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Video: Desconexión de un seccionador de 500 kV, se abre una fase en caliente

Este video fue capturado por Neil Brady, el capataz de mantenimiento de la Subestación de 500 kV El Dorado cerca de Boulder City-Nevada-USA, en el momento del evento. Se muestra la apertura de seccionador, intentando abrir una línea de alta tensión conectada a un gran reactor shunt de línea.

El reactor de línea es el gran objeto gris detrás del camión, extremo derecho al final del clip. Los reactores de línea son grandes bobinas de núcleo de hierro (inductores) que se utilizan para contrarrestar los efectos de la capacitancia de una larga línea de transmisión de alta tensión. Internamente, este reactor de línea tiene tres bobinas, una para cada fase en el sistema de tres fases. Cada bobina dentro del reactor puede proporcionar 33,3 millones de volts-amperes de compensación reactiva inductiva (33,3MVAR) a 290 kV entre fase y tierra. La compañía eléctrica se había encontrado previamente con dificultad de interrumpir una de las tres fases al intentar desconectar el reactor de línea, por lo que el equipo de mantenimiento de la subestación configuró una prueba especial para que pudieran grabar en video el evento de conmutación, y también hizo los arreglos para «abortar» el experimento, si era necesario, mediante la apertura manual de los interruptores automáticos de circuito, encontrados aguas arriba.

Particularmente este seccionador usa un  gas rellenado en los elementos de conmutación, llamados «gas puffer» (interruptores magnetotérmicos). Estos se encuentran justo a la derecha del seccionador. Los elementos de conmutación reales de estos interruptores están ocultos en el interior de los aisladores grises horizontales (casquillos). Los elementos de conmutación están alojados dentro de «botellas» selladas rellenas con un gas especial aislante (hexafluoruro de azufre o SF6) a alta presión. El SF6 es esencial para extinguir rápidamente el arco («quench») que se crea cuando el circuito de alta tensión se rompe. Durante el funcionamiento normal, cuando el conmutador abre se aperturan los interruptores de SF6. Esto desconecta el circuito de alta tensión a fin de que los «interruptores»(air break switches) puedan girar a la posición «abierto» sin que circule corriente. Una vez que los «interruptores»(air break switches) están completamente abiertos, los interruptores de SF6 se vuelven a cerrar. Esta secuencia normalmente asegura que se extinga el arco mientras se desenergiza la línea.

Cada interruptor de gas puffer utiliza dos botellas de SF6 que están conectados en serie, ya que se necesitan dos conmutadores combinados para soportar la tensión de alto voltaje.

En este video una botella de SF6 estaba defectuosa y no se abrió. Esto colocó toda la tensión a través de la botella de SF6 restante. La botella en buen estado valiéntemente trató de abrir la carga inductiva, esto creó un arco de alta tensión entre los bushing del seccionador.

El arco se extiende hacia arriba, impulsado por el aumento de los gases calientes y retorciéndose por las pequeñas corrientes de aire pequeñas, así como por las fuerzas magnéticas. Este arco supera fácilmente los 30m de longitud. Los arcos de conmutación normalmente suelen terminar mucho antes de alcanzar este tamaño ya que normalmente tratará de acercarse a una fase adyacente o a tierra. Una vez que esto sucede, una corriente anormal será detectada, causando que el interruptor ubicado aguas arriba desconecte el circuito defectuoso.  Dado que el arco de 500 kV fue al aire libre y no había fases adyacentes cercanas, este podría haber persistido durante bastante tiempo. Para evitar el riesgo de daños a sus equipos, el técnico aperturó manualmente los interruptores de corriente, y se extinguió abruptamente el arco.

Después de este evento, se determinó que las dos botellas de SF6 en la fase afectada habían sufrido daños permanentes. Las botellas se enviaron de vuelta al fabricante para analizar por qué falló el seccionador. Al analizar la pérdida de presión de gas SF6 en el interior de una de las botellas, se determinó que la causa raíz de la falla fue la conmutación inicial. Cuando el SF6 se agotó, el arco interno (creado cuando el interruptor intentó aperturar) no pudo ser extinguido. El circuito se mantuvo conectado, a través del arco interno, lo que provocó la falla y el increíble arco.

Tan impresionante como este enorme arco, era que el seccionador no estaba desconectando una carga real. Es decir, este arco «sólo» conducía una corriente relativamente baja (alrededor de 100 amperios), corriente magnetizante asociada con la bobina de red. La línea de transmisión de 151 km, conectada durante mucho tiempo con el circuito anterior, normalmente lleva más de 1.000 megavatios (MW) de potencia entre Boulder City, Nevada (desde los generadores masivos en la presa Hoover) hasta la subestación de Lugo, cerca de Los Angeles, California. Una rotura en condiciones de carga normales (cerca de 2.000 amperios) habría creado un arco mucho más caliente y extremadamente destructivo. Imagínese una luz cegadora de color azul-blanco de 30m de altura, como un super arco de soldadura que vaporiza los contactos del interruptor y luego sigue su camino de regreso a los alimentadores, fusionando y vaporizando todo a su paso. Sin embargo, hay que admitir que este «pequeño» arco de 33 MVAR es sin duda muy impresionante!

Fuente: More Arcs ‘n Sparks!
Traducido al español gracias al ing. José Luis de la Cruz

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José Luis de la Cruz

Ingeniero Electricista especialista en análisis y diseño de sistemas eléctricos de transmisión y distribución Líder del equipo de desarrollo de los software TOPOMAGIC (Topografía), REDLIN (Software de diseño de líneas de transmisión y distribución) y REDCAD (Software de Diseño de Redes de Energía Eléctrica de Media y Baja Tensión): www.esolutions.com.pe Líder del equipo de desarrollo del Software PSECAD: Software GIS para el planeamiento, análisis técnico y determinación del sistema eléctrico MT/BT económicamente adaptado, para efectos del cálculo del VAD. Realizado por encargo del Osinergmin. Especialidades Diseño de líneas de transmisión Diseño de sistemas eléctricos de distribución: MT, BT y energía renovable Especialista en análisis y planeamiento de sistemas eléctricos de potencia (DigSilent Power Factory) Experto en desarrollo de software especializado aplicado al diseño, análisis técnico y geográfico(GIS) de sistemas eléctricos de transmisión y distribución Formulación y evaluación de proyectos de inversión pública (Especialista SNIP) Estudios de preinversión (Perfiles, Estudios de Factibilidad) y estudios definitivos Estudios de tarifas y demandas Elaboración de presupuestos de proyectos de AT, MT, BT y energía Renovable Desarrollador C++ Senior, experto en algoritmos avanzados aplicados a la ingeniería Experiencia (2009-Actualidad) CEO en ESOLUTIONS S.A.C. (2003-2008) Jefe de Proyectos en PRICONSA Educación (2012-2013) Massachusetts Institute of Technology-MIT, EDX Program Certificate of mastery in 6.00x: Introduction to Computer Science and Programming (2012) University of California, Berkeley, EDX Program Certificate in CS188.1x: Artificial Intelligence - Certificate in CS184.1x: Foundations of Computer Graphics Certificate in CS169.1x: Software as a Service (2003) Universidad Nacional de Ingeniería, Lima- Perú - Ingeniero Electricista, Ingeniería Eléctrica Contacto Linkedin: pe.linkedin.com/in/jldcruz Twitter: twitter.com/#!/jldcruz_

5 comentarios

  1. Excelente descripción técnica del fenómeno y con un nivel de detalle suficiente para entender los elementos involucrados y la identificación de la falla. Felicitaciones al redactor del artículo (informe) y al traductor.

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