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Segunda de Tres partes
La Elección de Tableros de Distribución para Medio Voltaje: ¿Metal-Clad o Metal-Enclosed?
¿Se necesita la reconexión automática?
La reconexión automática no resulta útil ni conveniente en sistemas eléctricos en plantas industriales compuestos por cables aislados (en conductos para cable o barra colectora) y que alimenten los transformadores. Las fallas en los cables y en los transformadores son poco comunes. Y las que llegan a ocurrir no son transitorias, son permanentes. Dan lugar a daños importantes. Y con las operaciones de reconexión automática sólo se exacerban, no se despejan. Los tableros de distribución tipo metal-enclosed han alcanzado un uso muy popular en sistemas de cable por la simplicidad, economía y eficaz operación de los fusibles de potencia al proporcionar protección contra las fallas permanentes.
Por otra parte, la reconexión automática puede ser una ventaja en los circuitos de distribución aérea en exteriores que estén sujetos a una alta incidencia de fallas transitorias o temporales provocadas por ramas que se caen de los árboles, contactos hechos por animales o aves, basura levantada por el viento, relámpagos o hielo. Los circuitos aéreos normalmente se protegen con tableros de distribución tipo metal-clad (con interruptores automáticos y sus relevadores asociados) puesto que una interrupción breve del voltaje del sistema por la apertura del interruptor automático del tablero de distribución puede dar lugar a la extinción del arco permitiendo una operación de reconexión automática para restablecer el servicio (ver Figura 2). Al decidir si se utiliza reconexión automática, se debe tomar en cuenta el efecto sobre los motores sincrónicos y sobre los motores de inducción grandes. La alta corriente de energización que se deriva de la reconexión automática puede causarles daños mecánicos severos a los motores. O, puede ocasionarle daños menores al aislamiento que no se notan en el momento, pero que llevarán a fallas prematuras. Dicho daño al aislamiento se verá acelerado por las reconexiones rápidas repetitivas ya que los efectos son acumulativos.
Fig. 2. Sistema de distribución construido con cables aéreos y aislados. El dispositivo de protección A despeja las fallas transitorias en el sistema aéreo y reconecta automáticamente, sólo con una interrupción de energía momentánea de las cargas. Las fallas en los segmentos de cable subterráneo del sistema son interrumpidas por el dispositivo B y en el transformador por el dispositivo C. La naturaleza permanente de las fallas en los cables subterráneos y en el transformador hace que la reconexión automática no sea conveniente.
Incluso las reconexiones manuales pueden resultar poco deseables en un sistema de cables: con frecuencia se cae en la tentación de esperar que el dispositivo de protección ha operado innecesariamente. En lugar de tomarse el tiempo de buscar la falla, incluso una persona calificada, estando bajo presión por parte de las personas de producción, puede hacer la reconexión con la esperanza de que el dispositivo de protección “aguante”. Debido a que la causa que provocó la operación del dispositivo de protección todavía no se habrá eliminado, la reconexión únicamente reiniciará la falla. Esto le provocará todavía más daños al equipo y también representará un peligro para el personal que se encuentre cerca. La práctica de reconectar antes de localizar y corregir la falla es sumamente cuestionable.
Fig. 3. El tablero de distribución tipo metal-enclosed de cuatro celdas, colocado en la acometida de una planta industrial, (de izquierda a derecha) consta de: Celda 1, seccionador interruptor de la fuente; Celda 2, medidores; Celdas 3 y 4, seccionadores interruptores de carga con fusibles. Las celdas 3 y 4 llevan aproximadamente 100 A a 12.5 kV cada una.
¿Se necesitan relevadores sofisticados?
La mayoría de las necesidades de protección de los sistemas en las plantas industriales se puede resolver con un dispositivo de protección contra sobrecorrientes – un fusible o relevador y un interruptor automático. Con la variedad de capacidades de fusión y curvas de tiempo corriente que hay se pueden utilizar tableros de distribución tipo metal-enclosed con fusibles y seccionadores interruptores o tableros de distribución tipo metal-clad con interruptores automáticos y relevadores.
Los métodos de protección más complejos responden a condiciones que no solamente son las sobrecorrientes: por ejemplo, los relevadores de corriente inversa o de potencia inversa, relevadores diferenciales y relevadores de sobrecorrientes con restricción de armónicas. Estos dispositivos son una necesidad para las redes de alto voltaje o de voltaje extra alto (EHV) de las empresas suministradoras, pero su conveniencia en plantas industriales con sistemas más simples se puede poner en tela de juicio. La utilización de relevadores complejos implica la necesidad de tener un nivel mucho mayor de sofisticación en el diseño y la coordinación de los sistemas, así como pruebas y calibración de los relevadores. La complejidad también puede incitar al rechazo por parte del personal operativo que tiene prisa por restablecer el servicio, y no tienen tiempo ni deseos de revisar un sistema complejo que hace años que se diseñó.
¿Se cuenta con alimentación de control en dc?
Los tableros de distribución tipo metal-enclosed con fusibles y seccionadores interruptores normalmente son independientes y no necesitan un suministro de energía auxiliar. La protección contra fallas la proporcionan los fusibles, los cuales utilizan la energía de la corriente de falla para lograr la interrupción. Incluso la compleja operación eléctrica automática o controlada a distancia de los interruptores, por lo general, se realiza con alimentación de control en CA proveniente de uno o más transformadores de voltaje, los cuales también pueden funcionar como dispositivos detectores de voltaje.
Los tableros de distribución tipo metal-clad con interruptores automáticos y relevadores generalmente necesitan alimentación de control en dc y por consiguiente la adición de una batería tipo estación. Ésta no solamente ocupa un espacio considerable, sino que frecuentemente necesita más mantenimiento que los mismos tableros de distribución. Hay muchos casos registrados sobre daños a los tableros de distribución y a las plantas que se pudieron haber evitado si se les hubiera dado mantenimiento a las baterías, si el cargador de baterías no hubiera estado apagado o si los fusibles se hubieran usado inicialmente.
Fig. 4. La celda de alimentación de los tableros de distribución tipo metal-enclosed tiene aditamentos para protección contra condiciones de puesta a una sola fase. El detector de fase abierta (ubicado en el compartimiento para bajo voltaje sobre el larguero de la celda en la parte inferior derecha) en conjunto con el seccionador interruptor de operación eléctrica protege contra todas las condiciones de fase abierta, incluyendo la puesta a una sola fase provocada por fusibles quemados.
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