Curso Cfe Equipos Electricos Primarios - Cuchillas Desconectadoras

COORDINACIÓN DE PROYECTOS DE TRANSMISIÓN Y TRANSFORMACIÓN Gerencia Técnica

CUCHILLAS DESCONECTADORAS ABRIL DE 2005

Autor: Ing. Rogelio Urrutia Arellano

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CUCHILLAS DESCONECTADORAS EN AIRE • Definición. • Son dispositivos mecánicos de maniobra capaces de interrumpir o restablecer la continuidad de un circuito sin carga.

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Uso en la subestación • Su empleo es necesario, ya que nos permite el aislamiento físico de una parte de la instalación, para dar seguridad a la misma, sus equipos y al personal encargado de dar mantenimiento. Normalmente van asociadas a ambos lados de un interruptor y también, en algunos esquemas, se emplean para poder conectar un circuito a una barra de transferencia. • En algunos casos se requiere una cuchilla que, además de interrumpir la continuidad de un circuito, uno de sus extremos se conecte a tierra, dicha modalidad se conoce como “cuchilla de puesta a tierra”. 3

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Arreglo Unifilar

A-1

BARRA 1

BARRA 2

Interruptor y Medio BANCO 1

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Arreglo Unifilar A-1

AMARRE

BARRA AUXILIAR BARRA PRINCIPAL 5

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Arreglo Unifilar BARRA 1

BARRA 2

Doble Interruptor

A-1 6

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Clasificación de Cuchillas Desconectadoras

• • • • •

Por el tipo de construcción Por el tipo de montaje Por el tipo de mecanismo de operación Por el número de mecanismos de operación Por su aguante mecánico y eléctrico 7

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Tipo de construcción

• Apertura vertical • Apertura Horizontal central • Doble apertura lateral • Tipo V • Tipo pantógrafo 8

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Apertura vertical

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Apertura Horizontal central

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Doble apertura lateral

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Tipo V

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Tipo pantógrafo

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Tipo de montaje

• Para montaje horizontal • Para montaje vertical

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Montaje Horizontal

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Montaje Vertical

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Tipo de mecanismo de operación

• Manual • Eléctrico

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mecanismo de operación manual

Tuerca sin fin

Manija reciprocante

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Mecanismo de Operación Eléctrico

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Por el número de mecanismos de operación • Monopolares Operación con pértiga, se utilizan en media tensión, principalmente para el transformador de Servicios Propios y transformadores de Potencial. • Tripolares Para Subestaciones de Transmisión. 20

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Monopolares

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Tripolares

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Por su aguante mecánico y eléctrico La IEC 62271-102 clasifica a las cuchillas como sigue: 1.

Por su aguante mecánico Clase M0. Aguante mecánico hasta 1000 operaciones secuenciales. Clase M1. Aguante mecánico extendido de hasta 2000 operaciones secuenciales. Clase M2. Aguante mecánico extendido de hasta 10 000 operaciones secuenciales.

2.

Por su interrupción en puesta a tierra Clase E0. Para aplicaciones en sistemas de T&D. Clase E1. Para capacidad de Corto Circuito. Clase E2. Similar al de Clase E1, pero con mínimo mantenimiento. 23

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Características nominales • • • • • • • • • •

Tensión de diseño Niveles nominales de aislamiento Tensión nominal de aguante de corta duración Tensión nominal de aguante al impulso por maniobra Tensión nominal de aguante al impulso por rayo Frecuencia nominal Corriente nominal Corriente nominal de aguante de corta duración Distancia de fuga mínima a tierra, unitaria Distancia de fuga mínima a tierra, total

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Otros parámetros de diseño • Temperatura ambiente • • • • • • • • •

IEC establece como condiciones normales: Temperatura máxima de 40 °C Temperatura promedio en 24 horas de 35 °C Temperatura mínima: -10, -25 y -40 °C IEC establece como condiciones especiales: Rango de -50 °C a 40 °C Rango de -5 °C a 50 °C para zonas cálidas CFE establece: Rango de -25 °C a 55 °C (punto 6.2 de CFE V4200-12)

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Otros parámetros de diseño • Altitud 9 IEC establece como condición normal una altitud de 1000 msnm y como condición especial una altitud mayor de 1000 msnm. 9 CFE establece como condición normal una altitud de 2500 msnm y como condición especial una altitud mayor de 2500 msnm. 26

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Otros parámetros de diseño • Nivel de Contaminación y Distancia de Fuga 9 IEC establece como condición normal los Niveles I y II. 9 IEC establece como condición especial los Niveles III y IV. 9 CFE incluye los niveles II, III y como caso especial el nivel IV.

Nivel de Contaminación

Distancia de Fuga Unitaria [mm/kVf-f]

Concentración de Contaminación Método de Niebla Salina 3 [kg/m ]

I

(Ligero)

16

De 5 a 14

II

(Medio)

20

De 14 a 40

III

Alto

25

De 40 a 112

IV

Extra Alto

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> 160

Tabla de acuerdo a la Publicación IEC 60815

⎡ mm Unitaria → ⎢ ⎢⎣ kV f − f

[

Total → kV f − f 27

]

⎡ mm ×⎢ ⎢⎣ kV f − f

⎤ ⎥ ⎥⎦

⎤ ⎥ → [mm] ⎥⎦

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Otros parámetros de diseño • Velocidad de viento 9 IEC y CFE establecen como condición normal una velocidad de viento de hasta 34 m/s ó 122 km/h 9 Valores superiores se especificarán como condición especial 9 CFE emplea el Mapa de Zonificación de Velocidades Regionales de Viento en la República Mexicana

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-118

-113

32

-108

-103

-98

-93

B

ZONA

B

B C B

-88

32

Velocidad Regional [ km/h ]

A

150

B

180

C

220

D

260

B C

C

27

27 D

B

B

Latitud

A C C

C

D

A

D

B A

22

22 B

B

B

C

17

B

A

D

ZONIFICACIÓN DE VELOCIDADES REGIONALES DE VIENTO EN LA REPUBLICA MEXICANA PARA DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE SUBESTACIONES C.F.E. - 1996

A

C

B B

A

C

A

A

B PERIODO MEDIO DE RETORNO ALTURA SOBRE EL TERRENO TERRENO CATEGORIA TIEMPO DE PROMEDIACIÓN

C B

17 B

200 AÑOS 10 m 2 3 seg

Longitud 12

12 -118

-113

-108

-103

-98

29

-93

-88

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Otros parámetros de diseño • Nivel de calificación sísmica 9 CFE establece los niveles de calificación sísmica con base en la siguiente tabla y el Mapa de Regionalización Sísmica de la República Mexicana

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-118

-113

-108

-103

-98

C C

B

COEFICIENTES

A

BAJA

0.08, 0.16, 0.20

-88

TC's, TP's, DP's

y AP's

0.30 g

B

MEDIA

0.14, 0.30, 0.36

0.30 g

C

ALTA

0.36, 0.64, 0.64

0.30 g

D

MUY ALTA

0.50, 0.86, 0.86

0.50 g

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MODERADO AF3 2 3 m/s ALTO AF5 2 5 m/s

B

B

27

INTENSIDAD SÍSMICA

ZONA

D

32

-93

27

LATITUD

A

A

A B

22

22 B

A

C

D

17

B

C

REGIONALIZACION SISMICA

C

DE LA REPUBLICA MEXICANA PARA DISEÑO DE SUBESTACIONES C.F.E. - 1996

17 D

LONGITUD 12 -118

12 -113

-108

-103

-98

31

-93

-88

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Componentes Cuchilla Apertura vertical

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Componentes Cuchilla de Apertura Horizontal central Brazos

Terminales

Terminales

Aislador Soporte giratorio Cuchilla de Puesta a Tierra Bastidor Mecanismo Y Gabinete de Control

Flecha Contactos Principales de Mando Base 33

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Componentes Cuchilla de Doble Apertura Lateral Anillos equipotenciales

Terminal

Brazo Contactos Aislador Soporte

Terminal Contactos Aislador Giratorio Aislador Soporte

Asiento Giratorio

Bastidor

Base Mecanismo y Gabinete de Control

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Componentes Cuchilla Tipo V

Mecanismo de apertura y cierre

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Componentes Cuchilla Tipo Pantógrafo Contactos Móviles Pantógrafo

Contactos Fijos

Aislador de Mando

Base

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Aislador Soporte

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• • • • • • •

Accesorios Comunes Conmutador de Contactos Auxiliares Conectores Terminales Placas de Conexión a Tierra de las Cuchillas Desconectadoras Manivela de Operación Manual Anillos Equipotenciales Accesorios para Maniobras Gabinete de Control 37

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Normas aplicables Las principales publicaciones internaciones aplicables a las cuchillas desconectadoras de potencia son: • IEC 60694 Common specifications for high-voltage switchgear and controlgear standards • IEC 62271-102 High-voltage switchgear and control gear-Part 102: Alternating current disconnectors and earthing switches • La norma de referencia aplicable a cuchillas desconectadoras es: CFE V4200-12 CUCHILLAS DESCONECTADORAS EN AIRE DE 72,5 A 420 KV CON ACCIONAMIENTO CONTROLADO

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Pruebas de Cuchillas Desconectadoras

•

Pruebas de prototipo

•

Pruebas de rutina

•

Pruebas de campo

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Pruebas de prototipo Estas pruebas se llevan a cabo en laboratorios reconocidos y/o en la fábrica. Su propósito es verificar el diseño del equipo. Se realizan a un solo equipo denominado prototipo. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Pruebas dieléctricas Prueba de radio interferencia (RIV) Prueba resistencia del circuito principal Prueba de Elevación de temperatura Prueba de corriente de aguante de cortocircuito (pico y corta duración) Prueba de verificación de protección Prueba de hermeticidad Prueba de compatibilidad electromecánica (EMC) Prueba de funcionamiento en corto circuito de cuchillas en puesta a tierra Prueba de rigidez mecánica Prueba de zona de contacto Prueba de funcionamiento con limites de temperatura Prueba sísmica Prueba de bus con carga 40

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Pruebas de rutina y aceptación Estas pruebas se llevan a cabo en la fábrica. Su propósito es verificar la correcta fabricación del equipo. Se efectúan a cada uno de los equipos que se suministran. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Pruebas dieléctricas al circuito principal Pruebas dieléctricas a circuitos auxiliares y de control Medición de resistencia del circuito principal Prueba de hermeticidad Inspección visual Prueba de operación mecánica Medición de tiempos de operación.

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Pruebas de campo

Estas pruebas se llevan a cabo en el sitio de la instalación. Su propósito es verificar la correcta instalación y funcionamiento del equipo. Se efectúan a cada uno de los equipos que se instalan. Pruebas Eléctricas 1. 2. 3.

Verificación y operación de sistemas, accesorios y dispositivos 1. 2. 3.

Resistencia de aislamiento Resistencia de contactos Factor de potencia (pérdidas en mW)

4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12.

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Datos de placa; Montaje adecuado y nivelación; Verificación del mecanismo de operación manual y motorizado en su caso; Condiciones del estado general del equipo (inspección visual); Colocación y revisión de nomenclatura asignada al equipo; Conexiones primarias y a tierra; Limpieza general; Alimentación de CA y CD; Sellado de gabinetes; Verificación del sistema de calefacción; Verificación general de conexiones (apriete de tornillería, zapatas y cables); Pruebas de aislamiento al cableado.

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Mantenimiento Las prácticas más usuales para el mantenimiento de este tipo de equipos comprende: a) Mantenimiento preventivo, incluyendo:

• Actividades de carácter preventivo como: inspección y pruebas. • Trabajos menores como: limpieza, lubricación, verificación de ajustes, etc.

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Mantenimiento b) Mantenimiento correctivo, incluyendo:

• El desmantelamiento y/o cambio de partes de los principales componentes • Trabajos de reparación por daños ocurridos en operación.

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Partes de repuesto Para el mantenimiento de los equipos, es fundamental la disponibilidad de lotes de partes de repuesto de los principales componentes del equipo sujetos a posibles daños o deterioro. En el caso de la CFE, los lotes de partes de repuesto están definidos en el Punto 14 de la Especificación CFE V4200-12.

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Principales fabricantes de Cuchillas Desconectadoras de alta tensión • • • • •

ABB AREVA SIEMENS VATECH ENERGOMEX

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN

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