Empleo de Reconectadorres (Reclosers) como Elementos de Protección en Sistemas de Distribución Aéreos

RESUMEN

Los RECONECTADORES, también denominados RECLOSERS, son aplicables, en nuestro país, en sistemas de distribución públicos aéreos en media tensión así como para la protección de sistemas privados (acometidas) tanto para protección contra sobrecorrientes de diversa índole, como para el control de la máxima demanda y/o el rechazo de carga. Como su nombre lo indica, en combinación con el relé adecuado, puede efectuar RECIERRES al producirse cualquier tipo de falla y en combinación con SECCIONALIZADORES para determinar el tramo de una línea aérea en el cual se ha producido dicha falla. Como se aprecia, son varias las aplicaciones de estos elementos, pero que al seleccionarlos es necesario considerar el objetivo a cumplir solo de manera necesaria y suficiente.

1) ¿Qué es un RECONECTADOR?

En realidad es conjunto constituido por los siguientes elementos:

• Un elemento de desconexión propiamente dicho.
• Un tablero de control.
• Un transformador de control.
• Un sistema de comunicaciones.

El elemento de desconexión

Es un INTERRUPTOR AUTOMÁTICO que puede ser con cámaras de interrupción en SF6 o en vacío y debe poseer las características adecuadas de acuerdo a la tensión nominal del sistema, la corriente nominal requeridas (generalmente 640 A para sistemas de distribución secundaria), el poder de ruptura ante sobre intensidades causadas por cortocircuitos, (generalmente de 12.5 o 20 KA eficaz). Como todo elemento de maniobra en su selección también se debe considerar la altura de instalación sobre el nivel del mar así como el grado de contaminación ambiental según recomendaciones de las normas IEC.

El tablero de control

Contiene los elementos necesarios para detectar los eventos de fallas de cualquier entre estos los principales.

El relé con las funciones requeridas para cada caso, es decir si el RECONECTADOR está ubicado en la cabecera de un sistema o en una cola de este como es el caso de suministro a usuario finales. Entre las funciones solicitadas con frecuencia, según ANSI tenemos:

• Básicas: 50/51, 50N/51N
• Especiales: 27,59 81, 32 y otras

La fuente auxiliar, generalmente de 24 VDC, es decir las baterías y el cargador.

El transformador de control

Es monofásico y cumple la función de alimentar al tablero de control. Su relación usual es de 24000/240 V, sea la tensión nominal del sistema de 12, 20 ó 22.9 KV, con aislamiento externo de acuerdo a la altura sobre el nivel del mar de la instalación. Puede ser encapsulado en resina epóxica o inmerso en fuido aislante ecológico.

El sistema de comunicaciones

Es importante para obtener en línea y desde una SALA DE CONTROL los datos básicos, tales como:

• Posición CERRADO-ABIERTO de elemento de desconexión.
• Corriente circulante.
• Corriente de falla y sus magnitudes.
• Historial.

Esta data debe ser almacenada en el RELÉ instalado el TABLERO DE CONTROL. Por defecto empleamos el relé ABB tipo REF601, (salvo requerimientos especiales del USUARIO). El relé está disponible con función de comunicación con protocolo Modbus RTU en puerto RS-485 con conexión de dos hilos. Esto permite que el relé se conecte al sistema de control y monitoreo a través de la comunicación en serie para el monitoreo remoto.

2) Su aplicación en el caso de redes públicas de distribución secundaria.

En este artículo nos referiremos brevemente al empleo de los RECONECTADORES como elementos para la protección de sistemas de distribución públicos en media tensión, generalmente a cargo de las diferentes EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN en nuestro país, tanto en Lima como en provincias.

Generalmente se instalan en las cabeceras de las líneas de distribución secundarias.

En sistemas de distribución públicos aéreos estos aparatos operan, frecuentemente, en coordinación con otros denominados SECCIONALIZADORES los cuales se instalan en los ramales o a lo largo de las líneas de dichos sistemas.

Ante una falla en algún punto del sistema, que puede ser temporal o permanente, el RECONECTADOR, abre el circuito y al cabo de un tiempo pre-programado cierra. Si la falla persiste vuelve a abrir y nuevamente cierra. Este ciclo lo realizan generalmente 3 veces para finalmente quedar abierto si la falla es permanente.

Los SECCIONALIZADORES, son aparatos de apertura y cierre pero que no tienen capacidad para abrir corrientes de falla y funcionan en combinación con los RECONECTADORES y están supeditados a estos. Estos aparatos abren los circuitos en los períodos en que el RECONECTADOR de cabecera está en posición abierto.

Estos conjuntos, RECONECTADORES y SECCIONALIZADORES sirven, básicamente, repito, en sistemas de distribución aéreos y con la finalidad discriminar el tramo donde se produjo una FALLA PERMANENTE y así facilitar la búsqueda de dicha falla. Cuando la falla NO ES PERMANENTE, ocasionada por alguna ave, un roedor, la rama de un árbol o similares, entonces el RECONECTADOR abre y cierra y si la falla desapareció retorna a su posición cerrado.

3) Aplicación de los RECONECTADORES en caso de acometidas a usuarios de media tensión, tanto REGULADOS COMO LIBRES.

Es usual que las EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN exijan a los usuarios la instalación de un RECONECTADOR, para las siguientes aplicaciones.

1. Como elemento básico para la protección por fallas de cortocircuito, trifásicas, monofásicas o a tierra en la acometida.
2. Como elemento limitador de la demanda.
3. Como elemento de rechazo de carga.

a) Como elemento básico para la protección de la acometida.

Como sabemos, en caso de acometidas a usuarios finales, son estos los responsables del equipamiento de los elementos de protección, aguas abajo del punto de diseño con la finalidad de que cualquier falla dentro de sus instalaciones no perjudique al sistema de la EMPRESA DE DISTRIBUCIÓN ni a otros usuarios aledaños. Estos elementos deben ostentar como mínimo las funciones ANSI 50/51 y 50N/51N.

Para cumplir con este objetivo algunas EMPRESAS DE DISTRIBUCIÓN exigen, la instalación de un RECONECTADOR en la cabecera de la acometida particular.

En estos casos opinamos que se está aplicando el RECONECTADOR para cumplir una función diferente para la cual es pertinente, como lo es para protección sistemas PÚBLICOS de DISTRIBUCIÓN AÉREOS. En los casos de usuarios privados estos son los últimos del sistema (están en una cola) y las eventuales fallas ocurridas en sus instalaciones (o sea aguas abajo del punto de diseño) que podrían ser de carácter temporal o permanente, tales como un cortocircuito en el tablero general de baja tensión (que a veces no contiene el sistema de protección adecuado), en la línea de acometida sea esta subterránea o aérea, un aislador deteriorado en las barras de media tensión o una falla en el transformador o en alguno de los transformadores de las subestación eléctrica.

Sin embargo, la instalación de un RECONECTADOR para estos casos de acometidas a usuarios finales puede resultar INCONVENIENTE pues un RECIERRE ante una falla puede profundizar los daños sea que su origen esté ubicado en las barras de la subestación, en el transformador, etc.

Si bien los relés que ostentan estas funciones tiene también la función 79 (RECLOSER) creemos que debería ser el USUARIO quien debe decidir si ACTIVA O NO esta función.

En los casos de emplearse en sistemas de distribución con NEUTRO AISLADO, se requiere la instalación de un transformador toroidal que abrace las tres fases para captar de manera efectiva las corrientes homopolares.

b) Como limitador de la MÁXIMA DEMANDA (MD).

Para cumplir con este requisito algunas empresas de distribución aceptan que el relé del tablero de control posea la función ANSI 32.

NOTA: Para activar la función 32 se requieren de señales trifásicas tanto de tensión como de corriente. Los RECONECTADORES, generalmente traen incorporados en cada polo los transformadores toroidales de varias relaciones (pueden ser 100/1A, 200/1A, 300/1A; (En los casos de corrientes de baja intensidad, tratándose, por ejemplo, de una S.E. de 500 ó 800 KVA, a 22.9KV la corriente nominal sería de 12.6 ó 20.17 A respectivamente y por tanto estos toroidales, no podrían aplicarse en ninguna de sus relaciones para una medición confiable de la potencia). En cuanto a los transformadores de tensión requeridos, algunos RECLOSERS los poseen incorporados pero a costa de una mayor costo del conjunto.

Por otra parte, la función 32 no refleja la MD pues esta es medida y calculada por los medidores de la EMPRESA DE DISTRIBUCIÓN de manera integrada durante períodos de 15 minutos.

El inconveniente de emplear un RECONECTADOR para esta función es que, en caso de superarse la MD CONTRATADA por un breve período de tiempo, al activarse el mencionado elemento cortaría intempestivamente todo el suministro eléctrico.

Al respecto de esta aplicación nuestros comentarios son los siguientes:

1. La posibilidad de un corte general del suministro eléctrico por superar, durante un breve período de tiempo la MD es inconveniente por perjudicial para cualquier empresa productiva.
2. Las empresas de distribución tienen la potestad penalizar o cortar el servicio de aquellos usuarios cuya demanda supera la MD contratada. Para garantizar el corte, están exigiendo la instalación de un RECONECTADOR de tal manera que el corte sea automático, es decir SIN PREVIO AVISO.
3. Considerando los aspectos b-1 y b-2 los usuarios, podrían optar, para proteger sus intereses, por la instalación de un sistema que permita prevenir que la tendencia de la demanda no se acerque a la MD contratada y pueda superarla.
4. El sistema de prevención puede materializarse mediante el accionamiento de una alarma o la desconexión automática de las CARGAS de BAJA TENSIÓN (BT) que el usuario considere NO ESENCIALES mediante la apertura de los interruptores correspondientes, durante las horas de punta de acuerdo al diagrama de carga propio de la instalación. Este sistema estaría compuesto principalmente por un medidor de MD provisto de contactos que al cerrarse el primero active una alarma y al cerrarse el segundo la desconexión de la carga o cargas seleccionadas. El medidor opera mediante la recepción directa de las señales de tensión de barras de BT y de los transformadores de corriente instalados en el mismo TABLERO PRINCIPAL DE DISTRIBUCIÓN.
5. Naturalmente que no sería conveniente que el sistema actúe diariamente. Para este efecto es necesario que el contrato de suministro eléctrico tenga una holgura mínima, definida en cada caso y en caso de ampliaciones solicitar oportunamente el aumento de carga correspondiente.
6. La MD mensual se puede obtener de los registros en las facturas correspondientes. Sin embargo podría ser conveniente obtener un REGISTRO independiente previamente a la instalación de un sistema de control de la MD.

c) Como elemento para rechazo de carga, por caída de frecuencia.

Esta función se aplica para los casos de empresas de cualquier sector pero generalmente de gran envergadura cuya demanda de energía eléctrica podría desestabilizar el sistema interconectado en caso de salida intempestiva de uno o más generadores eléctricos. Para este efecto se estipula que el relé del tablero de control del RECONECTADOR exigido active la función 81 ordenando la salida total del suministro respectivo.

En este caso también la DESCONEXIÓN TOTAL del suministro de forma intempestiva podría ser muy perjudicial para una empresa en especial si esta es productiva. Por tanto, también es aplicable el criterio de que la función de rechazo active la desconexión de algunas de las cargas menos prioritarias. Como el caso del control de la máxima demanda el sistema de desconexión de estas cargas debería realizarse desde el tablero general de distribución.

4) Caso para la protección SOLO por fallas a tierra.

Diversas empresas de distribución, cuyo sistema de distribución es CON NEUTRO AISLADO, generalmente en 10 o en 20 KV, requieren que el USUARIO instale en su acometida un elemento de maniobra de apertura BAJO CARGA pero solo para la protección por FALLAS A TIERRA. Como sabemos este tipo de fallas, en dichos sistemas, producen corrientes capacitivas de baja intensidad las cuales no son detectadas por los transformadores de corriente instalados en las líneas; para detectarlas, de manera precisa, se requiere de un transformador tipo TOROIDAL que abrace las tres líneas (CABLES) de media tensión. Estos toroidales son con aislamiento de baja tensión (600 V) y de relación 50/1 A.

En estos casos es suficiente la instalación de un seccionador de potencia con capacidad para interrumpir la corriente nominal de la carga. Usualmente estos seccionadores poseen una capacidad de 400 A.

NOTA GENERAL:

Para la regulación del relé del tablero de control, en cualquiera de los casos, (excepto el de rechazo de carga por frecuencia) es necesario realizar previamente un ESTUDIO DE COORDINACIÓN DE LA PROTECCIÓN (ECP).

CONCLUSIONES

1. Los RECONECTADORES operando en coordinación con SECCIONALIZADORES, constituyen una buena herramienta para la protección de sistemas de distribución públicos aéreos en media tensión.
2. La aplicación de un RECONECTADOR como protección contra fallas entre fases o entre fases a tierra de una acometida aérea a un usuario, sea regulado o libre, solo requiere que el relé del tablero de mando ostente las FUNCIONES ANSI 50/51 y 50N/51N.
3. La aplicación de un RECONECTADOR para la desconexión total del suministro por máxima demanda o por rechazo de carga puede ser muy perjudicial para empresas productivas.
4. Es recomendable que el usuario controle para beneficio propio (evitar cortes intempestivos) su MÁXIMA DEMANDA desde el tablero general de baja tensión.
5. Es recomendable que al usuario coordine con la EMPRESA DE DISTRIBUCIÓN del lugar la desconexión de ciertas cargas no prioritarias en caso de requerirse un sistema de RECHAZO DE CARGA POR CAÍDA DE FRECUENCIA. Esta desconexión se podría realizar instalando los elementos de control (relé función 81) y desconexión de dichas cargas no prioritarias en el tablero general de baja tensión.