Circuitos de Control de Dispositivos de Corte en...

Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo de Fin de Grado

Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales

Intensificación Electricidad

Circuitos de Control de Dispositivos de Corte en

Subestaciones Eléctricas

Dep. Ingeniería Eléctrica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Autor: José Manuel Prieto Montilla

Tutor: Antonio de la Villa Jaén

Sevilla, 2017

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Trabao Fin de Grado

Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales

Intensificación Electricidad

Circuitos de Control de Dispositivos de Corte en

Subestaciones Eléctricas

Autor:

José Manuel Prieto Montilla

Tutor:

Antonio de la Villa Jaén

Profesor titular

Dep. Ingeniería Eléctrica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2017

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Trabajo de Fin de Grado: Circuitos de Control de Dispositivos de Corte en Subestaciones Eléctricas

Autor: José Manuel Prieto Montilla

Tutor: Antonio de la Villa Jaén

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de

Sevilla, 2017

El Secretario del Tribunal

vii

A mi familia

A mis maestros

ix

Agradecimientos

Este Trabajo de Fin de Grado ha sido la guinda a estos años

de estudio en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sevilla.

En estos años, palabras como esfuerzo, constancia, sacrificio,

amistad, amor y satisfación me han acompañado.

Quienes me conocen, saben que este ha sido un periodo dulce

para mí. He tenido la oportunidad de convivir y estudiar con

profesores y amigos, junto a los que crecer, tanto personal como

académicamente. Más allá del logro académico alcanzado, me quedo

con tantísimos momentos inolvidables vividos.

A mis padres José y María por todo el apoyo y amor que me

ofrecen, siendo el pilar de todo cuanto he alcanzado y pueda

alcanzar, los que siempre me han inculcado preciosos valores que ni

la mejor de las escuelas podrán jamás darme. Por darme todo cuanto

estaba en sus manos y más. Siempre estaré en deuda con vosotros

A mi hermano Francisco, quién merece más que unas palabras.

Sin ti, no podría haberlo logrado. Gracias por estar simpre presente

y haberme ayudado tanto como lo has hecho. Sin duda alguna, no

habrá nadie en el mundo que pueda estar más orgulloso que yo de

tener hermano.

A mi cuñada Jennifer por haber seguido y vivido tanto mis

angustias como mis alegrías durante la carrera.

Por supuesto, no me puedo olvidar de mi sobrina Claudia y mi

sobrino Adrián, que anunque de forma inconsciente, me han alegrado

muchos días que nadie más podría haberlo hecho.

A mis amigos, por todo su apoyo y cariño, y en especial a

Fernando, Paco e Ismael.

A mi tutor, Antonio, a quién le estaré eternamente agradecido

por su excelente trato y por haberme dado la fantástica oportunidad

de haber llevado a cabo este proyecto.

En último lugar y no menos importante, a mis abuelos, gracias

a todos y cada uno de ellos, en especial a mi abuelo Manuel, porque

a pesar de enfermar y perder fuerzas seguías mostrando valentía y

coraje para hacerle frente, no queriendo mostrar en ningún momento

signos de debilidad para que no nos preocupásemos, incluso en tus

últimos días. Gracias por esa valiosa lección de vida, espero que allá

donde estés, disfrutes de este momento que tantísima ilusión te haría

presenciar, esto es tuyo también.

José Manuel Prieto Montilla

Sevilla, 2017

xi

Resumen

n este proyecto se pueden distinguir tres partes claramente diferenciadas, gracias a las cuales podremos

hacernos una idea de cómo funcionan los sistemas de protección de un sistema eléctrico de potencia. La

primera parte, tiene el objetivo de adentrar al lector en el mundo del sector eléctrico, hacíendole ver como

está formado un sistema eléctrico de potencia, y más concretamente, el área de una subestación que se dedica a

la protección del sistema.

En la segunda y tercera parte, tratará el estudio de los circuitos de control de dispositivos de corte en una

subestación. Dentro de los circuitos de corte, nos centraremos primero en los interruptores de potecia, y

posteriormente en los seccionadores. Se sigue esta secuencia por una razón bastante sencilla, primero se pretende

explicar el modelo del interruptor, ya que su funcionamiento, en cierto modo depende de él mismo. Luego,

habiéndose comprendido el interruptor, nos pasaríamos al seccionador, para el cual se pretende que la

interpretación sea mucho más fácil habiendo comprendido el interruptor.

En la segunda parte, se dá una explicación de los distintos tipos de interruptores que nos podemos encontrar en

cualquier subestación, atendiendo a su ubicación y tecnología de aislamiento empleada para extinguir el arco

eléctrico. Se hace también, una descripción de los distintos elementos de los que se componen estos interruptores

de potencia. Tras este hecho, pasamos a la explicación de la lógica de control que hay en un interruptor de

potencia, basándonos concretamente, en un interruptor ubicado en intemperie, y con aislamiento de hexafluoruro

de azufre (SF6) en la cámara de corte.

Seguidamente, tras el desarrollo de este dispositivo, nos adentraremos en los seccionadores, realizando una

explicación similar a la realizada con el interruptor. En cuanto a la lógica de control perteneciente a este apartado,

comenzamos con un caso sencillo de explicar, que es el de un seccionador instalado en una subestación con

configuración de barra simple. Tras esta configuración, abordaríamos un caso mucho más complejo, que sería

el de una subestación con tipología de doble barra.

E

xiii

Índice

Agradecimientos ix

Resumen xi

Índice xiii

Índice de Tablas xv

Índice de Ilustracioes xvii

Notación xix

1.INTRODUCCIÓN 1

2.OBJETIVOS Y ALCANCE DEL PROYECTO 3 2.1. Objetivos del Proyecto 3 2.2. Alcance del Proyecto 3

3.CRITERIOS GENERALES DEL SISTEMA ELÉCTRICO 5 3.1. Subestaciones Eléctricas. 6 3.2 Niveles de Tensión 15

4.ENCLAVAMIENTOS 16 4.1 Definicion de enclavamiento 16 4.2 Materialización de los Enclavamientos 16 4.3 Criterios Generales de los Enclavamientos 17

5. SISTEMAS DE CONTROL Y JERARQUÍA 18 5.1 Sistema de Control, Protección y Telecontrol 18

6. EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO 21 6.1 Definición de Aparamenta Eléctrica 21 6.2 Características Generales de la Aparamenta 21 6.3 Interruptor de Potencia 22 6.4. Seccionadores 27

7. CIRCUITOS DE CONTROL 32 7.1. Introducción 32 7.2. Lógica del Interruptor 40 7.3 Lógica del seccionador 60

8.ANEXO 70 8.1 Introducción 71 8.2 Esquema para el arranque de un motor trifásico. 72 8.3 Arranque de un motor en estrella-triángulo 13

REFERENCIAS 75

xv

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1: Simbología eléctrica 33

Tabla 2: Operaciones lógicas 35

Tabla 3: Posibles estados de la operación (A*B)+C 39

Tabla 4: Tabla lógica de final de carrera 43

Tabla 5: Estados del contacto BG 47

Tabla 6: Final de carrera del interruptor 61

Tabla 7: Estado del interruptor añadiendo otro final de carrera 62

Tabla 8: Estado del seccionador de puesta a tierra 62

xvii

ÍNDICE DE ILUSTRACIOES

Figura 1. Esquema básico de un sistema eléctrico de potencia 5

Figura 2. Subestación de maniobra 7

Figura 3. Subestación de transformación pura 8

Figura 4. Subestación de cambio de número de fases 8

Figura 5. Subestación de rectificación 9

Figura 6. Configuracion de barra simple 11

Figura 7. Configuración de barra partida 12

Figura 8. Configuración de barra de transferencia 13

Figura 9. Configuración de interruptor y medio 14

Figura 10. Configuración de barra doble, interruptor doble 15

Figura 11. Nivel de campo de una subestación eléctrica 19

Figura 12. Control realizado desde la propia subestación 20

Figura 13. Esquema de sistema de control de una subestación eléctrica 20

Figura 14. Mecanismo de actuación del interruptor 24

Figura 15. Cámara de corte 25

Figura 16. Seccionador de cuchillas giratorias 28

Figura 17. Seccionador de cuchillas deslizantes 28

Figura 18. Seccionador de columna giratoria central 29

Figura 19. Seccionador de dos columnas giratorias por polo 29

Figura 20. Seccionador de pantógrafo 30

Figura 21. Esquema básico de control 32

Figura 22. Solución del operador AND igual a 1 36

Figura 23. Solución del operador AND igual a cero 36

Figura 24. Una solución posible del operador OR 39

Figura 25. Operador OR con solución igual a cero 37

Figura 26. Ejemplo de implementación de lógica cableada 38

Figura 27. Estado 7 39



Figura 30. Ejemplo final de carrera superior activo 41

Figura 31. Ejemplo ningún final de carrera activo 42

Figura 32. Ejemplo final de carrera inferior activo 42

Figura 33. Subestación de doble barra 43

Figura 34. Esquema básico de circuito de control 45

Figura 35. Circuito de cierre desenergizado 48

Figura 37. Circuitos de apertura desenergizados 49

Figura 38. Circuitos de control desenergizados 51

Figura 39. Circuitos de control, con interruptor cerrado y esperando la orden de disparo 52

Figura 40. Circuitos de controlen el momento justo de energización de las bobinas de disparo 53

Figura 41. Estado de los circuitos de control con interruptor en transición apertura-cierre 54

Figura 42. Lógica de control cuando el interruptor está completamente abierto 55

Figura 43. Lógica de control en el momento justo de cierre 56

Figura 44. Estado de lógica de control cuando el interruptor está en tránsito apertura-cierre 57

Figura 45. Lógica de control con el interruptor cerrado y actuando sobre el circuito del motor 58

Figura 46. Circuito del motor desenergizado 59

Figura 47. Circuito del motor actuando según el estado de la figura 45 59

Figura 48. Configuración de barra simple 60

Figura 49. Finales de carrera interruptor cerrado 61

Figura 50. Circuitos de control del seccionador 63

Figura 51. Subestación de configuración de doble barra 64

Figura 52. Circuitos de control de seccionadores de barra 66

Figura 53. Circuitos de control para acoplamiento de barras 67

Figura 54. Circuitos de control para seccionador de línea 68

Figura 55. Esquema básico de un contactor 71

Figura 56. Circuito de fuerza y control para el arranque de un motor 72

Figura 57. Circuito de fuerza y control para el arranque estrella-triangulo de un motor 74

xix

Notación

BD Contacto de señal de interruptor de densidad

BG Contacto auxiliar NA asociado a contactos de arco del interruptor

BG’ Contacto auxiliar NC asociado a contactos de arco del interruptor

BW Contacto auxiliar asociado a la carga del resorte de cierre

K3 Relé antibombeo

K9 Relé de enclavamieto de disparo

K10 Relé de enclavamiento de disparo

K11 Relé de enclavamiento de cierre

Q1 Bobina

S1 Conmutador de control (disparo/cierre)

S4 Selector (local/remoto/desconectado)

Y1, Y2, Y5, Y7 Bobinas de apertura

Y3, Y4, Y6 Bobinas de cierre

Y7 Contacto de bloqueo (adaptado a manivela)

52.A Contacto de interruptor asociado a final de carrera de cierre

52.B, 52.C Contactos de interruptor asociados a final de carrera de apertura

89B1A, 89B2A Contactos asociados al estado de los seccionadores de barras 1 y2

29B1B, 89B2B Contactos asociados al estado de los seccionadores de barras 1 y2

D1, D2

86B

Habilitación del circuito de disparo 1, 2

Relé de bloqueo y disparo de la protección diferencial de las barras

87T Relé de bloqueo y disparo del transformador

57A Contacto de seccionador de puesta a tierra asociado a final de carrera de cierre

57B, 57C Contacto de seccionador de puesta a tierra asociado a final de carrera de apertura

1.INTRODUCCIÓN

esde los primeros descubrimientos realizados por Thomas Alva Edison, promotor y fundador de la

corriente continua, así como la distribución de esta, hasta la actualidad, la población ha experimentado

grandísimos avances en el sector eléctrico. La sociedad en la que nos encontramos hoy día, ha ido

evolucionando de la mano con este campo de la ingeniería. El sector de la energía eléctrica es uno de los sectores

más complicados que hay en el mundo ingenieril, ya que este se rige a través de un entramado de normativas,

las cuales confluyen dando lugar a un Sistema Eléctrico bastante robusto.

¿Quién no se ha preguntado alguna vez cómo es posible que al pulsar un simple interruptor de casa, se encienda

la bombilla? Cierto es, que esta pregunta se puede responder con una respuesta bastante sencilla, basada en unas

de las leyes fundamentales de la electricidad, enunciada por Coulomb en 1785. Bien es cierto, que desde que se

enunció esa ley, hasta el hecho insólito de obtener tanta electricidad como nostros deseemos tras la activación

de nuestro interruptor, hay detrás todo un mundo de avances y descubrimientos tecnológicos que nos han

permitido tal hallazgo.

Tras la Exposicion Mundial de París en 1881, la creación de la lámpara que fue patentada por Thomas Edison

convirtiéndose en uno de los logros más importantes del mundo. Este hecho, dió lugar a la segunda revolución

industrial, época en la cuál los ingenieros comenzaron a darse cuenta que la electricidad podía reemplazar a las

máquinas de vapor de la época. El desarrollo tecnológico seguía en auge, nuevamente gracias a la mente

privilegiada de Thomas Edison, cuando presentó al mundo, en la ciudad de Nueva York, la primera central de

energía eléctrica, la famosa central Pearl Street, de corriente continua. Con esta central, era capaz de suministrar

consumo aproximadamente, a unas 300 personas. Pues desde tal contemplación, hasta nuestros días, el campo

de la ingenriería eléctrica ha experimentado un grandísimo avance, usando la tecnología más vanguardista que

hay en el mercado.

Volviendo a la pregunta planteada anteriormente, es obvio, que desde que se genera la energía eléctrica hasta

que se consume, tiene que pasar por una serie de etapas, y debe ser controlada y gestionada por unos dispositivos

eléctricos de tal forma que nos permita un uso asiduo de esta. Pues en estos dispositivos eléctricos se fundamenta

este proyecto, y más concretamente, nos centraremos en el estudio de los circuitos internos que incorporan los

elementos de corte, para que cuando ocurra una contingencia en el sistema eléctrico, estos sean capaces de

aportar una solución al sistema eléctrico, intentando solventar este problema de la mejor forma posible. Cuando

se habla de la mejor forma posible, hacemos referencia a dejar al menor número de ususarios finales sin

suministro, y durante el menor tiempo posible. La aparamenta eléctrica de la que se hablará en el transcurso del

proyecto son los seccionadores y los interruptores.

D

1

Introducción

2

2

2.OBJETIVOS Y ALCANCE

DEL PROYECTO

AContinuación, se define claramente cuales son los objetivos y cuál es el alcance del proyecto, con el fin

de aclarar que queda dentro y fuera del mismo.

2.1. Objetivos del Proyecto

• Dar una visualización general de un sistema eléctrico de potencias.

• Conocer las distintas configuraciones de embarrado de una subestación.

• Identificar qué modos de operación existen en una subestación eléctrica, es decir, como se realiza la

comunicación entre aparamenta, subestación y centro de operación.

• Aprender cuales son los criterios de enclavamiento existentes entre dispositivos, dependiendo de la

configuarcion de la subestación en la que se encuentren instalados.

• Conocer cuáles son los elementos principales que componen los seccionadores y los interruptores, más

concretamente de aquellos que trabajan en subestaciones con ubicación en intemperie.

• Una vez mostrados estos criterios, obtener de estos una ecuación lógica que defina el tipo de

enclavameinto. Finalmente, tras esta ecuación lógica, aprender a diseñar la lógica de control que

implementa estas ecuaciones y que hace que tanto el interruptor como el seccionador actúen acorde a

lo establecido en los criterios de enclavamiento.

2.2. Alcance del Proyecto

El alcance del proyecto se limita a la comprensión de los distintos enclavamientos existentes entre los

seccionadores y los interruptores de potencia, en función de las distintas configuraciones de barras de la

subestación eléctrica a la que pertenezcan. Tras ello, se procederá a la formulación de estos criterios de

enclavamiento, mediante ecuaciones lógicas. Finalmente, se hará énfasis al diseño de circuitos de control,

basándonos en las ecuaciones establecidas anteriormente, que gobiernan el control de nuestros dispositivos.

También, dentro del diseño de la lógica de control de cada dispositivo de corte, se realizará un estudio de los

distintos estados en los que se puede encontrar el elemento de corte, y en consecuencia su circuito de control,

con la finalidad de verificar el correcto funcionamiento del mismo.

Por otro lado, quedaría fuera del alcance de este proyecto, el estudio de cualquier otro componente de una

subestación pese a la importancia que este tenga. Supondremos, que el resto de la aparamenta tiene un

funcionamiento adecuado para que se pueda llevar a cabo el funcionamiento normal del seccionador y del

3

Objetivos y Alcance del Proyecto

4

interruptor. También, el estudio de los enclavamientos y lógica de control tanto de seccionadores e interruptores

de potencia que pertenecientes a configuraciones de barra de subestaciones que no sean del tipo barra simple, y

barra doble.

4

3.CRITERIOS GENERALES DEL

SISTEMA ELÉCTRICO

uando se habla de sistema eléctrico, se hace haciendo referencia a Sistema Electrico de Potencias, (S.E.P)

, que no es más que un sistema que tiene como función, el cumplimiento de las siguientes tareas.

Generación de energía eléctrica, transporte de la misma y distribución de la energía hasta los usuarios.

Atendiendo, por tanto, a estas obligaciones que tiene que realizar cualquier sistema eléctrico de potencias, puede

llegar a una definición. Un sistema eléctrico de potencias, no es más que un sistema constituido por un conjunto

de equipos e instalaciones, interconectados entre sí, con el objetivo de generar, transportar y distribuir energía

eléctrica desde que se genera, hasta los consumidores finales. Uno de los principales objetivos de un sistema

eléctrico de potencia, es proporcionarle energía eléctrica al usuario final de la forma más economicanmente

posible, y de la forma más fiable. Entendiendo por fiable, que tenga el menor número de interrupciones posibles.

Figura 1. Esquema básico de un sistema eléctrico de potencia.

En la anterior ilustración, se pueden contemplar un esquema básico de un sistema eléctríco de potencia,

permitiendo aclarar los tres subsistemas que constituyen un sistema eléctrico de potencia. Aparte de estos tres

bloques, cabe hacer especial interés a las subestaciones elécticas, ya que son objeto de estudio en este proyecto.

Son las encargadas de enlazar los tres grandes bloques de los que componen el sistema eléctrico de potencias.

A continuación, se dará una breve explicación de cada una de las partes que componen un sistema eléctrico de

potencia, con el objetivo de aclarar, que taréa se realiza en cada una de ellas.

C

5

Circuitos de Control de Dispositivos de Corte en Subestaciones Eléctricas

• Generación

Cuando hablamos de generacón, lo hacemos refiriéndonos a las centrales encargadas de producir

energía eléctrica a partir de otras fuentes primarias de energía (Hidráulica, térmica de combustible fósil,

nuclear, ciclos combinados, eólicas, solares, etc.).

Es importante comentar, que en condiciones normales de funcionameto, todas las unidades generadoras

se enuentran en sincronismo, a frecuencias prácticamente cercanas a frecuencia nominal de 50 Hz.

• Red de Transporte

La red de transporte es la encargada de conexionar los centros de generación, que suele estar bastante

distanciados a lo largo del área geográfica sobre la que se extiende el S.E.P. con las subestaciones

eléctricas de transformación. Puesto que es de vital importancia realizar el transporte de de corriente a

muy alta tensión, debemos de disponer de una subestación elevadora, que estaría a la salida de la central

de generación. Por otra parte, la subestación transformadora, situada al final de la red de transporte, es

la encargada de adecuar los elevados niveles de tensión a niveles de tensión aptos para el usuario final.

Esta red, se caracteriza porque tiene que transportar grandes cantidades de energía eléctrica a largas

distancias, lo que hace que, para reducir considerablemente la pérdida durante el transporte, esta

conducción de corriente debe llevarse a cabo a niveles de muy alta tensión (220 y 400 kV en España.)

Estas líneas, están constituidas por cables de aluminio, que descansan sobre estructuras metálicas

diseñadas para tal efecto.

• Red de Distribución

Es la parte final del sistema eléctrico de potencia, encargado de llevar la energía desde la subestación

transformadora hasta los usuarios finales de consumo. Los sistemas de distribución pueden pertenecer

a empresas privadas o al sector público. También, es posible realizar una clasificación de la red de

distribución, atendiendo a su modo de instalación, siendo estas, aéreas o enterradas. Estas últimas, son

las más empleadas en las ciudades. Son las más usadas, pese a que ante cualquier fallo, la reparación

del fallo es más costoso, ya que es más difícil detectar donde se ha producido el fallo con exactitidud, y

además necesita de más mano de obra. Sin embargo, a pesar de estas desventajas, son las más usadas

en determinados niveles de tensión, ya que el impacto visual que transmiten es mucho menor.

3.1. Subestaciones Eléctricas.

“Una subestación eléctrica, es un conjunto de máquinas, aparatos y circuitos que tienen la funcionalidad de

modificar los parámetros de la potencia eléctrica (tensión y corriente) y de proveer un medio de interconexión y

despacho entre las diferentes líneas de un sistema.” (Enriquez, 1979).

Las subestaciones como expone Enriquez en su obra de elementos de subestaciones elecricas, presentan unas

características de operación, siendo las más comunes: flexibilidad, confiabilidad, seguridad y, por último,

modularidad.

6

6

Criterios Generales del Sistema Eléctrico

• Flexibilidad

Se habla de flexibilidad de una subestación, cuando nos referimos a la capacidad que esta tiene para

adaptarse a los diferentes cambios en su configuración, ya sean debidos a cambios por mantenimiento

o por cambios producidos por contingencias inesperadas en las líneas que abastece. También puede

debido a problemas que ocurran de forma inesperada en la misma subestación

• Fiabilidad

La confiabilidad de una subestación hace mención, a la capacidad que esta tiene para seguir alimentando

a sus instalaciones receptoras, a pesar de que uno de sus elementos esté recibiendo labores de

mantenimiento, o este siendo reparado.

• Seguridad

Este atributo es de vital importancia para cualquier subestación, ya que, gracias a esta, las subestaciones

son capaces de mantener a salvo tanto cualquier elemento pertenciente a la propia subestación, como al

personal que trabaja en ella. Es indipensable el cumplimiento de esta condición, ya sea en condiciones

normales o anormales de funcionamiento.

• Modularidad

Hace referencia a la facilidad que presenta la subestación eléctrica para modificar su configuración

cuando las necesidades tanto de la subestación como las del sistema en general lo requiera.

A continuación, se va a realizar una clasificación de las subestaciones. La clasificación de las subetaciones se

puede realizar atendiendo a dos criterios: de acuerdo al emplazamiento en el que son instaladas, y la función que

realizan dentro del sistema eléctrico de potencias al que pertenecen.

En primer lugar, se mostrará la clasificación de las subestaciones atendiendo a la función que desempeñan dentro

del propio sistema eléctrico de potencia al que pertenece, pudiendo ser:

• De maniobra

Las subestaciones de maniobra, figura 2, son aquellas que están destinadas a la interconexión de dos o

más circuitos. Como peculiaridad, comentar que todas las líneas que concurren a esta, deben de ser del

mismo nivel de tensión. Gracias a este tipo de subestaciones, podemos aumentar el número de nudos

del sistema eléctrico y consecuentemente, aumentar la fiabilidad del mismo.

Figura 2. Subestación de maniobra


• De transformación pura

Las subestaciones de transformación pura, son las encargadas de realizar las transformaciones de

tensión de niveles superiores a niveles inferiores. Normalmente, estas son ubicadas en la entrada de los

centros de consumo, para adaptar los niveles de tensión de transporte a consumo.

Figura 3. Subestación de transformación pura

• De transformación

Este tipo de subestaciones son las que están colocadas a la salida de los centros de generación, ya que

su labor principal es elevar los niveles de tensión de generación hasta los niveles adecuados para el

transporte. Para llevar a cabo su labor, necesitan de uno o varios transformadores.

• De cambio del número de fases

Estas subestaciones, las de cambio de número de fases, están enfocadas a la alimentación de redes con

distntos números de fases. Los cambios más habituales que suelen realizarse en el sistema eléctrico son:

-De trifásica a Hexafásica.

-De Trifásica a monofásica.

Figura 4. Subestación de cambio de número de fases

8

8


• De rectificación

La misión principal de las subestaciones de rectificación es realizar la modificación de corriente alterna

a corriente continua, ya que, a la salida de estas, deben de alimetar una instalación de corriente contínua.

Estas subestaciones también son denomidas con el nombre de subestaciones de tracción.

Figura 5. Subestación de rectificación

Como se ha mencionado anteriormente, también se puede realizar una clasificación atendiendo a la ubicación

en las que estas se encuentran instaladas, pudiendo distinguirse, de intemperie, de interior y finalmente las

subestaciones blindadas.

• De intemperie

Las subestaciones de intemperie, son aquellas subestaciones que están construidas al aire libre, lo que

hace que a la hora de diseñarlas, su aparamenta se seleccione acorde a las inclemencias meteorológicas

que estás tengan que soportar en su lugar de instalación. Las condiciones climatológicas por las que

pueden verse afectadas este tipo de aparamenta es por la lluvia, viento, nieve, humedad y

contaminación. Dado que se instalan al aire libre, se debe de dejar una distancia de aislamiento mínima

necesaria ya que no tienen ningún medio de extinción de arco que haga que lo interrumpa. Por ello, este

tipo de subestaciones se suelen instalar en lugares donde el espacio no es un problema. Son las más

empleadas en alta tensión.

• De interior

En este tipo de subestaciones eléctricas, la aparamenta no se encuentra expuesta a cualquier inclemencia

meteorológica, si no que se encuentra protegida. Debido a que se hallan en el interior de una

construcción, las distancias de aislameinto son menores, ya que no hay condiciones meteorológicas que

puedan empeorar su medio de interrupción. Consecuentemente, esto hace que las dimensiones de las

subestaciones de tipo blindado sean considerablemente menores que la de intemperie. Tan sólo, hay un

elemento que se encuentra al aire libre, y estos son los transformadores, y se ubican al aire para mejorar

su refrigeración.

9


• Blindadas

Al igual que ocurre con las subestaciones de interior, estas también se encuentran en el interior de una

construcción. La peculiaridad que estas presentan frente a las de interior es que estas hacen uso de un

medio de interrupción llamado hexafluoruro de azufre (SF6). Esta configuración de subestaciones es

instalada en zonas donde las inclemencias meteorológicas son muy adversas, además de tener un

espacio muy reducido para la construcción. Normalmente, son empleadas en ciudades, donde el espacio

del que se dispone para este tipo de construcciones es muy reducido. Suelen ser empleadas para niveles

de tensión inferiores a los de alta tensión.

Tras ver las distintas configuraciones de subestaciones existentes atendiendo a su ubicación, y a su funcionalidad

dentro del sistema eléctrico al que pertenecen, vamos a pasar a comentar las configuraciones que existen

valorando su configuración de barras. Es de vital importancia conocer la configuración del embarrado de la

subestación electrica, ya que dependendo de esta, podremos ver como afecta su flexibilidad y confiabilidad a la

continuidad del suministro eléctrico ante contingencias ocurridas en la misma subestación.

Dependiendo del peso que tenga la subestación dentro del sistema eléctrico de potencias al que pertenece, la

configuración de embarrado de la subestación será una u otra. Cuanto mayor sea la importancia de la subestación,

más compleja será la configuración de su embarrado, siendo su coste, directamente proporcional.

En la siguiente explicación que se dará sobre las distintas configuraciones, cometar que se hará referencia a los

criterios de operación, mantenimiento y futuras ampliaciones. Comenzaremos con la configuración más sencilla

que es la de barra simple, y se irá incrementando en cuanto a complejidad estructural, hasta llegar a la

configuración de doble barra con doble interruptor.

• Barra simple

Es la configuración más sencilla de todas, se corresponde con la ilustración 6. En esta configuración, si

se produce un fallo en la barra o en cualquier interruptor a la hora de abrir, para aislar la falta, debemos

de dejar toda la instalación sin suministro. Sin embargo, en caso de ocurrir un fallo en cualquier circuito,

tan sólo bastará con abrir el interruptor de dicho circuito, sin tener que dejar sin suministro eléctrico al

resto de instalaciones de suuministro.

Si lo que queremos es realizar labores de mantenimiento, ya sea del propio interruptor o de cualquier

sección de la línea, únicamente, se quedaría sin suministro el circuito en cuestión. Para la operación de

manteniento, debemos abrir en primer lugar, el interruptor, y acto seguido, abrir los dos seccionadores

adyacentes, para que así puedan operar estos últimos sin tensión. La finalidad principal de aislar con

seccionadores, es como ya se sabe, garantizar un asilamiento visible de forma segura.

No es común instalar esta configuración de embarrado en subestaciones principales, ya que, ante un

fallo en la barra de alimentación, haría que toda la subestación y consecuentemente, todos los

consumidores se quedasen sin alimentación. Sin embargo, debido a su bajo coste de instalación, se suele

emplear esta configuración en subestaciones cuyos niveles de tensión no son muy altos.

10

10


Figura 6. Configuración de barra simple

En lo que respecta a la maniobrabilidad de la subestación, es una subestación en la que realizar las

maniobras es bastante cómodo, ya que, para desenergizar cualquier línea, tan sólo hay que abrir un

interruptor.

En el apartado de mantenimiento, cuando se quiera realizar el mantenimiento de un interruptor,

únicamente hay que abrir el interruptor en el que se quiera realizar el mantenimiento, y a posteriori,

abrir los seccionadores adyascentes, para así garantizar el aislamiento visible.

El elemento más crítico de la subestación, es sin duda alguna el embarrado, porque como se ha

comentado a lo largo de esta explicación, un fallo en la barra dejaría sin suministro alguno a la

subestación.

Finalmente, el coste de la subestación es bastante bajo, en comparación con otras configuraciones más

usadas. Este coste tan bajo se debe a que tan solo posee un interruptor y dos seccionadorespor posición

de línea.

• Barra simple partida

Contemplando la ilustración 7, se puede apreciar que el principal elemento que diferencia esta

configuración de la anterior, es el seccionador que posee en su barra principal de alimentación. Debido

a la instalación de este elemento, con esta configuración es menos probable que se quede sin suministro

la barra principal de alimentación de la subestación, ya que para que la barra se quedase sin suministro,

debería de quedarse sin suministro ambas partes de la barra (contando con que el seccionador de la barra

este abierto).

11


Figura 7. Configuración barra partida

El modo de operación normal de esta configuración es con los seccionadores situados en la barra de

suministro abiertos, en caso de que se produzca un fallo en una de las semibarras, se podrá mantener en

funcionamiento la otra parte de la subestación, dejándo sólo a la mitad de los circuitos de consumo de

la subestación sin alimentación

En cuanto al modo de operación, sería prácticamente el mismo que el de subestación con configuración

de barra simple, ya que en caso de que se produjese un fallo, en uno de los circuitos, para aislar dicha

contingencia, tan sólo habría que disparar el interruptor de línea. Lo mismo ocurriría cuando se quisiese

realizar labores de mantenimiento en los interruptores, únicamente habría que dejar sin suministro al

circuito que este proteje, igual que ocurre con la configuración anterior.

A pesar de que esta configuración es más compleja que la anterior, también se emplea para

subestaciones de niveles de tensión bajos, ya que no es muy dificil que se pueda producir un fallo critico

fallo que deje a la subestación sin suministro. Como ventaja, con respecto a la anterior configuración,

en caso de originarse un fallo en barras o en un interruptor, el cincuenta por ciento de la instalación

quedaría energizada.

• Barra simple con barra de transferencia

Esta configuración es algo más compleja, tal y como se puede apreciar en el siguiente esquema, consta

de una barra simple y otra de transferencia, además del conjunto de seccionadores e interruptor de

acoplamiento. Cada circuito posee tres seccionadores además de un interruptor, estando cada circuito

apoyado por los seccionadores y el interruptor de acoplamiento o respaldo.

12

12


Figura 8. Configuración con barra de transferencia

Cuando se produzca un fallo en cualquiera de los interruptores de línea, estos serán respaldados por el

interruptor de transferencia. Aclarar que, ante un fallo de interruptor, se perdería el circuito que al que

este proteje, dado que el interruptor de acoplamiento en condiciones normales de operación no está

cerrado.

Por el contrario, en caso de que ocurriese una contingencia en cualquiera de los interruptores, tras un

breve parón en la alimentación de ese circuito, se volvería a restablecer la alimentación, ya que el

interruptor de transferencia haría la labor del interruptor que ha fallado. Sin duda alguna, esta

configuración de embarrado, prevalece sobre las anterirores puesto que, para realizar la operación de

mantenimiento de cualquier interruptor, se puede llevar a cabo manteniendo energizado el circuito al

que este pertenece, todo ello gracias al interruptor de acoplamiento.

En lo que respecta al coste de instalación, esta configuración si que presenta unos costes de instalación

mayores que las anteriores, ya que dispone de una barra de transferencia, además de dos seccionadores

y un interruptor. Gracias a ellos, aumenta notablemente la fiabilidad y flexibilidad de la subestación

eléctrica ante cualquier fallo inesperado.

• Interruptor y medio

La configuración mostrada en la ilustración 9, también nos la podemos encontrar con el nombre de

triple interruptor, ya que presenta tres interruptores en serie entre las barras principales de alimentación,

y estos a su vez se encuentran combinados con seis seccionadores. Como se puede apreciar en la

siguiente ilustración, esta configuración presenta tres interruptores por cada dos circuitos, de ahí el

nombre de interruptor y medio. Además, también presenta tres secccionadores por circuito.

En condiciones normales de funcionamiento, los tres interruptores operan estando cerrados, lo que hace

que ambas barras estén en tensión. Ante un hipotético fallo en una de las barras de alimentación,

podríamos aislar la continuidad de esa barra del resto de la instalación, reconfigurando la subestación

de tal forma que, sea la otra barra la que alimente a la subestación. Aprovechando así, unas de las

principales ventajas que tienen los sitemas mallados.

13


Figura 9. Configuración de interruptor y medio

En esta configuración, el fallo más crítico que se pueda originarse es que el interruptor central falle, lo

que implica la pérdida de la alimentación de uno de los circuitos. Por otra parte, la principal ventaja de

la que se dispone cuando realizamos esta instalación es que cuando queramos realizar la labor de

mantenimiento de cualquier interruptor, no tenemos que cortar ni por un instante la alimentación de

cualquier circuito, es decir, habría una continuidad de suministro total.

Aunque claro, no todo son ventajas, para conseguir estas propiedades de la instalación, debemos pagar

un precio de instalación mayor que en los anteriores casos. Además, estos interruptores, deben de ser

capaces de interrumpir en el caso más desfavorable, corrientes de falta de dos circuitos.

Esta configuración, pese a su alto coste de instalación, es de las más usadas en el mundo ingenieril,

gracias a la seguridad que presenta frente a la pérdida de suministro. La configuración de interruptor y

medio es muy empleada en subestaciones elevadoras asociadas a plantas generadoras y a aquellas

subestaciones que manejan grandes potencias de cortocircuito dentro de un sistema eléctrico de

potencias.

• Interruptor doble, barra doble.

En la configuración de barra doble e interruptor doble, se puede contar que hay ocho interruptores

combinados con dieciséis seccionadores, teniendo, por tanto, asociados dos interruptores y cuatro

seccionadores a cada circuito. Este hecho, unido además a la conexión de dos barras alimentadoras,

hace que la probabilidad de que la subestación pierda alimentación ante cualquier contingencia sea

prácticamente nula.

14

14


Figura 10. Configuración de barra doble, interruptor doble

Operar bajo esta configuaracion, hace que se prácticamente imposible que se dé el hipotético caso de

que tanto la subestación como cualquier línea de alimentación para usuarios se quede sin alimentacón.

Se garantiza la continuidad de suministro ante fallo en cualquier elemento de la subestación. Aún así,

sigue exisitiendo una probabilidad de que ocurra, por remota que sea.

3.2 Niveles de Tensión

A continuación, se exponen los distintos niveles de tensión existientes en un sistema eléctrico de

potencias. Anotar, que el nivel de tensión de una subestación, viene dado por la tensión que diponen las

barras de servicio. Es importante conocer estos niveles de tensión, ya que al mismo tiempo que aumenta

el nivel de tensión, lo hace la complejidad de los circuitos encargados de proteger esta instalación. Los

distintos niveles de tensión que nos podemos encontrar en el sistema eléctrico español, serían los

siguientes:

• Muy baja tensión (MBT): Hasta los 50 V.

• Baja tensión (BT): Desde los 50 V hasta 1 kV.

• Media tensión (MT): Desde 1 kV hasta 33 kV.

• Alta tensión (AT): Desde 33 kV hasta 500 kV.

• Muy alta tensión (MAT): desde 500 kV en adelante.

15

4.ENCLAVAMIENTOS

4.1 Definicion de enclavamiento

omo se puede encontrar en el especificación técnica facilitada por la sociedad anónima Hidrocantábrico

Distribución Eléctrica, EDP “ Un enclavamiento es un dispositivo que controla la condición de estado

de cierto mecanismo para habilitar o no un mecanismo. Esto es necesario en equipos de maniobra en

donde se desee lograr una condición de seguridad para su accionamiento y obtener mayor confiabilidad en la

operación minimizando los riesgos eléctricos.” (edp hc energía, 2015, pág. 4).

4.2 Materialización de los Enclavamientos

A continuación, vamos a plantear las distintas tecnologías existentes a la hora de implementar los

enclavamientos:

• Enclavamiento mecánico

Este enclavamiento se lleva a cabo con piezas metálicas y llaves. Uno de los más sencillos, pero al

mismo tiempo muy eficaz, es el enclavamiento mecánico mediante candado. Esta configuración, es

aplicable tanto a seccionadores como a interruptores. Con este enclavamiento, se consigue una

protección a nivel local de la subestación, ya que el enclavamiento se hace desde la misma cabina de

mando de a aparamenta eléctrica en cuestión.

• Enclavamiento eléctrico

“Se consigue mediante circuitos eléctricos en los que intervienen relés y contadores auxiliares de los

interruptores y seccionadores. Aplicable a niveles de mando local y de posición.” (Pinela, 2011)

• Enclavamientos Programados

Haciendo nuevamente referencia al documento publicado por la sociedad anónima Hidrocantábrico

Distribución Eléctrica, un enclavamiento programado se lleva a cabo haciendo uso de un dispositivo

electrónico (unidad de control) que gestiona las distintas maniobras mediante una lógica programada.

Este dispositivo electrónico, debe ser conocedor en todo momento de todas y cada una de las posiciones

de los distintos elementos de maniobra.

Habiendo visto las distintas formas bajo las cuales se pueden materializar los enclavamientos, ahora se porcederá

a explicar los criterios generales, siendo estos fundamentales a la hora de estudiar los enclavientos en los

interruptores y seccionadores.

C

16


4.3 Criterios Generales de los Enclavamientos

Antes de realizar una lista de criterios generales bajos los cuales se regirá el comportamiento del interruptor y

del seccionador a la hora de disparar o maniobrar, hay que saber que los criterios de enclavamiento varian

dependiendo de los niveles de tensión asignados en la subestación eléctrica, y de la tecnología de corte que se

disponga en la aparamenta de corte y maniobra. No obstante, generalizando, los criterios de enclavamiento son

los siguientes:

1. Dado que los seccionadores son un tipo de aparamenta que sólo pueden manibrar cuando por ellos no

circula intensidad, los seccionadores de una subestación deberán estar enclavados con sus interruptores

adyacentes, de tal forma que cuando el seccionador en cuestión se disponga a maniobrar, abrir, el

interruptor debe haberse encargado antes de dejar sin circulación de intensidad el circuito, es decir, estar

completamente abierto.

2. Todos y cada uno de los seccionadores instalados en la subestación deben poseer la posibilidad de poder

realizar un enclavamiento tanto mecánico como manual. Las formas más habituales de realizar este tipo

de enclavamientos son mediante burlón o candado. La finalidad de está acción es impedir que mientras

un operario tiene el control local de dicho dispositivo, pueda llegar otro operario y modificar el estado

de este, incurriendo así, un problema de seguridad.

3. Los seccionadores deben poseer un enclavamiento que inhabilite la operación remota cuando este está

operando de forma manual a nivel de campo. Cuando se dice que un seccionador opera de forma

manual, quiere decir que este seccionador es accionado mediante un mecanismo de viela. Gracias a este

enclavamiento, impedimos que el seccionador pueda maniobrar mientras este se encuentra en labores

de mantenimiento o pruebas.

4. Como argumenta EDP, existirá un enclavamiento en ambos sentidos entre las cuchillas de puesta a

tierra y las cuchillas principales en los seccionadores de línea con pusta a tierra, enclavamiento

mecánico y, si es posible, también eléctrico.

5. Nuevamente, citando el documento de EDP. “Las cuchillas de puestaa a tierra y los seccionadores se

enclavarán entre sí de forma que, considerando todos los interruptores cerrados, la operación de un

seccionador no provoque una falta a tierra.”

6. En la configuración de barra doble de una subestación, se permite que los seccionadores de ambas barras

maniobren, siempre y cuando, el acoplamiento esté cerrado.

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5. SISTEMAS DE CONTROL Y

JERARQUÍA

a automatización de las subestaciones eléctricas está a la orden del día. Cada vez, están más

automatizadas las subestaciones en referencia a hace unos años. Esto origina una enorme mejora en el

funcionamiento de las protecciones que conforman las subestaciones eléctricas. El sistema de

automatización que se integra en las subestaciones es el de sitema SCADA. Estos sistemas, están basados en

equipos IEDs (Intelligent Electronic Devices), los cuales disponen de tecnología digital con alta prestaciones de

cómputo y comunicaciones a través de áreas locales en la subestación. Todo ello, ha configurado el estádar

IEC61850, el cuál es una referencia en las modernas subestaciones. Los equipos que instalados en este sistema

de protección pueden ser de la misma marca, o indistintamente, pertenecientes a distintos distribuidores, es decir,

no tienen por qué ser del mismo fabricante.

5.1 Sistema de Control, Protección y Telecontrol

Como se recoge en el documento de implementación práctica y protocolo en subestaciones eléctricas de Lobato.

“El sistema de control, protección y telecontrol (SCPT) es el sistema que permite llevar a cabo un control local

y remoto de la subestación eléctrica. Gracias a este sistema, se pueden realizar las ordenes sobre los interruptores,

seccionadores, transformadores de tensión e intensidad, relés entre otros permitiendo transmitir las señales de

alarma que se puedan producir, visualizar medidas, y todo ello en tiempo real. Además de proteger la

subestación, permite proteger las instalaciones de posibles faltas y cortocircuitos que se puedan producir, tanto

en los elementos de la subestación, como en las líneas que las unen.” (Lobato, 2010)

La subestcaiones eléctricas, pueden estar operadas de dos formas totalmente distintas, según sus necesidades de

operación. Estas dos formas de operar serán, de forma local, que es cuando un operador realiza la operación

desde el mismo dispositivo. Por ejemplo, cuando se acciona un seccionador de forma manual mediante una

manivela. La segunda forma sería una operación remota, y esta a su vez se puede realizar desde la misma

subestación, o desde el centro de control de la compañía.

Por otro lado, atendiendo al control de una subestación eléctrica, comentar que esta, se encuentra dividida en

tres niveles de control:

• Nivel 1

Este nivel es el compuesto por los quipos esenciales de una subestación, tal y como se puede pareciar

en la imagen 11. Algunos de estos equipos son: seccionadores, interruptores y transformadores tanto de

tensión como de intensidad. Básicamente, el control a este nivel significa que el operario opera a pie de

campo, desde el armario de control del elemento sobre el cual se desee realizar la labor. Dado que se

opera a pie de campo, este nivel de control también se denomina nivel de campo.

L

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Figura 11. Nivel de campo de una subestación eléctrica

• Nivel 2

Este segundo nivel, tal y como se indica en el documento de implementación práctica del protocolo en

subestaciones eléctricas de Lobato, es un nivel formado por los armarios de control y protección, que a

su vez se componen de las mULCs (unidades de control digital o control convencional mediante

selectores, pulsadores o relés auxiliares, dependiendo de la tecnología empleada), las protecciones y

todos aquellos elementos encargados de las funciones asociadas al conjunto de la posición

(enclavamientos, regulación de tensión, protección y medida). Este nivel, es el encargado de interactuar

directamente con el nivel de campo, obteniendo los datos mediante entradas y salidas analógicas y

digitales.

• Nivel 3

Desde este nivel de control, se realiza la gestión de todos procesos que se van a llevar a cabo en la

subestación, véase la imagen 12, incluyendo las operaciones que se realicen en el parque de alta y media

tensión. La unidad de control de la subesatción, formaría lo que sería el tercer nivel de control de una

subesatción. Todas estas operaciones se realizan a través de un sistema de gestión que usa un software

SCADA, local para la subestación.

También se pueden realizar las maniobras y en definitiva la gestión desde centros de control que no se

encuentren ubicados en la misma subestación, como puedan ser los centros de control de las compañías

eléctricas. Estos es lo que se conoce como una operación de la subestción de forma remota. La

comunicación remota entre estos centros de control y la subestación se realiza mediante una interfaz.

Esta interfaz permite que la comunicación entre los centros de control y el sistema SCADA de la propia

subestación sea bidireccional.

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18

Sistemas de Control y Jerarquía

Figura 12. Control realizado desde la propia subestación

Además de los sistemas de control y protección, se está empezando a instalar en las subestaciones eléctricas un

nuevo sistema, llamado sistema de Telegestión. El objetivo que tiene la instalación de este sistema, no es más

que se pueda hacer una conexión simple a través de internet con cualquier dispositivo eléctrico de la subestación.

Con ello se conseguiría, realizar las distintas labores de mantenimiento o gestión de la aparamenta, sin tener que

acceder a la propia subestación.

Finalmente, se muestra la imagen 13, con objeto de aclarar las ideas en cuanto a los niveles de control existentes

en las subestaciones y la jerarquía de estos, se muestra una imagen:

Figura 13. Esquema de sistema de control de una subestación eléctrica

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6. EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO

6.1 Definición de Aparamenta Eléctrica

l término aparamenta eléctrica es un término general que cubre los dispositivos de maniobra y sus

combinaciones con los equipos asociados de control, medida, protección y regulación, así como a

los conjuntos de dichos dispositivos y equipos con sus interconexiones asociadas, accesorios,

envolventes y estructuras soporte” (Véase en la norma UNE-EN-62271-1-2008).

6.2 Características Generales de la Aparamenta

Antes de comezar a explicar las características generales de la aparamenta eléctrica, es importante perseverar

que la aparamena que se va a estudiar en este proyecto, que son los seccionadores y los interruptores de potencia,

ambas, son aparamenta de protección. Se dice que una aparamenta es de protección cuando tiene la capacidad

de abrir y cerrar el circuito al que pertenece. La diferencia fundamental que radica entre ambas, es que el uso

principal de los interruptores de potencia es salvaguardar tanto a la subestación (conexiones, circuitos, otra

aparamenta) como a los operarios de dicha subestación, ya sea en condiciones normales de funcionamiento o

anormales. Mientras que, por otra parte, los seccionadores se encargan de proporcionar un aislamiento visible

de una sección de circuito cuando por ellos no circula intensidad de corriente. Por tanto, se centran más en

proporcionar un aislamiento visible.

También se pueden denotar como aparamenta de maniobra, ya que frente a otro tipo de aparamenta como por

ejemplo los fusibles, tanto los seccionadores como los interruptores tienen la capacidad de abrir y cerrar varias

veces el circuito que están protegiendo, no son de una sola actuación.

A la hora de realiar el diseño de una subestación eléctrica y ver que aparamenta se debe instalar, es importante

estudiar si los valores asignados de sus magnitudes funcionales se corresponden con los de la propia subestación,

con la finalidad de que dicha aparamenta este dotada de las cualidades necesarias para proteger la instalación

que se le tiene asignada, tanto en condiciones normales, como anormales. Estos valores asignados de la

aparamenta son a lo que llamaremos características generales.

• Tensión nominal

Valor convencional de la tensión con la que se denomina un sistema o instalación y para los que ha sido

previsto su funcionamiento y aislamiento.

• Corriente nominal

Hace referencia a la intensidad que puede pasar permanentemente sin producir calentamiento excesivo

en condiciones nominales de funcionamiento.

“E

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• Máxima intensidad térmica

Hace referencia a la máxima intensidad de corriente que puede soportar un dispositivo eléctrico, durante

un tiempo especifico, que viene impuesto por el fabricante, y que este dispositivo no sufra daños algunos

cuando durante este tiempo específico, aguante esa intensidad de corriente.

• Máxima corriente de sobrecarga

Hace referencia al valor máximo de la corriente eléctrica con la que puede operar la aparamenta eléctrica

cuando se producen unos valores de sobrecarga en la instalación.

• Nivel de aislamiento

Todos los aisladores de los aparatos eléctricos deben soportar diferentes solicitaciones dieléctricas, unas

de modo permanente, como es la tensión de red, y otras de modo ocasional, como son las sobretensiones

transitorias de origen atmosférico o de origen interno. Ambas, pueden alcanzar valores muy elevados.

El aparato en cuestión, deberá hacer frente a estas solictaciones durante toda su vida y cuando se trate

de un aparato de servicio intemperie, habrá de hacerlo en las diferentes condiciones climatológicas que

se puedan presentar.

• Poder de cierre

Valor máximo de corriente que es capaz de cerrar la aparamenta sin originar ningún fallo, ni que ella

sufra cualquier tipo de daño.

• Poder de corte

Valor máximo de corriente que puede interrumpir cualquier aparameta eléctrica destinada a tal efecto.

6.3 Interruptor de Potencia

El interruptor de potencia es el elemento más importante que hay en una subestación eléctrica a la hora de realizar

la labor de protección. En un periodo de tiempo establecido, normalmente pocas milésimas de segundo, debe

ser capaz de cambiar de estado, convirtiéndose en un aislante perfecto, para el caso de que el interruptor se

encontrase previamente cerrado, o en el caso contrario, actuar como conductor perfecto.

Este dispositivo, juega un papel importante cuando tiene que proteger la línea o transformador en la que se

encuentra instalado, ya que un fallo a la hora de aislar cualquier defecto, se puede traducir en un fallo total del

sistema. Por este motivo, la fiabilidad de cualquier aparamenta eléctrica y más concretamente el interruptor debe

ser excepcional, ya que, juegan un papel importante en el sistema eléctrico de potencia.

En la sección siete del proyecto, se explicará con detenimiento el funcionamiento de un interruptor, y más

concretamente el que usa como medio de extinción del arco eléctrico, hexafluoruro de azufre, ya que es de los

más empleados. En este apartado, se analizarán los ditintos tipos de interrutores que se pueden instalar en las

subestaciones eléctricas, atendiendo a la técnica que estos emplean en su cámara de corte para disipar el arco

eléctrico. Cuando se habla de la técnica que se emplea en la cámara de corte, se hace mención a las distintas

tecnologías desarrolladas por los fabricantes para extinguir el arco eléctrico formado por los contactos del

interruptor a la hora de cortar la corriente.

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Equipamiento Eléctrico

• Interrupción en aire

Como menciona Harper en la página 139 de la publicación usada aquí, para la extinción de un arco

eléctrico en aire a la presión atmosférica normal del lugar de una instalación se tienen diferentes

procedimientos que pueden ser:

➢ Alargamiento y enfriamiento del arco.

➢ Empleo de celdas de ionización.

➢ Soplo magnético.

➢ Aumentando la rapidez de la apertura.

➢ Fraccionando el arco eléctrico.

• Interrupción en aceite

Cuando el interruptor instalado usa como medio de extinción del arco eléctrico la tecnología de basada

en interrupción de aceite, ocurre el mismo fenómeno que en el anterior, salvando la particularidad de

que cuando comienza el calentamiento de los contactos del interruptor causados por la formación del

arco, estos se enfrían más rápido que si se estuviese empleando la tecnología de interrupción en aire. En

esta tecnología de corte, cabe destacar dos acciones importantes a la hora de extinguir el arco eléctrico.

➢ Alargamiento y enfriamiento del arco.

➢ Autoextinción del arco.

• Interrupción con aire comrprimido

Esta tecnología de corte se basa en un método bastante sencillo, a la vez que eficaz. En estos

interruptores, cuando se forma el arco eléctrico lo que se hace es que se inyecta aire a mucha presión,

entrando este en contacto con el arco. Al entrar el aire a elevada presión en contacto con el arco eléctrico,

origina un despalzamiento del mismo, que se traduce en un alargamiento y enfriamiento, y por

consiguiente, en la extinción del arco. Una ventaja fundamental que presenta también esta tecnología

de corte, es que el aire comprimido empleado en extinguir el arco, se renueva con mucha facilidad, lo

que nos permite que las cracteristicas dieléctricas del aire no se vean alteradas, evitando así, formaciones

de arcos eléctricos internos debido al mal estado del medio de extinción.

• Interruptor en hexafluoruro de azufre

Para niveles de tensión superiores, ya existen otras alternativas más ambiciosas a la hora de extinguir el

arco eléctrico. La más empleada hoy dia es el método de extinción del arco empleando hexafluoruro de

azufre (SF6). La rigidez dieléctrica de este gas es del orden de dos o tres veces mayor que la del aire a

presión atmosférica. Se emplea hexafluoruro de azufre fundamentalmente por dos cosas:

➢ Elevado valor de rigidez dieléctrica.

➢ Elevada capacidad de recuperación de la rigidez dieléctrica cuando esta se pierde durante la

extinción del arco eléctrico.

• Interruptor en vacío

Los interruptores que usan la tecnología de corte en cámara de vacío, operan de forma distinta a los

vistos anteriormente, ya que con esta tecnología se trata de eliminar el medio donde pueda propagarse

el arco eléctrico. Si recordamos, los anteriores, sólo pretenden extinguir el arco alargándolo y

enfriándolo. Esta tecnología es diferente, evita que el arco se propague eliminando el medio por el cual

puede hacerlo.

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De aquí en adelante, este proyecto se centrará en la tecnología de corte que usa como medio de extinción el

hexafluoruro de azufre. Más concretamente, en la tecnología que trata de extinguir el arco eléctrico mediante el

autosoplado de este gas. Esta tecnología, se basa en aprovechar la propia energía generada por el arco para

aumentar la presión del gas que lo autoextingue.

El interruptor es un elemento bastante complejo, compuesto por un conjunto de elementos, gracias a los cuales

puede realizar su labor de protección. Cuando se tiene la intención de instalar un interruptor, hay que tener en

cuenta algunos de los siguientes criterios. Comentar, que además de explicar los componentes principales de un

interruptor que emplea como tencnología de extinción del arco el autosoplado de hexafluoruro de azufre, el

interruptor al que haremos referencia a lo alrgo del proyecto será también de tanque vivo, que son aquellos que

van conectados a tierra directamente. Así que, sin más preámbulos, vamos a pasar a comentar los componentes

más importantes que conforman un interruptor de potencia:

• Acumulación de energía mediante resortes

Antes de comenzar a hablar sobre el sistema empleado para almacenar energía en los interruptores,

comentar que los interruptores poseen dos estados estables de funcionamiento, abierto y cerrado. El

interruptor pude permanecer en cualquiera de estos dos estados de manera indefinida y sin consumo de

energía. Para cambiar de estado, si que es necesario contar con una energía almacenada, para lo cual,

habitualmente, suelen emplearse resortes (uno destinado al cierre y otro a la apertura).

Es importante saber, que los interruptores son actuados, tanto para cortar corriente eléctrica como para

establecerla, por medio de resortes. La energización de uno de estos, concretamente el de cierre, se

llevará a cabo con un motor de corriente continua, si es que la carga se realiza de forma automática.

Este motor de corriente continua debe ser alimentado por un sistema de alimentación auxiliar que

dispone la subestación, normalmente, baterías.

Figura 14: Mecanismo de actuación del interruptor

En la figura 14, se puede observar a modo de ejemplo un mecanismo empleado para cargar tanto el

resorte de cierre (B), como el resorte de apertura (A). Es apreciable a simple vista, que un resorte es más

grande que otro, concrétamente, el mayor es el de cierre. Esto se debe, a que el resorte de apertura se

carga gracias a la desenergización del resorte de cierre. El resorte de cierre debe ser lo suficientemente

grande como para contener la energía necesaria para realizar el proceso de cierre y cargar el resorte de

apertura.

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En caso contrario, de que no se pueda llevar a cabo la energización del resorte de cierre por medio del

motor eléctrico, se puede realizar mediante un accionamiento manual, con un mecanismo de biela.

Cuando el resorte se disponga a ser cargado mediante el accionamiento manual, debe de estar bloqueada

la lógica cableada que permita realzar una carga automática.

Finalmente, es importante hacer énfasis que, con el motor de corriente continua, sólo se cargará uno de

los resortes de actuación del interruptor, que será el de cierre. Es el de cierre, porque el resorte de

apertura, es energizado por el resorte de cierre.

• Cámara de corte de SF6

La cámara de corte es el elemento principal de los interruptores, ya que es aquí donde se produce la

extinción del arco eléctrico formado cuando los contactos del interruptor se separan. Está situadas sobre

soportes que actúan como aisladores. Véase en la siguiente imagen, el corte realizado en la cámara de

corte de un interrutor que usa como medio de extinción del arco eléctrico hexafluoruro de azufre.

Figura 15: Cámara de corte

Cuando el interrutpor se encuentra completamente cerrado, actúa como un conductor perfecto. En esta

posición, tanto la parte fija como la móvil del contacto principal y de arco se encuentran en contacto.

Cuando al interruptor le llega la orden de apertura, los contactos que primero empiezan a separarse son

los contactos principales, este estado se corresponde con el mostrado en la imagen 15, ilustrada

anteriorrmente. Una vez que los contactos principales dejan de estar en contacto, comenzarían a

separarse los contactos de arco. En este preciso momento de separación de los contactos arco, es cuando

se lleva a cabo la ionización del aire y por tanto, la formación del arco eléctrico. Tras la formación del

arco eléctrico, se procede a la extinción del mismo gracias a la expulsión del hexafluoruro de azufre.

Al mismo tiempo que se está extinguiendo el arco eléctrico, los contactos, tanto principales como de

arco, continúan abriéndose hasta alcanzar su estado final de apertura, siendo este, como se comentó

anteriormente, un estado estable, ya que no es necesario emplear energía para mantener el interruptor

en esta posición.

Cuando se realiza la instalación del interruptor en la subestación, es cuando se lleva a cabo la primera

recarga de hexafluoruro de azufre. Dado que este gas es bastante nocivo para el medio ambiente, el

fabricante debe asegurarse que las pedidas de este gas serán inferiores al uno por ciento, además, esta

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cámara debe estar dotada de la tecnología necesaria para comprobar constantemente que la presión de

hexafluoruro de azufre es la correcta.

También, debe de disponer de unas válvulas de relleno de SF6 para operaciones de mantenimiento. Cada

polo del interruptor debe ir equipado con un manodensostato que nos indicará la presión de SF6 en cada

uno de los polos. Este manodensostato, irá situado a una altura que permita al operario de manteimiento

una fácil lectura de él, sin necesidad de escalera.

Es importante que la cámara de corte tenga una buena comunicación con la lógica de control, para que

así pueda generar señales de alarma y de bloqueo. La señal de alarma se generará cuando:

➢ La presión del hexafluoruro de azufre desciende a un valor intermedio entre el mínimo y el valor

nominal al que debe estar, para realizar una maniobra segura.

➢ En el caso de que la presión de SF6 siga disminuyendo, se dará una doble alarma, y entrará en

acción la señal de bloqueo, dejando al interruptor en estado de bloqueo, impidiendo así el

disparo de este, ya sea de forma remota o manual. Con esta restricción, se evita un

cortocircuito, ya que se puede dar el caso en el que el interruptor este dispuesto a abrir, pero

sea incapaz de extiguir el arco eléctrico formado.

• Conexiones de relleno y extracción de SF6

Como se ha cometado anteriormente, el interruptor debe de poseer en la cámara de corte dos válvulas,

siendo una de ellas para el relleno y la otra para la extracción del SF6. Debe de disponerlas para cuando

el interruptor necesite de un mantenimiento, ya sea para la reparación de cualquier parte de la cámara

de corte o para sustituir el SF6 en el caso de que haya perdido sus propiedades de rigidez dieléctricas.

• Armario de accionamiento

También se llama armario de control. Todos los interruptores deben de estar equipados con uno, ya que,

en él, es donde se encuentra la lógica de control. Estos armarios, deben estar acondicionados para

sobrevivir frente a cualquier condición climática, ya que van situados a la intemperie. Por ello, debe de

ir equipados con equipos de calefacción, para evitar que se puedan congelar los equipos que estén en su

interior, en el caso de que el interruptor este situado en una condición climática de frío extremo.

También, deben de ir bien sellados, para que cuando llueva, no les cale el agua. Además, deben de

incorporar un sistema de refrigeración, por si se da la condición climática de extrema calor. A parte de

esto, debe de disponer de algunos elementos más, que no son objeto de estudio de este proyecto.

• Placa de características

Tanto el interruptor como el armario de control, deben de venir con su respectiva placa de

características, que debe permanecer inalterada ante cualquier condición climática y frente a la

corrosión.

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6.4. Seccionadores

Es otro de los elementos fundamentales en una subestación. La misión principal de estos dispositivos es la de

aislar tramos de un circuito, pero de forma visible. Es fundamental, comprender que estos dispositivos deben de

encontrarse libres de corriente para que puedan efectuar la operación de forma correcta, o dicho de otro modo,

el seccionador debe de operar en vacío. Eso no le exime de que tenga que ser capaz de soportar corrientes

nominales, sobreintansidades y corrientes de cortocircuito, estas últimas durante un tiempo especificado, según

las características funcionales del dispositivo.

Por tanto, este dispositivo nos asegura que cuando actúe, los tramos del circuito que se encuentren aislados por

el mismo, se encontraran libres de tensión. Con esto, aseguramos que la operabilidad de los operarios tenga un

alto grado de protección.

A la hora de instalar un seccionador en una subestación eléctrica, hay que contemplar las distintas topologías de

seccionadores existentes en el mercado. Seleccionando una u otra, en función de las características de diseño

que requiera la subestación. Eso sí, sea cual sea la topología, ya sea que realice el movimiento entre las cuchillas

de contacto de forma horizontal, con giro, o movimiento vertical, lo que debe de asegurar ante todo es el

aislamiento visible.

El tipo de apertura, deberá elegirse en función de las distancias de eléctricas, por ejemplo, para un seccionador

de apertura lateral se necesitará una mayor distancia de aislamiento que si elige uno con apertura vertical.

A continuación, se muestran las distintas configuraciones de seccionador existentes en el mercado.

• Seccionador de cuchillas giratorias

Estos seccionadores son los más empleados para niveles de tensión media, tanto para aquellos

seccionadores que son instalados en intemperie como en interior. Dentro de esta configuración, se

pueden encontrar seccionadores monopolares o tripolares.

En la imagen 16, se puede contemplar un seccionador de cuchilla giratoria para una instalación ubicada

en interior, y accionado con motor. Haciendo referencia a la topología de seccionadores monopolares o

tripolares, comentar que cuando se emplean seccionadores monopolares hay que tener cuidado cuando

se produce la discordancia de polos, ya que esto puede originar un desequilibrio entre las fases de una

instalación. A pesar de que resulten más caros, los seccionadores tripolares, sulen ser más usados por el

simple hecho de que estos evitan este fenómeno, gracias a que están dotados de un eje común que

sincroniza el movimiento de cada uno de los polos.

La principal diferencia entre seccionadores de cuchillas giratorias para instalación de interior y para

instalación de intemperie, reside en el tamaño y forma de los aisladores que soportan los contactos,

teniendo unos aisladores de mayor tamaño y forma acampanada en los seccionadores de intemperie que

los de interior.

27


Figura 16. Seccionador de cuchillas giratorias

• Seccionadores de cuchillas deslizantes

Con una estructura muy similar a la del seccionador visto anteriormente, el seccionador de cuchillas

deslizantes posee la ventaja de necesitar menos espacio a la hora de realizar el moviento tanto de

apertura como el de cierre. Sin embargo, puede presentar el inconveniente de que cuando se quiere

instalar en lugares algo más angostos, presenta limitación longitudinal.

Figura 17. Seccionador de cuchillas deslizantes

• Seccionadores de columnas giratorias

Este tipo de seccionadores, se sulen emplear en instalaciones de intemperie y con tensiones de servicio

que oscilan desde los 33 kV hasta los 220 kV. Dentro de esta configuración, se pueden diferenciar dos

vertientes.

28

28


La primera de ellas, es la denominada seccionadores de columna giratoria central o de tres columnas

por polo. En esta configuración, el contacto móvil está fijado sobre una columna de aislante central que

es giratoria. Las dos columnas exteriores están montadas sobre una estructra de acero, aislada, y son las

encargadas de sostener los contactos móviles. En caso de disponer de un seccionado de columna central

giratoria trifásico, el accionamiento de las tres columnas centrales giratorias se realiza mediante un

juego de barras y bielas que permiten un accionamiento conjunto de las tres cuchillas giratorias o

contactos móviles.

Figura 18. Seccionador de columna giratoria central

La segunda de las opciones, es la del seccionador de dos columnas giratorias por polo. Aquí, el

seccionador está compuesto únicamente por dos columnas, en lugar de tres como ocurría en el caso

anterior. Las dos columnas realizan el movimiento, encontrándose en un único punto las cuchillas

móviles de ambas columnas.

Figura 19. Seccionador de dos columnas giratorias por polo

• Seccionador de pantógrafo

El ámbio de empleo de esta tipología de seccionadores es en la alta tensión y en subestaciones de

intemperie, como se puede observar en la imagen 20. Se emplean fundamentalmete, en subestaciones

donde las barras de alimentación se encuentran a distintas altura y cruzadas entre sí. Constructivamente,

se difrencian de los anteriores fundamentalmente porque el contacto fijo se ha instalado en la propia

barra, realizando la conexión del contacto móvil directamente sobre la línea.

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Figura 20. Seccionador de pantógrafo

• Seccionadores semipantógrafos

También se sule llamar seccionador de tipo rodilla, es un seccionador perteneciente a los seccioandores

de tipo palanca, ya que el brazo del seccionador que constituye el contacto móvil se mueve en un plano

vertical y abierto, originando un espacio horizontal.

Nuevamente, haciendo empleo de la documentación publicada por la especificación técnica facilitada por la

sociedad anónima Hidrocantábrico Distribución Eléctrica, EDP, se mostrarán cuales son los elementos más

importantes que constituyen un seccionador:

• Contactos

Los contactos deben de cumplir en la medida de lo posible, que sean autolimpiantes, y que estén

diseñados de forma que la presión de contacto se logre después del movimiento de cierre y que está

desaparezca antes de comenzar el movimiento de apertura.

La naturaleza de estos contactos será de aluminio o de cobre. El resto de los elementos metálicos que

lo componen serán de un matrial inoxidable e inalterable frente a agentes internos.

• Cuchillas principales

Las cuchillass, serán de aluminio o cobre, teniendo una geometría que cambiará dependiendo de la

energía que estas tienen que soportar y de los esfuerzos mecánicos a los que son sometidos. Cuando el

mecanismo de actuación sea accionado mediante un motor, debe permitir el desacople rápido con la

barra de transmisión. Para ello, se dispondrá de un mecanismo de desacople rápido.

30

30


• Cuchillas de puesta a tierra

En el caso de que el seccionador instalado posibilite la conexión al sistema de tierra de la subestación,

deberá de venir incorporado el mecanismo para tal efecto.

• Bornes

Los bornes de tensión, deben ser de cobre o de aluminio lisos, y estos deberán permanecer inmóviles

durante las operaciones de apertura y cierre del seccionador.

• Aisladores

Las columnas de aisladores soporte deberán ser de porcelana, y que cumplan con los niveles de

aislamiento y línea de fuga especificados en la normativa.

Cuando el aislamiento se monte en equipo ya instaldos, deberá de ser marrón, mientras que cuando el

aislamiento sea de equipos nuevos deberá de tener un color gris, indicando que se trata de un aislamiento

polimérico.

• Transmisiones

La transmisión del movimiento se realizará de la forma más sencilla posible, siendo estas de giro o

desplazamiento. Para estas últimas, se diseñarán de tal forma que el mecanismo trabaje a tracción. Con

la finalidad de hacerlo lo más fiable posible, se tratra de diseñarlo con el menor número de piezas

posibles.

• Accionamiento

El mecanismo de accionamiento tanto del seccionador principal como del de tierra, en caso de que

contenga, debe ser diseñado de tal forma que permita la actuación simultánea de los polos, con el fin de

evitar la discordancia de polos.

Deberá de contener un dispositivo que, ante la falta de tensión en el circuito de accionamiento, y por

tanto una maniobra fallida de este, que cuando vuelva a restablecerse el suministro al circuito del

accionamiento, no permita continuación del movimiento, si no que lo mantenga en estado de bloqueo.

Hay que comentar que los mecanismos de accionamientos de los seccioandores, son movilizados,

gracias a la acción de motores y equipos auxiliares que se alojan en el armario de control.

31

7. CIRCUITOS DE CONTROL

7.1. Introducción

legado a este apartado, y antes de pasar a explicar los circuitos de control tanto del interruptor de potencia

como del seccionador, ambos asociados a configuraciones concretas de embarrados de subestaciones, es

necesario dar unas nociones básicas sobre la lógica cableada. El principal objetivo de este trabajo, es

diseñar la lógica cableada necesaria para que tanto el interruptor de potencia como el seccionador realicen sus

operaciones pertinentes.

Cuando se muestra cualquier circuito de control, la primera visualización que se hace de estos, es de forma

desenergizada. Una forma de distinguir a lo lago de este proyecto si un circuito está energizado o no, es fijándose

si la representación del circuito tiene la lógica cableada de color rojo, si no tiene nada de color rojo es que ese

circuito de control está en estado desenergizado.

Como se comentó en el apartado 6.3, los circuitos de control tanto de los interruptores como de los seccionadores

se encuentran en el armario de control, situándose estos junto al dispositivo en cuestión

Figura 21. Esquema básico de circuito de control

La imagen 21, muestra un circuito de control básico. Tanto los interruptores como los seccionadores, disponen

de circuitos de control mucho más complejos, a pesar de compartir el mismo principio de funcionamiento que

el transmitido en la figura 21. Estos circuitos de control son alimentados con corriente continua. Algunos de los

elementos más habituales que se pueden emplear para contruir una lógica cableada, son los que se muestran en

la siguiente tabla.

L

32

Es lo que se

pretende diseñar


Tabla 1: Simbología eléctrica

SÍMBOLO ELEMENTO

Alimentación Positiva

Contacto NA

Alimentación Negativa

Contacto NC

Alimentación Fase

Contacto temporizador

Conexión NA

Alimentación Neutro


Conexión NC

Interruptor

magnetotérmico


conexión NA-NC

Motor Trifásico


conexión conmutado

Motor Trifásico YD

Contacto pulsador seta

NA

33

Circuitos de Control


desconexión NA


NC


desconexión NC


NA-NC


desconexión NA-NC


conmutado


desconexión

conmutado

Contacto interruptor

NA

Contacto pulsador NA

Contacto interruptor NC

Contacto pulsador NC


NA-NC

Contacto pulsador NA-

NC


conmutado

Contacto pulsador

conmutado

Térmico NC

Contacto final de

carrera NA

Térmico NA-NC

34

34


La función que tiene la lógica cableada en los circuitos de control, es que, si se cumplen unas condiciones

establecidas, se alimenta la bobina contigua, si no se cumplen, la bobina queda desenergizada (no alimentada).

Por tanto, al energizarse dicha bobina, se lleva a cabo la acción que se programa con la lógica cableada.

En los siguientes apartados del proyecto, la condiciones que deben de satisfacerse para que la lógica de control

permita la alimentación de la bobina, se mostrarán en primer lugar en forma de ecuación lógica, y

posteriormente, se realizará la implemetación a lógica cableada. Por tanto, se hace imprescindible, una

explicación que muestre como se relaciona la lógica cableada con las ecuaciones lógicas.

Las operaciones que gobiernan cualquier ecuación lógica se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 2. Operaciones lógicas

Contacto final de

carrera NC

Bobina monoestable

Contacto final de

carrera conmutado

Temporizador a la

conexión

Térmico NA

Temporizador a la

desconexión

Temporizador a la

conexión desconexión

Señalización óptica

intermitente

Señalización óptica

35


Aclarar que, tanto los valores de entrada a las variables A y B, como el resultado obtenido en cada una de las

operaciones son 0 o 1, es decir, se obtienen valores lógicos o Booleanos. Estas operaciones, serán las que se usen

con mayor asiduidez en los circuitos lógicos mostrados en el proyecto. A continuación, tan sólo queda mostrar

como se relaciona una operación lógica (ecuación) con lógica cableada.

• Operación AND

La operación AND, se corresponde en aritmética de números naturales con la operación multiplicación.

Teniendo en cuenta la tabla 2, para que el resultado de la operación AND valga 1, los valores de A y B

deben de valer 1. En cualquier otro caso, el resultado será cero. Pasando al ámbito de la lógica cableada,

que A y B valgan 1, quiere decir que, si asociamos un contacto NA como el que se muestra en la tabla

1, a A y otro a B, estos contactos estarán activos, o lo que es lo mismo, cerrados. Por el contrario, si

valen cero, equivaldría a que están cerrados.

Figura 22. Solución del operador AND igual a 1 Figura 23. Solución del operador AND igual cero

Por tanto, como se puede apreciar en la figura 22, cuando A y B están a 1, esto en lógica cableada, quiere decir

que, tanto el contacto NA asociado a A como el asociado a B están cerrados, pudiendo así circular corriente a

través de ellos y alimentar a la bobina, que en nuestro caso es la solución. Sin embargo, en la figura 23, ambos

contactos están abiertos, y esto se debe a que tanto las variables A y B valen cero. Debido a que los interruptores

están abiertos, es imposible que se pueda enegizar la bobina y por ello la solución vale 0.

En este caso, estamos asociando las varibles A y B a dos contactos normalmente abiertos. También se podrían

asociar estas variables a cualquier otro tipo de contacto que aparece en la tabla 1.

36

36


• Operación OR

La operación OR, se corresponde en aritmética de números naturales, a la suma. En este caso, como se

puede apreciar en la tabla 2, para que la variable de salida (en la lógica cableada se corresponde con una

bobina) valga uno, con que cualquiera de los contactos NA asociados a las variables A y B valgan 1, es

decir, estén cerrados, la salida valdrá 1.

Como se puede apreciar tanto en la figura 24 como en la figura 25, cuando se quiere implementar una

operación OR de dos variables A y B en lógica cableada, esto se corresponde a poner los contactos en

paralelo. (Se vuelve a hacer uso de los mismos contactos NA que se utilizaron para el explicar la

operación AND).

Figura 24. Una solución posible del operador OR Figura 25. Operador OR con solución igual a cero

En el circuito correspondiente con la imagen 24, la solución vale 1 porque una de las variables A o B vale 1. Por

el contrario, en el circuito de la imagen 25, la solución es cero, ya que, tanto A como B valen cero. Por ello, el

circuito de la imagen de la izquierda, figura 24, se encuentra completamente energizado, ya que, al encontrarse

el interruptor cerrado, permite el paso de corriente eléctrica.

Comentar también, que las operaciones NAND y NOR, son muy parecidas a las que se han anteriormente

mostradas, salvando la particularidad de que cuando se obtenga el resultado lógico de una operación, al estar

ambas negadas, pues lo que habría que hacer, sería negar la solución.

Finalmente, antes de pasar al apartado del interruptor de potencia, se mostrará otro circuito de control teniendo

en cuenta ecuación lógica (criterios que se deben de cumplir para que la bobina se energice). La ecuación lógica

sería la siguiente:

(𝐴×𝐵) + 𝐶

Por tanto, habiendo visto los circuitos de control a los que pertenecían las operaciones básicas anteriores, el

circuito de control que surge de esta ecuación lógica, es el mostrado en la imagen 26.

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Figura 26. Ejemplo de implementación de Lógica Cableada

Como ya se sabe, cuando se presenta un circuito de control, primero se muestra en su forma desenergizada. La

primera parte de la ecuación es (A*B), se corresponde a la operación AND, que siendo representada en lógica

de contactos, consiste en poner dos contactos en serie (un contacto asociado a cada variable). En este ejemplo,

se ha elegido un contacto normalmente abierto NA.

En esta ecuación, también aparaece una suma, lo que hace indicar que también hay un operardor OR. El operador

suma en lógica cableada se representa cun un circuito en paralelo. Para este ejemplo en concreto, tendrá que

haber un contacto normalmente abierto asociado a la variable C, que se encontrará en paralelo con los dos que

se encuentran en serie (A y B).

La solución de la ecuación será uno (se energiza la bobina) cuando se den algunas de las siguientes condiciones:

• Como se observa en el circuito de la figura 22, la bobina se podrá encontrar energizada cuando una de

las ramas del circuito habilite el paso de corriente. Esto se traduce en que los dos contactos (A y B)

estén cerrados, es decir que se encuentren a 1 o activos.

• Otra opción, es que el contacto C se encuentre cerrado, independientemente, de como se encuentren A

y B. Esa sería otra condición para energizar la bobina.

• Finalmente, una situación trivial es que todos los contactos se encuentran a 1, es decir, cerrados.

Lógica

Cableada

38

38


En cualquiera de estas tres situaciones, la solución vale uno, es decir, la bobina se encuentra energizada. También

se mostrará su pertinente tabla lógica, en la que se muestran todas las posibilidades de combinacionar A y B,

además de las soluciones obtenidas.

Tabla 3. Posibles estados de la operación (A*B)+C

Estados A B C A*B (A*B) +C

1 0 0 0 0 0

2 0 0 1 0 1

3 0 1 0 0 0

4 0 1 1 0 1

5 1 0 0 0 0

6 1 0 1 0 1

7 1 1 0 1 1

8 1 1 1 1 1

Los estados mostrados en la tabla son todos los posibles estados que se pueden dar en el circuito de control

mostrado como ejemplo. Concretamente, los sombreados son los que nos interesan, ya que son los que harían

que se energizase la bobina, ya que esto es lo que vamos buscando. El estado número 2, se corresponde con la

segunda imagen, la número 28. El estado número 8, es el correspondiente a la solución trival, que seria que todos

los contactos se encentren cerrados. El estado 7, sería el correspondiente a la imagen 26. Finalmente, los estados

4 y 6, aunque sean estados distintos, desde el punto de vista de la energización de la bobina, se corresponde con

la imagen del centro.

Figura 26. Estado 7 Figura 28. Estado 2 Figura 29. Estado 8

39

A

B

C


Aclarar, que lo que se ha mostrado hasta ahora, tan sólo son circuitos de control y la finalidad que estos tienen

(alimentar a la bobina que les precede). En el anexo, apartado 8 del proyecto, se realiza una distinción entre los

circuitos de control y fuerza, además de explicar lo que se persigue con la energización de la bobina y como

afecta tanto a circuitos de fuerza y a circuitos de control.

Habiéndose mostrado algunos circutos de aplicación meramente docente, en el anexo se mostrarán algunos

circuitos de control de aplicación práctica, empezando por uno sencillo y aumentando la dificultad conforme se

va avanzando.

7.2. Lógica del Interruptor

A continuación, se va a mostrar la lógica enclavada de un interruptor de potencia. Se va a realizar una

visualización tanto de los circuitos de control como de los accionamientos que permiten que se lleve a cabo las

maniobras del mismo para cada uno de los posibles estados del interruptor. El objetivo de esta acción es

comprender perfectamente cómo se lleva a cabo un ciclo de maniobra del interruptor.

Como ya sabemos, el interruptor de potencia es uno de los elementos más significativos que hay en una

subestación eléctrica, siendo este primordial para la protección ante cualquier contingencia. Dicha relevancia se

debe a la capacidad que estos tienen para cortar y establecer corriente eléctrica, ya sea en condiciones normales

o anormales de funcionamiento. Como consecuencia de esta capacidad, ellos no dependen del estado que en el

que se encuentren los elementos de corte adyacentes a él, este abre o cierra cuando detecta una falta,

independientemente de como se hayen las protecciones adyacentes a él.

En cambio, su lógica de control si que posee enclavamientos, concretamente dos. Uno de ellos es un

enclavamiento mecánico, que normalmente se lleva a cabo mediante un candado y una llave. Este enclavamiento

se lleva a cabo cuando se le están realizando labores de mantenimiento al interruptor, pretendiendo que, con este

enclavamiento, que, si el interruptor está con la configuración de bloqueo, o modo local, que no pueda llegar

otro operario y modificar su estado de control. No puede realizarlo nadie más que el operador que posee la llave,

ya que tan sólo debe de existir una única llave para ese candado.

Además del enclavamiento mecánico, tenemos otro enclavamiento que sería el enclavamiento eléctrico.

Concretamente, el asociado al manodensostato, permitiendo que sólo el interruptor pueda abrir cuando los

niveles de hexafluoruro de azufre sean los adecuados para efectuar la maniobra sin ningún tipo de riesgo. En el

caso de no serlo, el contacto auxiliar asociado a este manodensostato, llamado, BW, abriría el circuito de apertura

del interruptor, haciendo imposible la operación de disparo del interruptor.

Antes de comenzar, aclarar que el interruptor que se va a analizar, es un interruptor de intemperie, que emplea

hexafluoruro de azufre para extinguir el arco eléctrico formado en su cámara de corte. Este interruptor, dispone

de dos resortes, uno de ellos se emplea para la apertura del interruptor y otro es empleado para la operación de

cierre. Existe una vinculación entre ambos resortes, y es que, por criterios de seguridad, como se volverá a

comentar más adelante, el resorte de apertura se carga en el proceso de cierre. Cuando el interruptor recibe la

orden de cerrar y el resorte de cierre comienza con la acción de cierre, este debe de realizar la fuerza suficiente

y necesaria para cerrar el interruptor y cargar el resorte de apertura. Esta acción se realiza por cuestiones de

seguridad, con la finalidad de garantizar que, cuando el interrptor se cierre, el resorte de apertura esté energizado

40

40


y a disposición de realizar una apertura instantánea en cualquier momento. Así se puede evitar una situación

crítica, que puede ser, que el interruptor esté cerrado, pero no listo para efectuar una apertura. Como ya se ha

dicho, es por una cuestión de seguridad.

Antes de pasar a comentar la ecuación lógica que gobierna el funcionamiento del interruptor, vamos a mostrar

una imagen que representa un bloque móvil en color azul, que se puede corresponder con cualquier parte móvil

o bien del interruptor, o bien del seccionador, y dos contactos de final de carrera, cuya designación es la siguiente.

FCs cuando se quiera hacer referencia a el final de carrera superior, y FCi cuando se quiera hacer referencia al

inferior. Además, suponemos, que el elemento que contiene esa parte móvil se encuentra cerrado, cuando FCs

esta actuado, y que el estado de abierto se dará cuando el final de carrera inferior está pulsado.

Figura 30. Ejemplo final de carrera superior activo

En la figura 30, podemos observar como la parte móvil del interruptor o del seccionador está en contacto con el

final de carrera superior. En general, que un final de carrera esté actuado (esté en contacto con un elemento

móvil) o no se traduce en un contacto abierto o cerrado. En este ejemplo en concreto, la actuación de un final de

carrera se traduce con un contacto cerrado, como se puede observar en la imagen 30. Por el contrario, cuando el

final de carrera no está actuado, el contacto está abierto. Además, para este ejemplo, se han escogido contactos

normalente abiertos, que se cerrarán cuando se activen sus finales de carrera asociados.

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Figura 31. Ningún final de carrera activo

En esta imagen, figura 31, se muestra la transición del elemento móvil. En esta situación la parte móvil, sea del

elemento que sea, se encuentra en un estado de transición. Consecuentemente, los contactos asociados a ambos

finales de carrera se encuentran abiertos. Durante el ciclo de maniobra tanto del interruptor de potencia como

del seccionador, podemos contemplar dos transiciones básicas, de abierto a cerrado, o de cerrado a abierto.

Figura 32. Ejemplo final de carrera inferior activo

El tercer estado que se puede contemplar, es cuando la parte móvil representada, entrá en contacto con el final

de carrera inferior. Debido a esa activación, el contacto asociado al final de carrera inferior, FCi, se encuentra

cerrado. Este estado es justamente el contarrio al que se dió en el primer caso.

42

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Estos dos finales de carrera tinen como finalidad darnos la información del estado en el que se encuentra el

interruptor. Cuando la parte móvil se haya en contacto con el final de carrera superior, quiere decir, que el

interruptor está completamente cerrado, al igual que si se encuentra en contacto con la parte inferior, quiere decir

que está completamente abierto, es decir, que ha acabado su proceso de apertura. Si ninguno de los finales de

carrera están pulsados, el interruptor o bien se encuentra en proceso de apertura, o bien en proceso de cierre.

Obviamente, la situación que sería imposible que ocurriese, a menos que se produzca un fallo en la lectura de

los contactos, sería que los dos finales de carrera estuviesen activos, en el caso de tener esa lectura, se debe de

saber que eso es un estado imposible.

Se mostrará a continuación una tabla lógica, donde se puede ver los distintos estados del interruptor en función

de la lectura que se tenga de los finales de carrera. El estado de estos finales, FCs y FCi, de carrera se traduce a

un valor lógico o Booleano, valiendo uno cuando está activo, es decir, cuando está pulsado, y cero cuando no lo

está.

Tabla 4: Tabla lógica de final de carrera

INTERRUPTOR FINAL DE CARRERA SUP FINAL DE CARRERA INF.

CERRADO 1 0

TRANSICIÓN 0 0

ABIERTO 0 1

IMPOSIBLE 1 1

Los circuitos de control que se mostrarán a continuación son los pertenecientes a un interruptor de alta tensión,

que emplea como medio de extinción del arco hexafluoruro de azufre, y que se encuentra instalado en una

subestación cuya configuración es de doble barra. Más concretamente, la configuración de la subestación es la

que se muestra en la siguiente imagen, figura 33.

Figura 33. Subestación de doble barra

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Cuando a lo largo del proyecto se habla de circuitos de control, ya sea del interruptor de potencia o de un

seccionador, hay que tener en cuenta que dichos circuitos, están constituidos a su vez por dos circuitos

fundamentales, uno circuito de cierre, y otro de apertura. Dependiendo de la importancia que el dispositivo

eléctrico tenga en la subestación eléctrica, este tendrá duplicados los circuitos. La duplicidad de circuitos de

cierre o de apertura se hace por cuestiones de seguridad.

La finalidad de cualquiera de estos circuitos es:

• Circuito de cierre

Como su propio nombre indica, el circuito de cierre es el encargado de llevar a cabo la acción de cierre

del dispositivo que controla. Cuando a este dispositivo le llegue la orden de cierre, la lógica de control

integrada en ese circuito, verá si es posible llevarla a cabo. En caso afirmativo, como se explicó al

inicio del apartado 7, se alimentará una bobina, que lo que hará, será actuar de algún modo sobre el

mecanismo encargado de realizar la acción de cierre.

• Circuito de apertura

Por el contrario, la lógica cableada del circuito de apertura es la encargada de verificar si se dan las

condiciones necesarias y suficiente para que sea satisfactoria la acción de producir un disparo. Al igual

que se ha explicado a lo largo de todo el proyecto, nuevamente, si se puede efectuar el disparo del

dispositvo, lo que se hace es alimentar una bobina, y esta gracias a la energización, actua sobre el

mecanismo encargado de efectuar el disparo.

Ahora se va a mostrar la condición en forma de ecuacón lógica que se debe de satisfacer, para que un interruptor

que usa como medio de extinción del arco eléctrico hexafluoruro de azufre, que se encuentre instalado en una

subestación con configuración de doble barra y ubicada en intemperie, pueda llevar a cabo el cierre de la

insatalción que protege.

(89𝐵1𝐴 + 89𝐵1𝐵) ∗ (89𝐵2𝐴 + 89𝐵2𝐵) ∗ (D1 + D2) ∗ 86𝐵 ∗ 86T Ec.I

Dada esta ecuacón lógica, que nos muestra las condiciones bajo las cuales el interruptor puede realizar la

operación de cierre, el siguiente objetivo, es diseñar una lógica de control que implemente en lógica cableada

está ecuación. Para el caso de que se pueda producir el cierre del interruptor, se alimente a la bobina de cierre, y

que esta actúe sobre el mecanismo encargado de accionar el mecanismo de cierre. No olvidar que, la solución

de la ecuación será 1 cuando se den las condiciones necesarias para cerrar, y 0, cuando no se den. Se está

trabajando con resultados lógicos o Booleanos.

Por tanto, lo que hay que hacer es diseñar la lógica cableada mediante el uso de contactos y algunos de los

elementos mostrados en la tabla 1. Una vez diseñada, está irá instalada en el lugar que se indica en la figura 34,

con el fin de alimentar a su bobina de cierre.

44

44


Figura 34. Esquema básico de circuito de control

A continuación, se procede a explicar cada una de las ecuaciones lógicas que forman esta ecuación I, con el

objetivo de aclarar que quiere decir esta ecuacón y además facilitar la comprensión de los posteriores circuitos

de control que se emplearán como lógica de control ya que tiene como fundamento esta ecuación.

• (89𝐵1𝐴 + 89𝐵1𝐵) ∗ (89𝐵2𝐴 + 89𝐵2𝐵)

Comentando a que hace referencia cada componente de la expresión, si se mira la imagen 33, donde se

muestra la configuración en la que se apoya este apartado, se puede observar que 89B1 hace referencia

al seccionador instalado en la barra 1, mientras que 89B2 es el instalado en la barra 2. Aunque siendo

más exactos, la nomenclatura va acompañada de otra letra. A, que indica que el seccionador esta

completamente abierto, o B que indica que el seccionador esta completamente cerrado (se sigue con la

idea de final de carrera que se explicó en la página 41). Por lo tanto, 89B1A, significa, que el seccionador

que está instalado en la barra 1 se encuentra totalmente abierto, mientras que 89B1B, hace referencia, a

que el seccionador de barras 1 se encuentra completamente cerrado. Lo mismo ocurría con los

seccionadores de las barras 2, 89B2A y 89B2B.

Cada variable de la ecuación, 89B1A, 89B1B, 89B2A, 89B2B, tendrá valores lógicos, es decir valdrá

cero o uno. Cada variable tendrá asociado un contacto NA, que se encontrará abierto cuando la variable

este a cero, o, por el contrario, estará cerrado cuando la vatiable esté a uno. Por tanto, cuando el

seccionador de barras 1 esté completamente cerrado, la variable 89B1A valdrá 0, y la variable 89B1B

valdrá 1.

La explicación de porqué esto es una condición que se impone en el circuito de cierre del interruptor,

es porque los seccionadores no pueden maniobrar cuando está circulando intensidad a través de sus

contactos. Está lógica, va implementada en el circuito de control de cierre, para que el interruptor

asociado a estos seccionadores, nunca cierre cuando los seccionadores están en transcurso de cierre y

viceversa.

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• (D1+ D2)

El interruptor de potencia tiene dos circuitos para la apertura, ya que realmente, la acción más crítica de

este dispositivo, es la apertura. Al tener dos circuitos, esta suma lógica quiere decir que para que el

pueda llevar a cabo la maniobra de cierre, deben de estar disponibles uno de los dos circuitos de apertura

o los dos. Cuando una de las variables tiene asociado el valor cero, quiere decir, que ese circuito no se

encuentra disponible, mientras que, si tiene asociado el valor 1, quiere decir que si está disponible. Al

igual que se ha explicado en el caso anterior, cada variable tiene asociado un contactor normalmente

abierto, y en el caso de que la variable valga cero, el contacto asociado estará abierto, y si vale 1 estará

cerrado.

• 87𝐵

Relé que se encarga de detectar las faltas que se puedan originar entre las barras colectoras de una

subestación eléctrica y tierra. Estas faltas tienden a ser muy severas, en cuanto al daño que producen en

la subestación, aunque si que es cierto que ocurren de manera muy esporádica.

• 87𝑇

Proteccion diferencial del transformador. Es un dispositivo microprocesado que detecta las corrientes

de cortocircuito internas.

Finalmente, la conclusión que se extrae de la ecuación lógica I, es que para que se pueda llevar a cavo la

operación de cierre del interruptor, debe de ocurrir que los seccionadores de las barras se encuentren

completamente abiertos o cerrados, que los circuitos de disparo estén habilitados, y que tanto en el relé de

bloqueo y disparo de la protección diferencial de las barras y del transformador no estén actuados. Si cada una

de estas acciónes se cumplen, el valor final de la ecuación lógica será uno, y consecuentemente, se alimentará

la bobina de cierre.

Antes de mostrar la lógica de control que tiene un interruptor de potencia, se va a realizar un estudio simple, a

la vez que eficaz, para comprender las etapas por la que transitará el interruptor de potencia, desde que le llega

una orden de apertura hasta que vuelve a estar cerrado y listo para otra apertura. Además, para cada estado del

interruptor, se mostrará cómo van variando los estados de los resortes del interruptor, así como los contactos de

arco principales. Los posibles estados en los que se puede encontrar un interruptor serán:

• Estado cero

Este es el estado de partida del interruptor, en este estado, el interruptor se encuentra completamente

cerrado, ejerciendo la labor de conductor perfecto. Cuando el interruptor se encuentre en esta posición,

ambos resortes estarán completamente energizados.

• Estado uno

El siguiente estado muestra el interruptor en proceso de apertura, aquí, los contactos, tanto principales

como los de arco se encuentran en pleno proceso de separación. El movimiento se lleva a cabo gracias

a la desenergización del resorte de apertura. Cuando el interruptor está en una etapa de tránsito, como

pueda ser esta, tanto los circuitos de apertura, como el circuito de cierre están inhabilitados.

• Estado dos

En este estado, el interruptor se encuentra completamente abierto. La situación de los resortes es la

esperada, encontrándose el resorte de apertura completamente desenergizado, al contrario que el de

cierre. La situación de los circuitos sería, el circuito de apertura estaría deshabilitado, ya que el

46

46


interruptor se encuentra abierto. El circuito de cierre, si que estaría operativo, ya que el interruptor tiene

que estar preparado para cerrar en cualquier momento.

• Estado tres

Una vez que el interruptor recibe la orden de cerrar y comienza el proceso, el movimiento de cierre se

efectúa gracias a la energía acumulada en el resorte habilitado para tal efecto. Es importante, volver a

remarcar, que mientras se está efectuando el proceso de cierre, el interruptor está cargando el resorte de

apertura.

• Estado cuatro.

Finalmente, cuando el interruptor acaba de cerrarse, se convierte nuevamente en un conductor perfecto.

El circuito de disparo se encontraría habilitado ya que el resorte de apertura está energizado. Sin

embargo, el resorte de cierre estaría libre de energía, ya que esta se ha empleado en cerrar el interruptor

y en recargar el resorte de apertura.

• Estado cinco

Estando el interruptor completamente cerrado, entraría en acción un final de carrera que chequea el

estado de carga del resorte. Como para esta situación lo tenemos desenergizado, el contacto asociado a

este final de carrera, actuaría sobre el circuito encargado de activar el motor de corriente continua para

cargar el resorte de cierre. En caso de originarse cualquier fallo en el sistema de carga, se podría efectuar

dicha acción de forma manual, usando una manivela, que debe estar a disposición del operario en el

cuadro de control del propio interruptor. No confundir el estado cero, con el estado cinco, la diferencia

que existe entre el estado cero y cinco es que en el estado cero, el interruptor tiene el resorte de cierre

cargado, mientras que cuando el interruptor se encuentra en el estado cinco, este se encuentra en pleno

proceso de carga del resorte. Sí que se puede afirmar, que una vez que la carga haya finalizado,

pasaríamos al estado cero.

Antes de pasar a ver la lógica cableada del circuito de cierre, se mostrará una tabla, que nos facilitará la

comprensión a la hora de interpretar la lógica del interruptor, ya que muestra para cada estado de los

anteriormente citados, como se encuentran los contactos de arco del interruptor. También, muestra como se

encuentra el contacto auxiliar (BG) asociado a este contacto de arco. Este contacto, desempeña una labor

fundamental para habilitar o deshabilitar tanto el circuito de cierre como de apertura.

Tabla 5. Estados del contacto BG

ESTADO DEL INTERRUPTOR CONTACTOS DE ARCO CONTACTO AUXILIAR (BG)

0 EN CONTACTO 1

1 NO CONTACTO 0

2 NO CONTACTO 0

3 NO CONTACTO 0

4 EN CONTACTO 1

5 EN CONTACTO 1

47


Continuando con la misma metodología que se ha empleado hasta ahora, se va a mostrar el crcuito de cierre del

interruptor de potencia, pero de forma desenergizada, con lo que todos los contactos se representan abiertos.

El circuito de cierre del interruptor tendría el aspecto mostrado en la figura 35.

S4 es un selector, donde se puede seleccionar el modo de operación del

interruptor de potencia. Los modos en los que puede operar el interruptor son:

modo local, modo remoto y modo desconectado. En la imagen que se muestra,

el interruptor está operando en modo remoto. Existe un contacto llamado Ext,

este contacto se cerrará cuando el interruptor reciba la orden de disparo. Por otro

lado, existe un conmutador de control, está representado por S1, únicamente

está habilitado su funcionamiento cuando el interruptor está operando en modo

local. Con este conmutador de control, lo que se persigue es que cuando el

selector está en modo local, se pueda accionar el circuito de cierre de forma

manual.

Continuando con el análisis del circuito de cierre. El contacto al que se le asocia

la variable K9, es un enclavamiento que existe con el circuito de disparo, (está

asociado al contacto BD, que mide la presión del hexafluoruro de azufre). Q1

(contactor que aparecerá en el circuito de disparo) es un contacto auxiliar

normalmente cerrado, asociado a un contactor que se encuentra en el circuito de

apertura (ya se verá más adelante, que cuando el interruptor llega a la etapa de

carga del resorte de cierre, se cierra BW y alimenta a Q1. Al alimentarse el

contactor Q1, abre el contacto auxiliar Q1 ubicado en el circuito de cierre, a la

vez que cierra el contacto Q1 instalado en el circuito del motor. El contactor Q1,

tiene dos contactos auxiliares de naturaleza completamente opuesta, NA y NC,

ubicados en el circuito de alimentación del motor y en el circuito de cierre

respectivamente). Existe también el contacto auxiliar BG, que se comentó en la

tabla 5. Posteriormente, nos encontramos con los contactos asociados a los

estados de los seccionadores de barra 1 y 2. (89B1A, 89B1B, 89B2A, 89B2B).

Finalmente, estaría Y3, bobina que, si se energiza, activa el mecanismo

encargado de llevar a cabo la acción de cierre

Figura 35. Circuito de cierre desenergizado

Hasta ahora hemos hablado del circuito de cierre del interruptor, de las condiciones que se tienen que dar cuando

se pretende que el interruptor cierre. Más concretamente, cuando el interruptor que se emplea usa como medio

de extinción del arco eléctrico hexafluoruro de azufre y se encuentra instalado en una subestación con

configuración de doble barra y ubicada a la intemperie. Pero el interruptor, además de disponer de un circuito

destinado al cierre, posee otros dos circuitos destinados a comprobar que se dan las condiciones necesarias para

que la operación de apertura sea segura. El hecho, por el cual, el interruptor posee dos circuitos de apertura es

porque la apertura es la acción más crítica a la que se somete el interruptor. Más crítica en el sentido de que

cuando se le ordene la acción de apertura, no puede fallar, ya que, de hacerlo, la instalación a la que este protege

se vería sometida a corrientes de cortocircuito duraderas. Por tanto, la duplicidad del circuito de apetura o

disparo, se hace por cuestiones de seguridad, para la instalación a la que protege.

48

48

BG’


Dado que la apertura es la acción más determinante que debe de realizar un interruptor, para que un interruptor

dispare, las condiciones que se tienen que dar son:

1. Que el interruptor esté cerrado. A pesar de que parece algo bastante obvio, el interruptor no podrá abrir

el circuito mientras este se encuentre abierto o en estado de transición, es decir, pasando de abierto a

cerrado o de cerrado a abierto. Gracias a la lógica de control que se implementará, los circuitos de

disparo se encontrarán deshabilitados cuando el interruptor se encuentre en algunos de los estados

mencionados anteriormente.

2. La más importante, que le llegue la orden de disparo. El interruptor se encuentra como se comentó

anteriormente en el proyecto, integrado en un sistema SCADA, gracias al cuál, se encuentra conectado

con cualquier dispositivo destinado a salvaguardar la instalación, cuando se le mande la orden de

disparar, lo hará.

Siguiendo los mismos pasos que se siguieron con el circuito de cierre, los circuitos de apertura se mostrarán

desenergizados.

Figura 37. Circuitos de apertura desenergizados

49


En la figura 37, se muestran los dos circuitos de apertura. Al igual que ocurría con el circuito de cierre, y como

también se ha hecho a lo largo del desarrollo del apartado 7. Nuevamente, el objetivo que se persigue es que si

se le manda al interruptor la orden de apertura, y se satisfacen las condiciones citadas anteriormente, se energicen

las bobinas Y1 e Y2, y que estas actúen sobre el mecanismo destinado a la apertura del interruptor.

Pasando a comentar algunos de los elementos que aparecen en ambos circuitos, y tomando como referencia, un

contacto normalmente abierto. Cuando al interruptor le llegue la orden de disparo, el contacto de nombre Ext se

cerrará, o lo que es lo mismo, pasará a tomar el valor de uno. El selector S4 y el conmutador S1, tienen el mismo

funcionamiento que en el circuito de cierre. En ambos circuitos aparece un contacto normalmente abierto

denominado BD, es el contacto de densidad. Ese contacto se encarga de hacer que el interruptor mantenga su

funcionamiento mientras el nivel de hexafluoruro de azufre sea adecuado. En el momento en que los niveles de

SF6 sean inferiores a los niveles adecuados, se cierra, haciendo que la bobina perteneciente al contactor K9 se

energice, y su contacto auxiliar asociado que es normalmente cerrado, se abra, deshabilitanto cualquier opción

de disparo. Tener en cuenta, que este K9, también inhabilita el circuito de cierre. En el circuito de apoyo, ocurre

lo mismo, solo que en lugar de estar con la notación de K9, está con la de K10.

El contacto BW, se activa cuando el interrutor alcanza el estado 5, estando en el que se activa el circuito del

motor para poner en marcha la carga del resorte de cierre. Cuando este contacto se cierra, alimenta al contactor

Q1 que tiene dos contactos tipos de contactos auxiliares distintos. Uno de ellos se puede apreciar en la imagen

del circuito de cierre (figura 35), el contacto axiliar Q1 que aparece en el circuito de cierre, perteneciente al

contactor Q1 que se encuentra ubicado en el circuito de disparo 1, es normalmente cerrado, lo que hace que

cuando se energice la bobina del contactor Q1, se abra. El segundo tipo, es el asociado al circuito de puesta en

marcha del motor, estos contactos auxiliares son normalmente abiertos, lo que hace que cuando se energice la

bobina del contactor Q1, estos contactos auxiliares se cierren, debido a que son normalmente abiertos.

El contacto BG, como se comentó en la tabla 5, cuando los contactos de arco del interruptor (los que se

encuentran en la camará de corte) se encuentran en contacto, tienen un contacto denominado BG que vale uno.

Cuando estos no están en contacto, vale cero. Observando detenidamente los dos circuitos de disparo del

interruptor, nos podemos dar cuenta que cuando el interruptor está cerrado (los contactos de arco, parte fija y

móvil están en contacto) los contactos BG están cerrados. Mientras que desde que empiezan a separarse, pasando

por los estados de transición de cerrado a apertura, abierto completamente, y apertura-cierre, como la parte móvil

del contacto de arco no se encuentra en contacto con su pertinente parte fija, BG vale cero, o dicho de otro modo,

esta abierto. Por tanto, como conclusión podemos obtener que BG es el que habilita o deshabilita los circuitos

de apertura (conción 1 para la apertura).

Hasta ahora, se ha dado una explicación del comportamiento del circuito de apertura. Esto no debe desviarnos

de la idea principal, que es que si se cumplen las condiciones 1 y 2, se energizan las bobinas Y1 e Y2, trayendo

esto consigo la activación del mecanismo necesario para que se produzca el disparo del interruptor.

Habiendo visto tanto el circuito de cierre como los de apertura, a continuación, se mostrarán como se encuntran

cada uno de ellos, conforme el interrutpor va avanzando por cada una de sus estapas.

Como se ha hecho hasta ahora, se mostrará una primera visualización del conjunto de circuitos (cierre y disparo)

desenegizados y con todos los contactos abiertos. Posteriormente, se irán mostrando los circuitos energizados,

y concretamente, que bobinas se encuentran o no energizadas en función del estado en el que se encuentre el

interruptor.

50

50


Figura 38. Circuitos de control desenergizados (Los de cierre y disparo)

En la imagen 38, ya si que se puede apreciar claramente cual sería la lógica cableada que iría implementada en

los circuitos de control del interruptor, y que tienen la finalidad de alimentar a bobinas que actúan sobre el

mecanismo que pone en marcha el cierre (Y3), y bobinas que ponen en marcha el mecanismo de apertura, (Y1,

Y2). Faltaría en circuito de control que activa el funcionamiento del motor para la carga del resorte de cierre.

Ese circuito se mostrará y se explicará cuando se haga necesario su uso (para cargar el resorte de cierre).

Habiendo mostrado los circuitos de cierre y de apertura desenergizados, pasaremos ahora a mostrar como se

encuentran los contactos de ambos circuitos cuando el interruptor va cambiando de estado. Se empezará

mostrando los circuitos cuando el interruptor se encuentra funcionando como un conductor de corriente perfecto,

con el resorte de cierre completamente cargado, y operando en modo remoto.

51

BG’


Figura 39. Circuitos de control, con el interruptor cerrado y esperando la orden de disparo

En la figura 39, se muestra como se encuentran los circuitos de control cuando el interruptor se encuentra en el

estado 0. Las lineas que están pintadas de rojo indica que ambos circuitos están alimentados, pero los que

realmente están habiltados son los de disparo (disparo 1 y disparo2). La razón por la que que el circuito de cierre

no está habilitado es porque el contacto denotado por BG’, es un contacto normalmente abierto, y que

únicamente se cerrará cuando el interruptor de potencia esté completamente abierto. Estando los circuitos de

disparo 1 y 2 habilitados, cuando se produzca una contingencia y esta se detecte, el sistema de control de la

subestación manda la señal al interruptor. Cuando se mande la señal de disparo al interruptor, en nuestros

circuitos se simulará con el cierre del contacto Ext. Así se simulará que al interruptor le llegar la orden de cierre.

Obviamente, cómo le llega la orden de paertura no es el objetivo de este proyecto, por eso se simula con un

contacto abierto, cuando no hay orden, o cerrado, cuando si que la hay.

Estando el interruptor en modo de operación normal, cuando desde el exterior se le manda la acción de apertura,

lo que ocurre como se ha comentado, es que el contacto Ext se cierra, tanto en el circuito de disparo 1 y disparo

2. Ocurrida esta acción, se alimentan las bobinas Y1 e Y2. Véase la imagen 40.

52

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Figura 40. Circuitos de control en el momento justo de energización de las bobinas de disparo

Como se puede ver, se ha representado como se comentó en el párrafo anterior, el interruptor en el momento

justo en el que se le ordena la acción de apertura. Los cambios que se pueden percivir con respecto al circuito

mostrado en la figura 39, están señalados de color azul. Como se le ha mandado la orden de apertura, se pude

apreciar que tanto las bobinas Y1 e Y2 de los circuitos de disparo están energizadas. Al energizarse estas bobinas,

se activa el mecanismo que consigue la apertura del interruptor.

Pero claro, Este circuito (figura 40), cambia de estado justo un brevísimo periodo de tiempo después de

ordenársele la orden de apertura. La razón es que, como se mostró en la tabla 5, en el momento en el que se

procede a la apertura, los contactos de arco del interruptor (se encuentran en la cámara de corte) se separan, y al

separarse, sus contactos asociados BG se abren también (valen cero), desenergizándose los circuitos de apertura.

También, se abre el contacto Ext que simula la acción de orden de apertura. Con todo ello se llegaría al siguiente

estado de los circuitos de control.

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Figura 41. Estado de los circuitos de control en estado de transición cierre-apertura

Se vuelve a remarcar los elementos que sufren un cambio de estado cuando el se produce la separación de los

contactos de arco del interruptor. En relación a los estados que se explicaron anteriormente, este se corresponde

con el estado 1. Ninguno de los circuitos se encuentra habilitado.

Este estado se mantiene mientras los contactos de arco no lleguen a su estado de apertura total. Cuando el

interruptor de potencia se encuentra completamente abierto, se corresponde con el segundo estado de los cinco

descritos anteriormente. Una vez que los contactos de arco están en su posición final (completamente abiertos),

contactan con un final de carrera, que tiene asociado un contacto normalmente abierto. Cuando se produce este

contacto, el contacto BG’ se cierra, habilitando por completo el circuito de cierre. Estando el interruptor en esta

posición, únicamente, le faltaría recibir la orden de cierre, con lo que se cerraría el contato Ext y se energizaría

la bobina Y1.

A continuación, mostramos la configuración en la que se encontrarían los circuitos de apertura y cierre justo en

el momento en el que los contactos de arco llegan a su posición de apertura total.

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BG’


Figura 42. Lógica de control cuando el interruptor está completamente abierto

Esta imagen 42, pertenece al estado en el que el interruptor se encuentra completamente abierto. A simple vista,

parece que todos los circuitos están habilitados para actuar frente a la señal Ext, pero nada más lejos de la

realidad. El único que actúa es el de cierre, ya que que los contactos BG no permiten que estos actúen, mientras

que el contacto BG’ como se comentó anteriormente, es el que habilita la actuación del circuito de cierre.

El interruptor se mantiene en esta posición, mientras que los seccioneadores no este o completamente abiertos o

cerrados. La lógica cableada del circuito de cierre, nos permite que el interruptor no opere, aunque se le dé la

orden de cerrar, mientras los seccionadores de barras estén en tránsito de apertura a cierre o de cierre a apertura.

Teniendo esto en cuenta, se supone que se le manda la orden de cierre, el circuito quedaría de la siguiente forma.

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Figura 43. Lógica de control en el momento justo de cierre

Este sería el estado en el que se encuentran los circuitos en el momento justo en el que se la orden de cierre al

interruptor. Nuevamente, de azul, se ha marcado donde se producen los cambios. Como le llega la orden de

cierre y el contacto Ext se cierra, se energiza la bobina Y3, que es la bobina de cierre que hace que se pueda

materializar la acción de cierre.

Cuando comienza la cción de cierre, instantes después, los contactos de arco abandonan su posición de máxima

apertura, y empiezan a aproximarse su parte móvil con la fija. Debido a ello, se vuelve a obtener un nuevo estado

de los circuitos de control, quedando inhabilitados los dos circuitos. Este estado se corresponde con el estado

tres, de los cinco que se comentaron por los que pasaría el interruptor.

56

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Figura 44. Estado de Lógica de control cuando el interruptor está en tránsito apertura-cierre

De azul se puede visualizar los cambios a los que se somete el circuito de cierre. Una vez que la orden de cierre

ha sido recibida y llevada a cabo, el contoacto asociado Ext se vuelve abrir, también se abre el contacto BG’

debido a que los contactos de arco abandonan sus posición de máxima apertura. Con todo ello, lo que ocurre es

que, se deshabilita el circuito de cierre. En esta etapa, el resorte de cierre está perdiendo la energía que tenía

almacenada, esta energía se emplea para cargar el resorte de disparo, y para cerrar el interruptor. En resumidas

cuentas, desde el punto de vista de los resortes, el de cierre está perdiendo energía, mientras que el de disparo

esta en plena carga.

Continuando con la transición apertura-cierre, el interruptor llega a la posición de cierre completo, pasando a

comportarse como conductor perfecto. Esto se puede ver reflejado en los circutos de control de la siguiente

forma:

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Figura 45. Lógica de control con el interruptor cerrado y actuando sobre el circuito del motor

En la imagen 45, se representa la lógica de control perteneciente al interruptor cerrado, como se puede

contemplar porque los contactos BG, que están cerrados, pero la principal diferencia que se muestra en estos

circuitos de control, es que, en el circuito de disparo 1, se cierra el contacto BW destinado a la carga del resorte

de cierre. Al cerrarse este contacto, se energiza la bobina del contacto Q1, con lo que uno de sus contactos

nomalmente cerrado del circuito de cierre se abre. Por el contrario, el segundo de los contactos auxiliares

normalmente abierto y ubicado en el circuito de control del motor, se cierra. Al producirse el cierre de este, se

produce el encendido del motor.

En la parte de la izquierda, figura 46, se muestra el circuito desenergizado, y con todos los contactos abiertos.

Comentar, que, aparece un contacto con el normbre de F1, este está sociado a un relé que protege al motor frente

a sobrecargas.

Sin embago, el circuito de la derecha, imagen 47, muestra el circuito energizado. Relacionándolo con el anterior,

se puede apereciar que los contactos normalmente abiertos asociados al contactor Q1 están cerrados, ya que

como se muestra en la figura 45, el interruptor de potencia está en posición cerrada, pero en estado de carga del

resorte de cierre.

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Figura 46. Circuito de motor desenergizado Figura 47. Circuito de motor actuando según el estado de la figura 45

Finalizada la carga del resorte de cierre, los circuitos de control (cierre y disparo), volverían a ser los mismos

que los que se muestran en la imagen 38.

Comentar, que en el caso de que se produzca cualquier contingencia en el circuito del motor, o en el propio

motor, el resorte de cierre se puede carga de forma manual, mediante el empleo de una manivela, que se

encuentra adosada en el armario de control del propio interruptor. También, un aspecto bastante importate, si

nos fijamos en la ilustración 45, se puede apreciar que mientras el interruptor se encuentra cargando el resorte

de cierre, también puede ejecutar un disparo.

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7.3 Lógica del seccionador

Análogamente a lo descrito en el apartado 7.2, se va a realizar un estudio de la lógica de control del seccionador.

Como se ha comentado en el resumen, se ha realizado en primer lugar el estudio de la lógica de control del

interruptor, porque desde el punto de vista del enclavamiento, es más fácil de entender que la del seccionador,

ya que este puede realizar cualquier maniobra sin tener en cuenta otros elementos de la subestación. Por el

contrario, el seccionador, si que debe de examinar constantemente el estado del interruptor para ver como se

encuentra, y en función de su estado, ver si puede realizar cualquier maniobra.

El seccionador es un elemento primordial en las subestaciones eléctricas, no tanto desde el punto de vista del

corte de corriente eléctrica, si no desde la seguridad. Es el único elemento capaz de otorgar al operario la

confianza y seguridad de aislamiento visible.

En esta sección, vamos a comenzar realizando una explicación del seccionador instalado en barra simple, ya que

la configuración de la subestación es bastante simple, por lo que, al lector se le hará más fácil la comprensión

del funcionamiento de la lógica de control. Tras esta explicación, comenzaremos con el seccionador instalado

en subestación de barra doble.

1. Lógica del seccionador instalado en barra simple

Haciendo un breve repaso a la configuración de subestación de barra simple, esta es una configuración que tiene

dos seccionadores (89B y 89), y un interruptor (52) por cada circuito. Sólo ha de cumplirse una única condición,

y es que los seccionadores podrán maniobrar, cuando el circuito en el que se encuentran esté completamente

desenergizado, es decir, que el interruptor se encuentre completamente abierto. Véase en la figura 48.

Figura 48. Configuración de barra simple

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Además, hay que decir, que, si la instalación cuenta con seccionadores de puesta a tierra (57), para que el

seccionador principal que se encuentra en la línea, pueda operar, debe de estar el seccionador de puesta a tierra

abierto.

Realizando una explicación similar a la que se realizó para el interruptor de potencia, hay que preguntarse,

¿Cómo se puede comprobar que el interruptor está abierto? Para responder nuevamente a esta cuestión, hay que

apoyarse en los finalaes de carrera. También se podría usar otra tecnología, como sensores de presencia u otros

dispositivos electrónicos. Para este desarrollo, se han empleado interruptores de final de carrera.

Comentar, que, como el interruptor de potencia se representa simbólicamente con el número 52, en este

desarrollo, se nombra 52A al interruptor de final de carrera asociado al estado cerrado del interruptor, y como

52B al estado abierto. Al igual que ocurría con el interruptor, cuando la parte móvil del seccionador se encuentra

entre ambas partes, no estando pulsados 52A o 52B, se dirá que el seccionador se encuentra en transición o bien

de cierre a apertura, o de apertura a cierre. En la siguiente imagen, figura 49, se muestra el final de carrera

superior acutuado, debido a que el interruptor se encuentra completamente cerrado.

Figura 49. Finales de carrera para interruptor cerrado

Tras la imagen ilustrativa del funcionamiento de los finales de carrera, se va a mostrar una tabla que indicará los

estados de los finales de carrera 52A y 52B asociados al estado del interruptor.

Tabla 6: Finales de carrera del interruptor

INTERRUPTOR 52A 52B

CERRADO 1 0

TRÁNSITO 0 0

ABIERTO 0 1

IMPOSIBLE 1 1

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Pero claro, del razonamiento anterior, se puede concluir, que tanto la apertura como el cierre del seccionador,

depende de las medidas de los contactos de final de carrera asociados al interruptor. Más concretamente, depeden

de si 52B está activo o no. Desde el punto de vista de la fiablidad, depender tan sólo de un final de carrera, o de

un sensor para habilitar la maniobra del seccionador es bastante arriesgado, ya que se podría dar el caso de que

una lectura errónea disparase la apertura del seccionador, y que este abriese cuando realmente el interruptor está

cerrado.

Con objeto de mejorar la fiabilidad de la instalación y no dejarla tan sólo en manos de un final de carrera, lo que

hacemos es asociar otro final de carrera a la posición abierto, pasándose a llamar 52C.

Con este nuevo final de carrera, será menos probable que se porduzca un error en la lectura de la medida del

estado del interruptor, cuando este se encuentra abierto. Teniendo en cuenta esta nueva incorporación, la tabla 6

mostrada anteriormente, quedaría de la siguiente forma.

Tabla 7: Estado del interruptor añadiendo otro final de carrera

INTERRUPTOR 52A 52B 52C

CERRADO 1 0 0

TRÁNSITO 0 0 0

ABIERTO 0 1 1

IMPOSIBLE 1 1 1

Otra condición que se debe de cumplir es que los seccionadores de puesta a tierra, en el caso de que existan,

deben de estar abiertos tal y como se ha comentado anteriormente. De nuevo, para evitar posibles fallos,

duplicamos el final de carrera que chequea que el seccionador de puesta a tierra se encuantra completamente

abierto.

A estos finales de carrera se les designa con la nomenclatura 57A, el cuál indica que el estado del seccionador

de puesta a tierra está cerrado, mientras que, si 57B y 57C están activos, mostrarán que el seccionador de puesta

a tierra está abierto. Al igual que se ha hecho para la verificación del estado del interruptor, se hace para el estado

del seccionador de puesta a tierra.

Tabla 8: Estado del seccionador de puesta a tierra

SECCIONADOR DE

PUESTA A TIERRA

57A 57B 57C

CERRADO 1 0 0

TRÁNSITO 0 0 0

ABIERTO 0 1 1

IMPOSIBLE 1 1 1

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62


Antes de pasar a construir la lógica de control, se pretende realizar una formalización de la condición que se

tiene que dar para que el seccionador instalado en esta configuración, pueda abrir sin provocar ninguna falta. La

condición formalizada que se puede obtener de las tablas en forma de ecuación lógica es:

(52𝐵 ∗ 52𝐶) ∗ (57𝐵 ∗ 57𝐶)

Esta ecuación, simplemente dice que, para que el seccionador de cada circuito pueda abrir, tienen que estar

abiertos tanto el interruptor adyacente, como el seccionador de puesta a tierra. Cumpliéndose esto, se alimentará

a la bobina de dicho circuito que actuará sobre el mecanismo de llevar a cabo tal acción.

El circuito de control del seccionador correspondiente a esta configuración de subestación, es el que se representa

a continuación. Las condiciones bajo las cuales se representa el circuito de control del seccionador es operando

de forma remota, y estando el interruptor completamente cerrado.

Figura 50. Circuitos de control del seccionador

Comentando tanto el circuito de cierre como el de apertura, decir que al igual que ocurria con el interruptor, se

dispone de un conmutador de disparo S1, sólo y exclusivamente accionable cuando el interruptor se encuentra

operando en modo local. Este conmutador dipone de las opciones tanto de disparo como de apertura. Como

hemos dicho, este conmutador depende del selector S4 que puede situarse en tres modos diferentes de operación,

remoto, que es en la posición en la que se encuentra, local, que es la posición central, y en modo bloqueo.

63


Si en ambos circuitos continuamos observando la lógica de control, veremos a continuación, que están en serie

los contactos asociados a los finales de carrera que indican que el interruptor está cerrado, y consecuentemente,

estos contactos se encuentran abiertos. Lo mismo ocurre con el seccionador de puesta a tierra. En ambos

circuitoslos contactos se encuentran en posición abierta indicando que el seccionador de puesta a tierra está

abierto. Por lo tanto, ni el interruptor de potencia ni el seccionador de puesta a tierra están en la posición idónea

para que se produzca la maniobra de apertura o cierre.

Tras estos contactos asociados al estado del interruptor de potencia y al seccionador de puesta a tierra, se sitúan

los contactos 89A y 89B. Estos, son dos contactos normalmente abiertos, asociados a finales de carrera que

comprueban el estado en el que se encuentra el seccionador. Cuando el seccionador se encuentra en posición

cerrada, el contacto asociado al final de carrera que chequea el estado del seccionador en posición cerrada (89A)

valdrá 1, o lo que es lo mismo, estará cerrado. Este contacto, 89A, estará abierto o a cero cuando el seccionador

se encuentre en cualquier otra posición. Lo mismo ocurrirá con 89B, sólo que este contacto valdrá 1, o estará

cerrado cuando el seccionador se encuentre completamente abierto.

Con estos dos contactos asociados a la posición del seccionador, lo que se logra es habilitar o deshabilitar los

circuitos de cierre y apertura, es decir, se consigue que cuando el circuito está en posición cerrada, sólo este

habilitado el circuito de apertura, mientras que cuando el seccionador está en posición abierta, únicamente se

encuentre habilitado el circuito de cierre. Además, también se consigue lo mismo que en el interruptor de

potencia, y es que cuando el seccionador está en tránsito, ambos circuitos estén inhabilitados, permitiendo así

únicamente, las acciones cuando estos están en posición estable.

Al final de ambos circuitos, tenemos las bobinas que alimentan al motor de corriente continua que realiza el

moviento del acoplamiento del seccionador. Aquí existe una pequeña diferencia con respecto al interruptor, y es

que el movimiento se realiza directamente a través de un motor y no mediante resortes.

2. Lógica de seccionador con barra doble

Antes de nada, se comenzará mostrando la configuración en la que se encontrará instalado el seccionador. Esta

configuración de subestación, como se puede observar en la figura 51, es una subestación de doble barra.

Figura 51. Subestación con configuración de doble barra.

64

4

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La operación del seccionador en esta configuración, de embarrado si que depende de más condiciones de

enclavamiento que el caso anterior, ya que la configuración es mucho más compleja. Llevándose a cabo un

análisis rápido de la configuración, intervienen dos seccionadores de barras, 89B1 y 89B2. Aparece también un

interruptor de línea 52 y un seccionador de línea 89, que se encuentra enclavado con un seccionador de puesta a

tierra 57. A parte de estos elementos, también aparecen transformadores de tensión y de intensidad.

Ahora, se va a realizar una explicación de las condiciones que se tiene que dar, en la configuración de doble

barra, para que cada uno de los seccionadores puedan realizar tanto la maniobra de cierre, como la de apertura.

1 Seccionadores de Barras.

Para que se pueda llevar a cabo las operaciones con los seccionadores de barras 89B1 y 89B2,

debe de ocurrir las condiciones que se explicán a continuación. En la siguiente explicación, se

mostrarán las acciones que hay que realizar para modificar el estado del seccionador 89B1:

- Las maniobras que se tienen que llevar a cabo son: Abrir el interruptor de línea 52,

posteriormente, abrir el seccionador de barra 89B2 y su seccionador a tierra en caso de que exista.

- En caso contrario, mantener cerrado el seccionador de la otra barra 89B2 y el acoplamiento.

Atendiendo a estos criterios de enclavamiento, se podrá maniobrar con alguno de los

seccionadores de barras. A continuación, se mostrará la lógica enclavada de los circuitos tanto de

cierre como de apertura.

Al igual que se hizo con el seccionador instalado en configuración de barra simple, se han

representado los circuitos de control con el interruptor de línea cerrado, por eso, los contactos

asociados a la posición abierta del interruptor 52B y 52C están abiertos, o lo que es lo mismo, a

cero. Con esta acción, ambos circuitos, tanto el cierre como el de corte, están inhabilitados para la

operación.

A parte de estar cerrado el interruptor de línea, también se encuentran desacopladas las barras,

indicándose con el contacto normalmente abierto A, abierto. Apreciar, que el seccionador de la

segunda barra está abierto, ya que no existe acoplamiento.

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Figura 52. Circuitos de control de seccionadores de barra

En esta situación, el seccioandor de barra 1 se está comportando como un conductor perfecto, estando

cerrado. Como se encuentra en estado cerrado, 89B1A está activo, o lo que es lo mismo, está cerrado.

Está acción, es la que nos permite que el circuito de apertura esté activo cuando ocurra una de las dos

opciones que se deben de dar para que el seccioandor de barras pueda operar. En cambio, se puede ver

que en el circuito de cierre, 89B1B está abierto. Este contacto asociado al final de carrera que comprueba

si el seccionador de barra 1 está cerrado, permite que tan sólo se abilite el circuito de cierre cuando este

está abietro.

Finalmente, comentar que estos circuitos se encargan de alimentar a las bobinas que disparan los

circuitos de motor que hace que se pueda llevar a cabo el movimiento del mecanismo del seccionador.

2 Acoplamiento entre barras

Como ya se ha comentado anteriormente, unas de las condiciones que hay que tener en cuenta para que se

lleve a cabo la maniobra de los seccionadores de barras, es el acoplamiento.

Pero, ¿Cómo se materializa un acoplamiento? Para materializar un acoplamiento, se tiene que llevar a

cabo:

66

66


- Estar cerrado el interruptor de línea 52.

- Estar cerrados los dos seccionaodres.

La lógica de control que nos permite llevar a cabo los acoplamientos, es:

Figura 53. Circuitos de control para acoplamiento de barras

Antes de mostrar una breve explicación de la lógica de control, se desarrollará la ecuación lógica que

daría lugar a los anteriores circuitos de control. Simlemente dice que, para que se lleve a cabo el

acoplamiento entre las barras, el interruptor de línea debe estar cerrado, y que ambos seccionadores de

barras también lo deben estar.

52𝐴 ∗ 89𝐵1𝐴 ∗ 89𝐵2𝐴

Al igual que ocurre con los anteriores circuitos mostrados, podemos ver que, en ambos circuitos, aparece

un contacto cerrado, 52A, que hace referencia a que el interruptor de potencia se encuentra cerrado.

También podemos ver que, aparece un 89B1A y 89B2A, que son contactos que indican que ambos

seccioandores de barras están cerrados. AA y Ab hacen referencia al estado del acopalmiento. AA es el

contacto auxiliar que valdrá uno cuando el acoplaminto se ha ejecutado, mientras que AB valdrá uno

cuando el acoplamiento este cerrado. Que ambos contactos valgan uno quiere decir que están cerrados.

En la situación representada, se muestra la situación idónea para que se lleve a cabo el acoplamiento

entre barras, solo quedaría la acción de que le llegue una orden de contro, remota.

Es importante, a la hora de realizar estos circuitos, identificar por qué todos los contactos están puestos

en serie. Esto se debe a que para que se lleve a cabo la maniobra de acoplamiento, debe d cumplirse

todo lo descrito, que el interruptor este cerrado, y que, además, los secionadores de barras estén cerrados.

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En caso de poner algunos de estos contactos en paralelo, estaríamos poniendo una condición lógica

distinta, que sería una condición OR, que quiere decir que o bien se cumple una cosa o bien la otra. Este

no es nuestro caso, para que se lleve a cabo este acoplamieto, se deben de cumplir todas las condiciones

descritas.

3 Seccionador de Linea

En tercer lugar, se expondrán los condicionantes que se tiene que cumplir para que se pueda maniobrar

sobre el seccionador de línea:

• El primero de ellos, como para cualquier seccionador, es que la línea esté completamente

desenergizada cuando este diga a realizar la operación de apertura o cierre.

• El seccionador de puesta a tierra 57 esté abierto también.

Las condiciones en las que se representa el seccionador de línea son las siguientes. En primer lugar, el

seccionador de linea está cerrado, esto se puede ver porque el contacto asociado, 89A, al final de carrear

que chequea que este se encuetra cerrado está pulsado. Como el seccionador de línea está cerrado,

tambie debe de estarlo el interruptor de línea, algo que podemos verificarlo por el hecho de que tanto

52B, como 52C están cerrados.

Figura 54. Circuitos de control para seccionador de línea

68

68


Nuevamente, como se ha comentado en el interruptor de potencia y en seccionadores, debemos de tener

un final de carrera en la posición de cierre y de apertura del seccionador de línea. Con ello, lo que

conseguimos es el circuito de cierre o de apertura, estén activos cuando el seccionador de línea esté

abierto o cerrado respectivamente. Para el circuito mostrado, como el seccionador se encuentra cerrado,

sería el 89A el que estaría con un uno lógico.

En este caso, a pesar de que el secionador reciba la orden de apertura de forma remota, no puede ejecutar

la acción, ya que interruptor de línea y el seccionador de puesta a tierra no están abiertos.

69

8.ANEXO

8.1 Introducción

En esta sección, además de mostrar algunos ejemplos de aplicación práctica de circuitos de control, se mostrará

el esquema unifilar correspondiente a su circuito de fuerza. En esta sección es importante distinguir entre

circuitos de control y circuitos de fuerza o potencia.

• Circuito de fuerza

Son los circuitos encargados de alimentar al receptor (por ejemplo: motor, calefacción, iluminación,

etc). El elemento primordial que constituye este circuito es el contactor. Normalmente, estos contactores

se encuentran abiertos, y en caso que su bobina asociada se energice, este se cerrará (la bobina asociada

al contactor se encuentra en el circuito de control). Estos circuitos también están formados por

elementos de protección como pueden ser, fusibles, relé térmico, relé magnetotérmico, interruptor

magnetotérmico, etc.

• Circuito de control

Estos circuitos son los encargados de controlar el funcionamiento de los contactores (como se há

comentado anteriormente, son elementos primordiales en los circuitos de control). También suelen estar

formados por elementos de mando como pueden ser pulsadores, iterruptores, etc. Este circuito está

separado de eléctricamente del circuito de potencia, y normalmente, se encuentra alimentado por

corriente continua.

Cuando se ha dado la explicación de lo que es un circuto de fuerza, se ha hecho mención a un elemento de vital

importancia, este es el contactor. Un contactor no es más que un dispositivo que tiene la capacidad de cortar

corriente eléctrica de un receptor o instalación, con la posibilidad de ser accionado a distancia. En la imagen 53,

se muestra un esquema básico de un contactor.

Como se puede apreciar, el contactor se encuentra alimentado a través de una de las fases de un sistema trifásico

y el neutro. Si se cierra el contacto A1, lo que ocurrirá es que se alimentaría la bobina. Fruto de esa energización,

la parte móvil (martillo) se junta con la parte fija conexionando o desconexionando sus contactos de fuerza o

auxiliares, graciasa a la unión mecánica existente entre la parte móvil y los contactos. Al cerrase estos contactos

de fuerza, se cierra el circuito de fuerza, y como puede apreciarse, la finalidad, que es alimentar al motor de

corriente continua se lleva a cabo.

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Figura 55: Esquema básico de un contactor

8.2 Esquema para el arranque de un motor trifásico.

En la figura 55, se muestra los circucuitos de fuerza y control destinados al arranque de un motor trifásico de

tensiones. Aclarar que este circuito está desenergizado.

En el circuito de control se pueden apreciar los siguientes elementos:

- F1: Térmico.

- F2: Fusible.

- PA: Pulsador NC.

- MA. Pulsador NA.

- KM1: Tenemos tres elementos con el mismo nombre. Un contacto (empleado para la realimentación), una

bobina, y un contactor.

- H: Bombilla.

- Q1: Disyuntor.

- M: Motor trifásico.

El funcionamiento sería el siguiente. Partiendo de que ambos circuitos están desenergizados, cuando se pulsa

MA, comienza a circular intensidad de corriente por el circuito de control. Al pasar intensidad de corriente, se

energiza la bobina del contactor KM1, que tiene como se vió en la explicación del contactor dos tipos de

contactos. Uno de ellos es el contacto designado con el nombre KM1, que es el que se encuentra en paralelo con

el pulsador MA, este es el que se encargar de realizar la realimentación. Otro de los contactos que se cierran de

este contactor son los de fuerza, situados como se uede ver en la imagen en el circuito de fuerza y con la

designación también de KM1, para que se vea claramente que estos están asociados al contactor KM1.

Bobina Parte móvil Contactos auxiliares

Contactos de fuerza

71

Anexo

Aún estando cerrados los cntactos de fuerza asociados al contactor KM1, no se produce el encendido del motor

eléctrico, puesto que el disyuntor se encuentra cerrado. Normalmente, este se encontrará cerrado, ya que la

función del disyuntor es proteger al motor frente a contingencias, solo que en el circuito se encuentra abierto por

la cuestión comentada al inicicio de este apartado (se muestra el circuito desenergizado).

Por tanto, si suponemos que los circuitos se encuentran implementados en cualquier situación práctica, al pulsar

el pulsador MA, se produciría la alimentación de la bobina KM1, ello provocaría que los contactos auxiliares y

de ferza del contactor KM1 se cerrasen y consecuentemente, el circuito de control quedase realimentado (con lo

que no es necesario mantener el pulsador pulsado) y el circuito fuerza sería alimentado, haciendo así que el

motor esté funcionando.

Figura 56. Cicuito de fuerza y control para el arranque de un motor

Para parar el funcionamiento del motor, tan solo hay que desenergizar la bobina KM1. Realizando esta acción,

lo que ocurre es lo siguiente:

1. Al no circular corriente por el contactor KM1, no se alimenta la bobina KM1 que se muestra en el

circuito de control.

2. Si la bobina no está energizada, tanto los contactos de fuerza como el contacto auxiliar vuelven a su

posición natural, que es la situación de contacto normalmente abierto.

3. Consecuentemente, si dejan de estar cerrados los contactos KM1 del circuito de fuerza, se interrumpe

la alimentación del motor, con la consecuente parada del mismo.

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72


Otra forma de para el motor sería simulando un calentamiento. Este calentamiento sería detectado por el relé

térmico F1, situado en circuito de fuerza. Al detectar el relé térmico un calentamiento excesivo, los contactos

auxiliares asociados a este relé, que se encuentran en el circuito de control se dispararían (se abren). Al igual que

ocurrió anteriormente, si se abre el contacto F1 del circuito de control se corta el sumiinistro de corriente a la

bobina y consecuentemente, se origina la parada del motor. Finalmente, comentar que cuando se produzca el

sobrecalentamiento, se encenderá una luz que indique lo que está ocurriendo (luz roja).

8.3 Arranque de un motor en estrella-triángulo

El arranque de un motor trifaasico en estrella-triangulo es una técnica bastante empleada hoy dia en el ámbito

eléctrico. Con esta técnica, lo que se consigue es que la intensidad de corriente consumida por el motor en el

momento justo de arranque del motor sea un tercio a la que se consumiría si se arrancase en triángulo. Tras el

arranque, el motor pasaría de estralla a triángulo.

Como se hizo en el apartado 8.2, se mostrará el circuito tanto para el circuito de fuerza como para el circuito de

control.

Figura 57. Circuito de fuerza y control para el arranque de un motor estrella-triángulo.

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Anexo

Los pasos a seguir para ver el funcionamiento de estos circuitos, es prácticamente parecido al de arranque de

motor, solo que algo más complejo.

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REFERENCIAS

[1] Edp hc energía. (17 de Abril de 2015).

[2] Enriquez, G. (1979). Elementos de diseño de subestaciones eléctricas . México: Limusa.

[3] Fernández, Á. L. (1993). Centrales electricas III. Terrassa: EDICIONS UPC.

[4] Harper, G. E. (1979). Elementos de diseño de subestaciones eléctricas. En Elementos de diseño de

subestaciones eléctricas (pág. 596). Mexico: Limusa.

[5] Javier, B. (2013). javierbotero.com.

[6] Lobato, M. B. (2010). 3. Automatización Actual Subestación Eléctrica.

[7] Oviedo, U. d. (s.f.). Aparamenta de proteccion y maniobra asociada a máquinas eléctricas.

[8] Pinela, L. S. (14 de Abril de 2011). Diseño del sistema de protección y control de subestaciones

eléctricas. Leganés.

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