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

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

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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.

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

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,

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

ANEXO 17

DATOSTECNICOS VALORESOPERATIVOSTensin(KV) 2440,5Frecuencia(Hz) 5060Corrientenominal(A) 1250Corrientedecortocircuito(KA) 26,3

SecuenciadeoperacinO0.3secCO3minCO/CO15secCO

Pesoaproximado(Kg) 800Altura(mm) 3990Ancho(mm) 1900Resistenciaporpolo