicamente se distinguen tres tipo: Terminal.

La

disposición

de

los

conductores

es

perpendicular a las ménsulas, la torre se dimensional para soportar fundamentalmente el tiro de todos los conductores de un solo lado, y en general es la estructura más pesada de la línea.

Angular.

Se ubica en los vértices cuando hay cambio de dirección de la línea, la carga más importante que soporta es la componente del tiro (debida al ángulo) de todos los conductores.

Rompetramos.

Algunas normas de cálculo sugieren el uso de estas estructuras con la finalidad básica de limitar la caída en cascada (dominó) de las estructuras de suspensión, y para facilitar el tendido cuando los tramos rectilíneos son muy largos. Cuando el diseño de las suspensiones se hace con criterio de evitar la caída en cascada el uso

de

estructuras

innecesario.

rompetramo

se

hace

Figura 12 Torre de retención angular

Respecto de los esfuerzos, puede decirse que las estructuras de la línea resisten en general tres tipos de esfuerzos en condiciones normales:  Cargas verticales debidas al peso propio, conductores, aisladores.  Cargas transversales debidas al viento sobre estructuras y conductores.  Cargas longitudinales debidas al tiro de los conductores.

Los materiales empleados usualmente para realizar la estructura son: madera, hormigón, acero y en zonas de difícil acceso en algunos casos se emplea el aluminio.

CONDUCTORES AISLADOS Los cables aislados consisten, esencialmente, en uno o más conductores aislados mediante material enrollado sobre los conductores; además, dependiendo del tipo de cable y de la tensión para la que ésta diseñado, existen otros elementos que tienen principalmente por objeto lograr el mejor aprovechamiento de las cualidades de los aislamientos y la preservación de esas cualidades. Estos cables pueden clasificarse en cable monopolar y cable tripolar

En el caso general pueden distinguirse las siguientes partes componentes en un cable:

Figura 13 cable unipolar

a) El conductor: puede ser de cobre o aluminio y presentar una de las formas siguientes: solidó, compacto o concéntrico.

Figura 14conductores subterráneos

b)

Cubierta Semiconductora

La cubierta semiconductora que se coloca inmediatamente sobre el conductor, tiene por objeto uniformar el gradiente eléctrico en la superficie del conductor, eliminando las distorsiones del campo eléctrico debidas a las protuberancias constituidas por los hilos de la capa exterior. El uso de materiales semiconductores se debe a que en esta forma se reduce la intensidad de las cargas eléctricas que pueden producir ionización, con respecto a la que se tendrá si se utilizasen cubiertas metálicas.

La cubierta semiconductora puede estar constituida por una cinta de papel de papel saturado en carbón coloidal, enrollada directamente sobre el conductor. Esta disposición se usa, por ejemplo, en los cables aislados con papel impregnado. En cables con aislamientos extraídos de construcción moderna, la cubierta semiconductora se aplica por extrusión usando un material semiconductor adecuado. c)

El Aislante, puede ser de:

Papel impregnado fue uno de los primeros materiales utilizados para el aislamiento de los cables para la transmisión de energía eléctrica y continua siendo el mejor aislamiento para cables de alta tensión. Sus principales características son las siguientes: Alta rigidez dieléctrica, bajas pérdidas dieléctricas, resistencia elevada a las descargas parciales (ionización), posee buenas características térmicas Su gran desventaja consiste en que es muy higroscópico y que la absorción de la humedad deteriora considerablemente sus cualidades dieléctricas, por esta razón el aislamiento de papel debe secarse perfectamente durante el proceso de fabricación del cable y protegerse con un forro hermético.

Para realizar este tipo de aislamiento se enrolla sobre el conductor cintas de papel, helicoidalmente, en capas superpuestas, hasta obtener el espesor de aislamiento deseado; a continuación se seca y se desgasifica el aislamiento calentándolo y sometiéndolo a un vacío elevado y se impregna con aceite mineral. Este aceite mineral para la impregnación se mezcla con una resina vegetal para aumentar su viscosidad y evitar así la migración del aceite aislante por gravedad hacia las partes más bajas de la instalación. En cables para tensiones más elevadas, el aislamiento se mantiene bajo presión por diferentes medios.

Termoplásticos: Son materiales orgánicos sintéticos obtenidos por polimerización. Se vuelve plástico al aumentar la temperatura lo que permite aplicarlos por extrusión en caliente sobre los conductores, solidificándose después al hacer pasar el cable por un baño de agua fría. Los termoplásticos más utilizados como aislamientos de cables eléctricos son el cloruro de polivinil (PVC) y el polietileno. El PVC mezclado con otra sustancia se utiliza extensamente como aislante sobre todo en cables de baja tensión, debido a su bajo costo, a su mayor resistencia a la ionización comparado con otros aislamientos orgánicos sintéticos y a poder obtenerse con mezclas adecuadas, temperaturas de operación que van desde 60º C a 150º C. Tiene el inconveniente de tener una constante dieléctrica elevada y en consecuencia pérdidas eléctricas altas, lo que limita su empleo en tensiones más elevadas. Actualmente se fabrica cable con aislamiento de PVC para tensiones hasta de 23000V.

El polietileno que se obtiene por polimeración de gas etileno, tiene excelentes características como aislante eléctrico: rigidez dieléctrica comparable a la del papel impregnado y pérdidas dieléctricas menores. Tienen también una conductividad térmica mayor que el papel impregnado, lo que facilita la disipación del calor. Las desventajas del polietileno es que puede producirse deterioro del aislamiento debido a descargas parciales producidas por ionización, su punto de fusión es bastante bajo del orden de los 110º C lo que limita la temperatura de operación de los cables aislados con polietileno a 75º C. Para mejorar las características térmicas se han desarrollado el polietileno de alta densidad y el polietileno vulcanizado o de cadena cruzada. El polietileno de alta densidad tiene un punto de fusión de 130º C mejores cualidades mecánicas y un costo menor.

Termofijo: Los aislamiento agrupados bajo el nombre de termofijos están constituidos por materiales que se caracterizan porque, mediante un proceso de vulcanización, se hace desaparecer su plasticidad y se aumenta su elasticidad y la consistencia mecánica. Éstos se aplican generalmente por extrusión y se someten a un proceso de vulcanización elevando la temperatura a los valores requeridos. Los más usados son el hule natural y los hules sintéticos, conocidos con el nombre genérico de elastómeros y más reciente algunos derivados del polietileno. d) La pantalla: Esta constituida por una capa conductora colocada sobre el aislamiento y conectada a tierra, que tiene por objeto principal crear una superficie equipotencial para obtener un campo eléctrico radial en el dieléctrico. La pantalla sirve también para blindar el cable contra potenciales inducidos por campos eléctricos externos y como protección para el personal, mediante su conexión efectiva en tierra.

Puede realizarse mediante una cinta de papel metalizado o una cinta de un metal no magnético (cobre o aluminio) de un espesor del orden de los .8 mm, enrollada sobre el aislamiento. En los cables para alta tensión en los que los gradientes eléctricos aplicados al aislamiento son bajos, no se requiere un control de la distribución del campo eléctrico y por lo tanto puede prescindirse de la pantalla metálica; sin embargo ésta se usa en ocasiones en cables de baja tensión, para evitar la inducción de potenciales en los conductores, debidos a los campos eléctricos externos. e) Cubierta, Esta se coloca para proteger al cable contra agentes externos: humedad, calor, agentes químicos, esfuerzo mecánico durante el tendido. Puede ser metálica (plomo), termoplástica (PVC), elastomérica (neopreno) o textil (yute impregnado en asfalto), según la aplicación del cable.

En cables empleados en las redes de distribución, se recubre todo además con cinta de acero para protección mecánica (flejes de acero), en cuyo caso el cable se llama "armado".

CALIBRE DE LOS CONDUCTORES Se entiende por calibre, el área de la sección transversal, o cualquier otro parámetro que la defina (radio o diámetro). Existen dos sistemas internacionales aceptados, para definir el calibre de los conductores, estos son: ·

Sistema AWG

·

Sistema MCM

El sistema AWG, proviene de las iniciales inglesas American Wire Gaje, en el sistema los calibres son definidos por una escala numérica, que cumple con que la relación entre números sucesivos de calibre es constante, entonces obedece a una progresión geométrica (cuya razón es 1.2610) La clasificación de los conductores AWG, resulta bastante acertada para los conductores de aplicación general, residencial e industrial, pero en la transmisión de grandes bloques de energía, en los sistemas de potencia, el calibre de los conductores supero los valores establecidos por la AWG, siendo necesario implementar un sistema que admitiera calibres mayores, y es donde nace el concepto de MILS. Un mils es una unidad de longitud inglesa, que se define como la milésima de una pulgada.

(1.1)

En función de esta unidad de longitud se puede definir el área de la sección transversal que especifican los conductores, por lo que se adopta el circular mil, que corresponde al área de una circunferencia cuyo diámetro es un mil (1/1000pulg.)

(1.2)

(1.3)

(1.4) Entonces, debe ser bien comprendido que un circular mil es una unidad de área que relaciona el calibre del conductor con su área. Es utilizado para especificar alambres sólidos y conductores trenzados, si se desea conocer el área del conductor, siendo conocido su diámetro en pulgadas, solo se debe operar por

(1.5)

Donde d es expresado en pulgadas.

Los conductores que transmiten grandes bloques de potencia, requieren de secciones transversales grandes, por lo que el cmil, es una unidad muy reducida para la definición cotidiana de conductores, en vez de ésta se ha definido el mcmil, que corresponde a un mil cmil.

Instalaciones con dificultades para la prรกctica de los trabajos con tensiรณn A) REDES AEREAS DE ALTA TENSIร N A.1)Tipos constructivos que no respetan la distancia de seguridad Los aisladores orgรกnicos para redes tipo LINE POST, habitualmente no respetan la distancia de seguridad para la prรกctica del TCT a Distancia desde escalera

Reglamento AEA

132 kV

220 kV

Distancia seguridad

1.50 mts

2.10 mts

Posible solución: construcción de las redes con la instalación de un prolongador entre la estructura y la base del aislador. De este modo se logra alejar el potencial vivo mas allá de la distancia de seguridad.

A.2) Líneas Aéreas de Alta Tensión con instalaciones de otro nivel de tensión en la misma estructura.

Red de Alta Tensión 132 kV en simple terna

Red de Media Tensión 13.2 kV en doble terna

Una forma de reducción del impacto ambiental

es

la

construcción

de

instalaciones de distinto nivel de tensión en una única estructura.

Este tipo constructivo no permite el acceso desde escalera para la practica del TCT a distancia

A.3) Estructuras tubulares que no contemplan el acceso de personal.

Cuando la posición de trabajo del personal de TCT requiere acceder al extremo del travesaño horizontal se producen incomodidades

y

aparecen

riesgos de resbalamiento

Posible solución: adosar en el momento de la construcción una

superficie

plana

al

travesaño circular en el área de trabajo.

A.4) Construcciones con múltiples ternas en la misma estructura

Estructura con mayor altura que las convencionales que permite instalar mas de una doble terna.

Este

tipo

de

instalación

dificulta el acceso del personal para

práctica

de

TCT

a

Distancia, por encontrase la terna

inferior

en

servicio,

además de hacer impracticable el uso de hidroelevador debido a la altura de las ternas superiores.

MANTENIMIENTO DE LÍNEAS DE TRANSMISION Características Generales de Las Líneas de Transmisión Las Líneas de Transmisión son componentes de un Sistema Eléctrico de Potencia (SEP), que tienen por objeto transmitir la energía eléctrica en grandes bloques, desde las centrales o subestaciones principales, hasta los centros de consumo. Se caracterizan por transmitir la energía en niveles de voltaje elevados, en nuestro país. Los mas usadas son 66, 110, 154, 220 y 500 kV. Su estructura física corresponde a la de una línea aérea con conductores desnudos, soportados en estructuras generalmente reticuladas de acero galvanizado, con un nivel de Aislación acorde a su nivel de voltaje.

Componentes de una Línea de Transmisión Se indican a continuación las características de los componentes principales de las Líneas de Transmisión: Estructuras, Fundaciones, Aisladores, Conductores y Cable de Guardia.

Aspectos Constructivos Se mencionan a continuación, los términos más usados en Líneas de Transmisión para definir algunos componentes y magnitudes utilizados en las Líneas de Transmisión. Torre de anclaje Torre de suspensión Torre Tap o derivación Torre de transposición Crucetas Cantoneras Diagonales Circuito Voltaje nominal Puente Vano Flecha Franja de servidumbre SOLICITACIONES TIPICAS Las Líneas de Transmisión, son uno de los componentes de un Sistema Eléctrico de Potencia

SOLICITACIONES INTERNAS Consideraremos como solicitaciones internas aquellas que se originan como consecuencia de la función propia que desempeña la línea dentro del sistema eléctrico, y que dependen principalmente de los parámetros y componentes eléctricos de la misma.

Sobrevoltajes de Maniobra Calentamiento de Conexiones Sobrecargas Fallas Internas de Aislación Envejecimiento de Aislación TECNICAS DE MANTENIMIENTO EN LINEAS AT Concepto de Línea Desconectada y Desenergizada Una línea desconectada es aquella que por cualquier razón operacional, programada o forzada, se encuentra con sus interruptores abiertos desde sus fuentes de alimentación, pero no en condiciones de ser intervenida para una faena de mantenimiento. Esta condición se puede derivar de una operación automática o de una maniobra transitoria desde el centro de operación del sistema, y la línea puede volver al servicio en cualquier momento.

Una línea desenergizada, es aquella que además de tener sus interruptores abiertos, se encuentra con sus desconectadores también abiertos, con las puestas a tierra de las subestaciones conectadas, con las transferencias de carga bloqueadas en caso de ser de doble circuito y en condiciones de ser entregada al personal de mantenimiento para iniciar el procedimiento de intervención.

Potenciales Presentes en una Línea Desenergizada Aún con las consideraciones del punto anterior, podemos decir que una líneas desenergizada, no ofrece en absoluto una condición segura para realizar una intervención de mantenimiento. En estas condiciones, pueden aparecer en la línea potenciales que pueden ser originados, entre otras, por las siguientes causas: Descargas atmosféricas (Transientes) Tensiones inducidas por sistema adyacentes.

Energizaciones Accidentales.

Mantenimiento con Líneas Energizadas Como su nombre lo dice, los trabajos con líneas energizadas, con líneas vivas o líneas en caliente, tienen por característica fundamental que el equipo intervenido se mantiene en servicio no afectando en suministro a los clientes. Desde en punto de vista del mantenedor, requiere un nivel de mayor especialización y una mayor inversión en equipos de alta sofisticación. Desde el punto de vista del riesgo, preparando equipos de trabajo maduros disciplinados, es posible realizar estos

Riesgos Asociados a los Trabajos en Líneas de Transmisión       

Shock Eléctrico Caídas Caída de objetos Esfuerzos excesivos Ataque de animales e insectos Accidentes de tránsito Riesgos para terceros

Distancias de Seguridad Se entiende por distancia de seguridad a la mínima distancia que debe mantener el liniero o elemento conductor que manipule, respecto de los circuitos energizados circundantes, a fin de prevenir accidentes por contacto directo o arcos eléctricos.

Estas distancias deben ser acatadas por todas aquellas personas debidamente capacitadas y autorizadas para intervenir en las instalaciones eléctricas, incluyendo al personal de Contratistas.

Tipos de Mantenimiento   

Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Correctivo Mantenimiento Predictivo

Predictivo:  Medición de Radiointerferencia de la Aislación  Medición de Gradiente de Potencial  Medición de Temperatura de uniones mediante Termografía

MANTENIMIENTO DE SUBESTACIONES DE ALTA TENSION Es un conjunto de equipos y circuitos, que tienen la función de modificar los parámetros de la tensión para distribuir la energía eléctrica hacia los usuarios, brindando seguridad y calidad para nuestros clientes, para los mismos equipos y para el personal de operación y mantenimiento.

La subestación AT/MT: Se sitúa siempre entre la red de transporte y la distribución de MT. Su función consiste en asegurar el paso de la AT (aproximadamente 110 kV) a la de MT (aproximadamente 12 kV). Su esquema tipo comprende dos llegadas de AT, dos transformadores AT/MT, y de 10 a 20 salidas de MT. Estas salidas alimentan líneas en sistema aéreo y/o cables subterráneos.

Clasificación de las subestaciones atendiendo al tipo de instalación a) Subestación patio abierto. Se construyen al exterior, por lo que su aparamenta debe soportar condiciones atmosféricas adversas dependiendo de la zona de ubicación. Generalmente se alimentan mediante líneas aéreas de MAT. b) Subestación en celdas. Se instalan en el interior de edificios. Esta solución se adopta en subestaciones transformadoras secundarias, ya que al emplear tensiones menores, permite disminuir el espacio ocupado por la subestación. c) Subestaciones GIS. Las partes activas sometidas a tensión se encuentran encerradas en el blindaje por cuyo interior circula un gas aislante SF 6 . Este sistema consigue una reducción de espacio muy importante y su forma modular permite ampliaciones posteriores.

Diferencia entre una subestación de maniobra (SM) y una subestación de transformación (ST) La subestación de maniobra (o enlace) sirve para la conexión de entre dos o más circuitos y su maniobra, y la subestación de transformación está destinada a la transformación de la energía eléctrica mediante uno o más transformadores.

Principales componentes y sistemas que forman una ST de tipo intemperie.

1) Trafos de potencia o autotrafos.

2) Interruptores.

3) Seccionadores.

4) Trafos de medida: Ve I. 5) Pararrayos.

6) Bobinas de bloqueo y equipo de comunicación.

7) Aisladores y herrajes.

8) Sistema de barras y estructura soporte.

9) Red de puesta a tierra.

10) Canalizaciones, conductos y drenajes.

11) Edificio de control.

Tipos de aisladores para soportar las barras • Tipo cadena. Se emplean para soportar embarrados flexibles, en suspensión o en tensión.

• Tipo columna. Se usan para soportar el peso de las barras rígidas.

Efectos que produce la contaminación en los aisladores.

• • • • • • •

Disminución del nivel de aislamiento.

Deformación del gradiente de tensión.

Aparición del efecto corona.

Interferencias en Radio y TV. Interrupciones por arco en los aisladores.

Aumento de las pérdidas.

Corrosión de las partes metálicas y aislantes.

Baterías de Corriente Continua.

Tienen por misión principal almacenar la energía suficiente para el disparo del circuito de protecciones que comandan a los interruptores. Pueden ser de ácido o gel.

Cargadores de Baterías Son rectificadores estáticos construidos con tiristores que regulan la tensión de flotación de las baterías intermedias a un valor de carga nominal. En caso de fallo en el suministro el banco de baterías suministra toda la carga y cuando el suministro se restablezca el cargador debe ser capaz de suministrar la demanda normal y recargar la batería hasta el valor de flotación.

Interruptores de Poder El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del sistema eléctrico, tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío) como en condición de cortocircuito. La operación de un interruptor puede ser manual o accionada por la señal de un relé encargado de vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado.

Arco Eléctrico Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla es inevitable la presencia del arco eléctrico, la que sin duda es una condición desfavorable, en la operación de interruptores.

Durante la presencia del arco se mantiene la circulación de corriente en el circuito de potencia. Las características del arco dependen, entre otras cosas de: • La naturaleza y presión del medio ambiente donde se induce.

• La presencia de agentes ionizantes o desionizantes.

• La tensión entre los contactos y su variación en el tiempo.

• La forma, separación y estructura química de los contactos.

• La forma y composición de la cámara apaga chispa.

• Sistema de extinción del arco.

Formas de Extinguir el Arco

Interruptores de gran volumen de aceite: Ventajas: Construcción sencilla, Alta capacidad de ruptura, Pueden usarse en operación manual y automática, Pueden conectarse transformadores de corriente en los bushings de entrada.

Desventajas: Posibilidad de incendio o explosión, necesidad de inspección periódica de la calidad y cantidad de aceite en el estanque, ocupan una gran cantidad de aceite mineral, son grandes y pesados.

Interruptores de pequeño volumen de aceite: Ventajas: Comparativamente usan una menor cantidad de aceite. Menor tamaño y peso en comparación a los de gran volumen. Menor costo. Pueden emplearse tanto en forma manual como automática. Fácil acceso a los contactos.

Desventajas: Peligro de incendio y explosión aunque en menor grado comparados a los de gran volumen. No pueden usarse con reconexión automática. Requieren una mantención frecuente y reemplazos periódicos de aceite. Sufren de mayor daño los contactos principales.

Interruptores Neumáticos Se usan principalmente en alta tensión y poseen las siguientes características: Ventajas: No hay riesgos de incendio o explosión. Operación muy rápida. Pueden emplearse en sistemas con reconexión automática. Alta capacidad de ruptura. La interrupción de corrientes altamente capacitivas no presenta mayores dificultades. Menor daño a los contactos. Fácil acceso a los contactos. Comparativamente menor peso.

Desventajas: Poseen una compleja instalación debido a la red de aire comprimido, que incluye motor, compresor, cañerías, etc. Construcción más compleja y mayor costo.

Interruptores en vacío La alta rigidez dieléctrica que presenta el vacío (es el aislante perfecto) ofrece una excelente alternativa para apagar en forma efectiva el arco. En efecto, cuando un circuito en corriente alterna se desenergiza separando un juego de contactos ubicados en una cámara en vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que la rigidez dieléctrica entre los contactos aumenta en razón de miles de veces mayor a la de un interruptor convencional (1 KV por µs para 100 A en comparación con 50 V/µs para el aire). Esto hace que el arco no vuelva a reencenderse. Estas propiedades hacen que el interruptor en vacío sea más eficiente, liviano y económico.

Ventajas  - Tiempo de operación muy rápidos, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero.  - Rigidez dieléctrica entre los contactos se restablece rápidamente impidiendo la reignición del

Interruptores en Hexafluoruro de Azufre: El gas SF6 se usa como material aislante y también para apagar el arco. El SF6 es un gas muy pesado (5 veces la densidad del aire), altamente estable, inerte, inodoro e inflamable. En presencia del SF6 la tensión del arco se mantiene en un valor bajo, razón por la cual la energía disipada no alcanza valores muy elevados. La rigidez dieléctrica del gas es 2.5 veces superior a la del aire (a presión atmosférica). La rigidez dieléctrica depende de la forma del campo eléctrico entre los contactos, el que a su vez depende de la forma y composición de los electrodos. Si logra establecerse un campo magnético no uniforme entre los contactos, la rigidez dieléctrica del SF6 puede alcanzar valores cercanos a 5 veces la rigidez del aire. Son unidades selladas, trifásicas y pueden operar durante largos años sin mantención, debido a que prácticamente no se descompone, y no es abrasivo.

Otra importante ventaja de este gas, es su alta rigidez dieléctrica que hace que sea un excelente aislante. De esta forma se logra una significativa reducción en las superficies ocupadas por subestaciones y switchgear. La reducción en espacio alcanzada con el uso de unidades de SF 6 es cercana al 50% comparado a subestaciones tradicionales. Esta ventaja muchas veces compensa desde el punto de vista económico, claramente se debe mencionar que hay un mayor costo inicial, en su implementación. La presión a que se mantiene el SF6 en interruptores, es del orden de 14 atmósferas, mientras que en switchgear alcanza las 4 atmósferas.

Especificación técnica de un Interruptor de Potencia.

La selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicación consiste en definir un conjunto de valores que limitan las condiciones de operación máximas del interruptor. Los parámetros a indicar son algunos de los cuales deben tenerse presente: Tensión Nominal: Es el máximo valor efectivo de tensión al cual el interruptor puede operar en forma permanente. En general esta tensión es mayor al voltaje nominal del sistema.

Frecuencia nominal: Es la frecuencia a la cual el interruptor está diseñado para operar. Este valor tiene incidencia en los tiempos de apertura y cierre de los contactos además del tiempo de apagado del arco.

Corriente nominal: Es el máximo valor efectivo de corriente que puede circular a través del interruptor en forma permanente, a frecuencia nominal, sin exceder los límites máximos de temperatura de operación indicados para los contactos. La temperatura en los contactos depende del material que están hechos (cobre, plata o equivalente), del medio en que están sumergidos, y de la temperatura ambiente. En interruptores con contactos de cobre, las máximas temperaturas de operación, están referidas a una temperatura ambiente máxima de 40 ºC y en caso de contactos de plata de 55 ºC. Rigidez dieléctrica: Define la máxima tensión que soporta el interruptor sin dañar su aislación. La rigidez dieléctrica debe medirse entre todas las partes aisladas y partes energizadas y también entre los contactos cuando están abiertos. Estas pruebas se realizan entre contactos y tierra (contacto cerrado), a través de los contactos, entre fases (con contactos cerrados).

Ciclo de trabajo: El ciclo de trabajo normal de un interruptor de potencia se define como dos operaciones "cerrarabrir" con 15 segundos de intervalo. Para este ciclo de trabajo, el interruptor debe ser capaz de cortar la corriente de cortocircuito especificada en sus características de placa.

Corrientes de cortocircuito momentánea: Es el valor máximo efectivo que debe soportar el interruptor sin que sufra un deterioro, debe ser capaz de soportar el paso de esta corriente en los primeros ciclos cuando se produce la falla (1 a 3 ciclos). Entre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y asimétricos.

Interruptores para reconexión automática La reconexión automática se usa especialmente en líneas del tipo radiales y de difícil acceso para aumentar la continuidad de servicio. El tiempo de reconexión del interruptor debe especificarse de acuerdo a las características de operación del sistema eléctrico.

También al calcular el tiempo de reconexión se debe considerar la desionización del arco de manera de eliminar la posibilidad de reencendido. Este tiempo muerto depende del nivel de tensión y para sistemas sobre 115 KV es de alrededor de 8 ciclos.

Reconectadores para operar con reconexión automática El reconectador es un aparato que al suceder una condición de sobre-corriente abre sus contactos, y una vez que ha transcurrido un tiempo determinado cierra sus contactos nuevamente, energizando el circuito protegido. Si la condición de falla sigue presente, el restaurador repite la secuencia cierre-apertura un número determinado de veces (por lo general son 4 como máximo). Después de la cuarta operación de apertura queda en posición de abierto definitivamente. Cuando un reconectador detecta una situación de falla, abre en un ciclo y medio. Esta rápida operación de apertura disminuye la probabilidad de daño a los equipos instalados en el circuito en falla. Uno o uno y medio segundos después, cierra sus contactos, energizando nuevamente el circuito. Después de una, dos, y hasta tres operaciones rápidas el restaurador cambia a una operación de características retardada.

Desconectadores o Seccionalizadores Un desconectador o seccionalizador es un dispositivo de apertura, que debe operar siempre con el circuito desenergizado. Debido a que este equipo no está diseñado para cortar corrientes de falla, se utiliza siempre aguas arriba de un interruptor de potencia para aislar sistemas, para poder realizar mantenciones preventivas o programadas.

Protecciones Eléctricas.

Es importante conocer en profundidad la gran importancia que poseen las protecciones eléctricas para mantener la continuidad de servicio de los Sistemas de Energía Eléctrica requerida para su funcionamiento.

Características que debe cumplir un sistema de protección.

El conjunto de protecciones que cubren un sistema eléctrico, debe cumplir una serie de características, para que en conjunto cada esquema de protección trabaje asociado al resto. Esto con el fin de aislar las fallas y las perturbaciones, cuando éstas últimas por su duración resultan perjudiciales para los equipos o el suministro.

Estas características son: Selectividad.

Rapidez.

Sensibilidad.

Confiabilidad.

Simplicidad.

Economía.

Condiciones que debe cumplir un sistema de protección Los sistemas de protección, al estar íntimamente ligados a los circuitos destinados a ser comandados voluntariamente por los operadores de los equipos de poder, deben cumplir las siguientes condiciones: Independencia de la operación del sistema eléctrico.

Discriminar entre carga, sobrecarga y cortocircuito.

Discriminar entre falla y perturbación.

No debe ser afectada por anormalidades en circuito de control.

Componentes de un sistema de protección.

Un sistema de protección se puede definir, para aquellos más complejos, como un conjunto de elementos y de sus circuitos de control asociados, que se encuentran interconectados o dependientes entre sí, cuya función es proteger un equipo o un conjunto de equipos componentes de un sistema eléctrico.

Transformadores de Medida. Potencial o de Corriente.

Relés. Son dispositivos que discriminan entre las condiciones norm.

Interruptores de Poder. Son los aparatos comandados por los relés aislando circuitos.

Circuitos de Control. Son los dispositivos y elementos que conectan los tres componentes anteriores.

Clasificación de los relés.

Un relé es un dispositivo que causa un cambio brusco en uno o más circuitos de control, cuando la o las cantidades de medida a las que responde, llegan o pasan de un valor prefijado. Ahora bien, la clasificación de los relés se puede realizar de acuerdo a la función que desempeñan y de acuerdo a la velocidad de operación.

Plan de protección.

La estructura eléctrica de un país corresponde a un conjunto de redes eléctricas. Una red eléctrica puede desglosarse en zonas. Cada una de estas zonas suele estar protegida por un interruptor automático en asociación con dispositivos de detección (captadores de medida: transformador de corriente, de tensión) protección, control y mando (relés de protección) y de disparo (elementos accionadores).

Figura 15 Cadena de protección El conjunto de estos elementos constituye una cadena de protección que asegura la eliminación de la parte defectuosa de la red en caso de fallo. Su papel consiste en garantizar la seguridad protegiendo contra los defectos de aislamiento entre fases o entre fase-tierra, y contra las sobrecargas prolongadas.

En particular, la cadena de protección debe reducir las consecuencias de un defecto de cortocircuito, es decir, los riesgos de incendio, explosión, deterioro mecánico, etc.

TRABAJOS EN REDES ELÉCTRICAS SUBTERRÁNEAS - Identificación de circuitos subterráneos.

- Verificar al momento de efectuar la operación y/o mantenimiento de la red eléctrica subterránea que cada circuito esté debidamente identificado.

- Comprobar que la identificación del circuito coincide con la codificación existente en el COD. - En caso de no existir la identificación de los circuitos, debe notificarse al COD y esperar instrucciones para continuar con las labores de operación y/o mantenimiento de la red eléctrica subterránea.

- Cuando la codificación no coincide con la establecida en el COD, debe suspenderse las labores hasta que el COD coordine con el especialista del área la identificación correspondiente del circuito.

- Asegurarse que se mantenga la identificación de los circuitos una vez culminada las labores de operación y/o mantenimiento.

- Conformación de la cuadrilla para la operación y mantenimiento en redes eléctricas subterráneas.

- La cuadrilla debe estar conformada por un mínimo de dos personas siempre y cuando las labores a realizar sean en espacios no confinados (ejemplo: tanquillas de paso), dependiendo de la complejidad del trabajo debe reunirse el número de trabajadores necesarios para realizar el trabajo en forma adecuada. (Cuando el espacio es confinado se requiere un mínimo de tres trabajadores.)

Figura 16 Equipamiento Básico para labores de operación y/o mantenimiento de redes eléctricas subterráneas

Trabajos en sótanos; bocas de visita, tanquillas y casillas  Para poder iniciar los trabajos programados debe presentarse el permiso correspondiente  En caso de trabajos de emergencia debe ser autorizado por el COD, y debe quedar la evidencia o registro grabado de las labores realizadas. (Cuando se esté haciendo una excavación que ocupa la mitad o más del ancho de la calle, deben colocarse un las señales de advertencia correspondientes.)  En los sótanos deben efectuarse primero las pruebas de ausencia de mezcla de gases inflamables y explosivos con el equipo detector de gases, o presencia de gases peligrosos y ausencia de oxigeno con el monitor de gases peligrosos, se haya ventilado y verificar que las concentraciones se encuentran en los límites máximos permisibles, antes de utilizar fuentes de generación de calor.  Si se detectan gases en un sótano, nunca debe permitirse el ingreso de trabajadores hasta que éste sea ventilado lo suficiente como para eliminar totalmente dichos gases.  Cuando un trabajador ingrese a un sótano, debe inspeccionarlo en busca de cualquier peligro y debe tomar las precauciones necesarias para evitarlos y eliminarlos.  Los cables y soportes para cables nunca deben ser utilizados como peldaños ni tampoco emplearse para apoyarse o colocar herramientas y equipos.  Los cables no conectados a tierra o no aislados, así como los equipos eléctricos ubicados en sótanos deben considerarse como energizados hasta que haya sido verificada la ausencia de tensión.  Siempre que se vaya a desactivar un cable o equipo para su puesta fuera de servicio, debe obtenerse la autorización correspondiente de Centro de operaciones de distribución (COD).

 Nunca debe pasarse material o equipo por encima de la boca de visita de un sótano abierto, ni tampoco colocarlo a menos de 0,90 m de ésta. Antes de bajar material o equipo al interior de un sótano, la persona en la superficie debe notificar primero y recibir aprobación del que se encuentra en el interior antes de hacerlo.  Para realizar trabajos de instalación de empalme termotráctil, deben utilizarse equipos de aire caliente.  Cuando se instalen o retiren cables, el cable del guinche debe pasarse a través de poleas o sobre rodillos. Debe tenerse cuidado con las poleas o rodillos a fin que no deslicen y causen lesiones a los trabajadores ubicados en el interior del sótano.  Los trabajadores deben mantenerse alejados de los cables del guinche.  Antes de iniciar el descenso de transformadores u otros equipos, los sótanos y las bocas de visita deben estar libres de toda obstrucción. Nadie debe trabajar debajo de una carga suspendida.  Nunca deben realizarse trabajos en ningún equipo energizado de la red activa, hasta disminuir el nivel de agua en el sótano. Nunca deben considerarse las botas de goma como un aislante.  Para levantar tapas metálicas o de concreto debe utilizarse un dispositivo seguro que minimice el esfuerzo físico del trabajador. Véase la Figura 17

Figura 17. Carrucha y trípode para levantar tapas

 El trabajador que va a descender a una tanquilla o sótano, debe utilizar el sistema de protección contra caídas específico para descenso, conectado al dispositivo de izamiento del trípode de rescate. Cuando descienda más de un trabajador debe hacerse en forma escalonada, esperando que el primero se posicione y desconecte del dispositivo de izamiento, para proceder a bajar el segundo. El sistema de protección contra caídas es de uso permanente, el cual se podrá retirar una vez culminada la faena y retirado del lugar de trabajo.

Resguardo de Sótanos, bocas de visita, tanquillas y casillas      

Antes de abrir una boca de visita y comenzar algún trabajo en un sótano deben colocarse barreras u otros elementos de advertencia. Estos se ubican de forma tal que den protección tanto al público como a los trabajadores y no se retiran hasta que el sótano sea cubierto.

En zonas de tránsito y de ser posible, se debe colocar los camiones entre la zona de trabajo y el tránsito que se aproxima. Sin embargo; los camiones y otros equipos deben colocarse de manera tal que interfieran lo menos posible con el flujo regular del tránsito.

Los sótanos cuyas bocas de visita estén abiertas nunca deben dejarse desatendidos en ningún momento y por ningún motivo.

Si en los alrededores de un sótano donde estén trabajando se utiliza un martillo neumático para quitar el concreto, debe colocarse una protección metálica alrededor de la boca de visita y de los cables de extensión.

Las tapas o rejillas de un sótano nunca deben ser cerradas mientras existan trabajadores en el interior del mismo.

Antes de retirar las tapas de un sótano se debe colocar barreras y señales de advertencia.

Ventilación de sótanos y pruebas con detector de gases   

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Todas las instalaciones subterráneas deben ser consideradas como contaminadas con gases y vapores peligrosos, a menos que las pruebas realizadas demuestren que son seguras.

Nunca usar los sentidos para determinar si el aire en una instalación subterránea es seguro.

Antes de entrar al sótano, el trabajador debe comprobar que la atmósfera interior es segura, utilizando detectores apropiados y aprobados por la empresa para determinar niveles de oxigeno, explosividad y confirmar la presencia de substancias toxicas midiendo el fondo, medio y tope del sótano o espacio confinado.

Si la prueba revela deficiencia de oxigeno o la presencia de gases o vapor dentro de la instalación, debe ventilarse y probarse nuevamente hasta que la atmósfera interior contenga suficiente cantidad de oxígeno, a fin de poder ingresar al sótano sin peligro.

De no ser posible ventilar el sótano en forma natural, debe usarse ventilación de tiro forzada.

Este arreglo requiere una manguera larga, donde un extremo se conecta a un ventilador y el otro se introduce hasta el fondo del sótano para desalojar los gases y vapores peligrosos. El aire desalojado debe dirigirse a un área donde se mezcle con aire fresco, tal como lo muestra la Figura 18.

Antes de encender el motor del equipo de ventilación forzada que se encuentra cerca de la boca de visita del sótano, se debe comprobar que el mismo esté colocado en forma segura.

Figura 18. Equipo de ventilación forzada

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

 

Mientras duren las labores en el interior de los sótanos, deben tomarse las previsiones necesarias para mantener en funcionamiento permanente el equipo de ventilación forzada, ya que en algunos espacios confinados la atmósfera peligrosa puede generarse nuevamente cuando el flujo de aire es detenido Mientras se ejecute el trabajo, deben realizarse pruebas periódicas con la frecuencia fijada por el supervisor de trabajo para detectar nuevamente la presencia de vapores o gases inflamables.

En caso de detectarse situaciones o indicios de riesgo, tales como: mareos, dolores de cabeza, náuseas, dificultad para respirar, latidos acelerados del corazón, irritación de nariz o garganta y sabor dulce en la boca los cuales son señal de presencia de gas, se debe ordenar inmediatamente la salida de los trabajadores del sótano.

Si la ventilación no es posible y es necesaria la entrada al sótano (para un rescate de emergencia, por ejemplo) los trabajadores deben tener equipos de respiración apropiados.

En el caso de que el área esté contaminada con gases tóxicos deben usarse respiradores “Purificadores de aire” tipo media cara o cara completa. El trabajador que vaya a utilizar este equipo no debe tener barba que impida la adherencia de la máscara al rostro, tal como se muestra en la Figura 19.

Figura 19. Uso de respiradores purificadores de aire

 En caso que el área presente deficiencia de oxigeno, se deben usar respiradores “Suministradores de aire” del tipo auto contenida o de suministro auxiliar Véase Figura 20.

Figura 20. Respiradores suministradores de aire

Ascenso y descenso en sótanos  El trabajador que ingresa al sótano debe tener colocado el arnés y conectado al cabo de vida asociado al trípode para facilitar las labores de rescate.  Un trabajador debe ser asignado como “prevenido” para permanecer en el exterior del sótano y en constante contacto, verbal y visual, con el trabajador en el interior. Debe estar dotado con todos los equipos necesarios (arnés de rescate, trípode dotado de un cabo de vida y un dispositivo mecánico de ascenso y descenso) para realizar un rescate en cualquier momento, incluyendo una línea de vida conectada al trabajador en labores. Véase la Figura 21.  La única responsabilidad del trabajador “prevenido” durante las labores de operación y mantenimiento en sótanos, es permanecer “prevenido” , conocer la persona a notificar en caso de emergencia y estar listo para un eventual rescate. Esta función puede ser rotativa entre el equipo de trabajo.  En caso de ser necesario realizar un rescate, debe notificar lo antes posible al COD y entrar al sótano sólo si cuenta con la ayuda de otra persona desde la parte externa

Figura 21. Acceso para trabajo en sótano

BIBLIOGRAFÍA Enriquez Harper, G. Fundamentos de Instalaciones eléctricas de media y alta tensión. Limusa 2006 La Electricidad de Caracas – Instructivo de Instalación para Indicadores de Falla en Circuitos Subterráneos deDistribución de 12,47 kV. La Electricidad de Caracas – Procedimiento para Corte de Cables Subterráneos PLT-PVC con Pantalla, de Media Tensión, Desenergizados.

La Electricidad de Caracas – Procedimiento para Toma de Muestras de Aceite en Transformadores Sumergibles.

La Electricidad de Caracas – Procedimiento para Toma de Muestras de Aceite en Interruptores.

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Raúl Martí, J. Diseño de Subestaciones eléctricas. Mc. Graw- Hill/ Interamericana 1992.