lunes, 18 de marzo de 2019

Seccionadores y Cuchillas


Seccionadores y Cuchillas de Tierra.

Se les conoce también con el nombre de separadores o desconectadores. Son dispositivos que sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalación eléctrica, para efectuar maniobras de operación o bien de mantenimiento. La misión de estos aparatos es la de aislar tramos de circuitos de una forma visible.
Los circuitos que debe interrumpir deben hallarse libres de corriente, o dicho de otra forma, el seccionador debe maniobrar en vacío. No obstante, debe ser capaz de soportar corrientes nominales, sobreintensidades y corrientes de cortocircuito durante un tiempo especificado.
Así, este aparato va a asegurar que los tramos de circuito aislados se hallen libres de tensión para que se puedan tocar sin peligro por parte de los operarios.
El diseño y la construcción de los seccionadores están reglamentados de acuerdo con las normas IEC 60129 y 60273 o las normas ANSI C29.8 y C29.9, y responder además a la IEC 60694 en lo que respecta a valores nominales y de ensayos (tensión resistida a impulso y 50 Hz.).
Los seccionadores utilizados habitualmente en instalaciones eléctricas tienen muy variadas formas constructivas pudiéndose clasificarlos según su modo de accionamiento:
ü Seccionadores de cuchillas giratorias.
ü Seccionadores de cuchillas deslizantes.
ü Seccionadores de columnas giratorias.
ü Seccionadores de pantógrafo.
ü Seccionadores semipantógrafos o tipo rodilla.

Sea cual fuera el tipo (de apertura horizontal o vertical y con movimiento giratorio central o lateral, pantográfico o semipantográfico) deberán permitir la observación clara y precisa de la distancia de aislamiento en aire.
Dentro de esta clasificación todos pueden tener una constitución unipolar o tripolar.
El tipo de apertura deberá elegirse teniendo en cuenta las distancias eléctricas adoptadas para el proyecto. Los de apertura lateral, por ejemplo, requieren mayores distancias entre ejes de fases que los de otro tipo. Esta elección adquiere particular importancia cuando se trata de ampliación de instalaciones existentes, cuyas distancias pueden haber sido proyectadas para otro tipo de equipamiento.
Los seccionadores de 220 kV tendrán mando motorizado para operación individual por polo de las cuchillas principales. El accionamiento de la cuchilla de puesta a tierra podrá ser motorizado o manual. Los seccionadores de 132 kV podrán tener un accionamiento único para las tres fases acopladas mecánicamente.

Seccionadores de cuchillas giratorias.
Estos aparatos son los más empleados para tensiones medias, tanto para interior como para exterior, pudiendo disponerse de seccionadores unipolares como tripolares.
En la figura se observa un seccionador de cuchillas giratorias tripolar para instalación en interior y tensión de servicio de hasta 13,2 kV, con accionamiento por motor y cuchillas de puesta a tierra adosadas para accionamiento manual con palanca de maniobra, intensidad nominal In = 630 A.
La constitución de estos seccionadores es muy sencilla, disponiéndose básicamente en una base o armazón metálico rígido (donde apoyarán el resto de los elementos), dos aisladores soporte de porcelana, un contacto fijo o pinza de contacto y un contacto móvil o cuchilla giratoria (estos dos últimos elementos montados en cada uno de los aisladores de porcelana).
Cabe comentar que la utilización de seccionadores unipolares puede provocar desequilibrio entre las fases de una instalación, por lo que resultan preferibles, aunque sean más caros, los seccionadores tripolares donde las cuchillas giratorias de cada fase se hallan unidas entre sí por un eje común, lo que permite un accionamiento conjunto de todas ellas. Cuando la corriente nominal es elevada, los seccionadores están provistos de dos o más cuchillas por polo.
La principal diferencia entre los seccionadores de cuchillas giratorias para instalación en interior y para instalación en intemperie estriba 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 en los de interior, consiguiendo de esta manera el aumento de las líneas de fuga en los aisladores y mayores tensiones de contorneo bajo lluvia.
En muchos casos resulta conveniente poner a tierra las instalaciones cuando se ha de trabajar en ellas, para lo cual se construyen seccionadores con cuchillas de puesta a tierra accionadas por medio de una palanca auxiliar maniobrada con la pértiga de accionamiento. Estos seccionadores están construidos de forma que cuando están conectadas las cuchillas del seccionador resulte imposible conectar las cuchillas de puesta a tierra y recíprocamente resulte imposible conectar las cuchillas del seccionador, mientras esté conectado el dispositivo de puesta a tierra. Esto se logra por medio de un enclavamiento electromecánico.


Seccionadores de cuchillas deslizantes.

Con una estructura muy similar a la de los seccionadores de cuchillas giratorias, descriptos anteriormente, poseen la ventaja de requerir menor espacio en sus maniobras dado que sus cuchillas se desplazan: longitudinalmente, por lo que se puede instalar en lugares más angostos. No obstante, dado el tipo de desplazamiento de las cuchillas, estos seccionadores tienen una capacidad de desconexión inferior en un 70 % a los anteriores.
Seccionador de cuchillas deslizantes para servicio de interior. Este modelo se dispone para tensiones de 13,2 a 33 kV y desde 400 hasta 630 A.







Pararrayos


Pararrayos

El Campo eléctrico natural en tierra B. Franklin demostró que en la atmósfera conviven dos tipos de corriente (negativa y positiva) a partir de las leyes de Ohm y Joule. Durante la formación de la nube de tormenta el Cumulo-nimbus se transforma en un condensador eléctrico primario generando un campo de alta tensión de gran dimensión modificando el comportamiento eléctrico de la atmósfera, variando los valores de resistencia (R) e inductancia (L).
El fenómeno provoca la aparición de una tensión variable en tierra superando los límites de resistencia eléctrica del aire y electrificando los elementos del suelo. El valor de este campo eléctrico en tierra es proporcional a la carga de la nube e inversamente proporcional a la baja resistencia eléctrica de los elementos expuestos en tierra. Su valor pasa de 120 V/m a muy alta tensión.
La ionización Una constante del campo eléctrico da lugar a la ionización de elementos expuestos en tierra que crean caminos trazadores para comunicar eléctricamente los dos puntos (nube-tierra) abriendo un camino conductor para la carga de energía en forma de rayo. Elementos en punto aumentan la posibilidad de que estas cargas circulen por ellos (pararrayos convencional, antenas, elementos metálicos predominantes, etc…) El Rayo En función de las condiciones dieléctricas del aire, del valor del campo eléctrico de alta tensión, de la facilidad de transferencia de cargas de los elementos ionizadores (pararrayos convencional, antenas, elementos metálicos predominantes, etc…) y de la velocidad y carga de la nube, aumentan las posibilidades de la aparición de los rayos.

Efecto punta:
Las cargas alrededor de un conductor no se distribuyen uniformemente, sino que se acumulan más en las partes afiladas.
De esta manera, si se tiene un objeto en forma de punta sometido a un intenso campo electrostático (como el generado por una nube de tormenta), la acumulación de cargas en la punta es también muy elevada.
Esta propiedad fue aprovechada por Benjamín Franklin para diseñar su pararrayos a mediados del siglo XVIII.

Principio del pararrayos:
El pararrayos no es más que un dispositivo que, colocado en lo alto de un edificio, dirigen al rayo a través de un cable hasta la tierra para que no cause desperfectos.
Ya hemos comentado que normalmente las nubes de tormenta tienen su base cargada negativamente, mientras que la región de tierra que se encuentra debajo de ellas, por efecto de inducción electroestática, presenta carga positiva.
Las cargas negativas de la nube se repelen entre sí y son atraídas por las cargas positivas de la tierra.
Puesto que el pararrayos está conectado a tierra, sus electrones son repelidos por los de la nube con lo que queda cargado positivamente al igual que la tierra bajo la nube.


Fig. I.  Distribución de cargas en el entorno de una nube de tormenta.

Debido a la forma y características del pararrayos (efecto punta), la densidad de carga en la punta del pararrayos es tal que ioniza el aire que lo rodea, de modo que las partículas de aire cargadas positivamente son repelidas por el pararrayos y atraídas por la nube, realizando así un doble objetivo:

a.  Por un parte, se produce una compensación del potencial eléctrico al ser atraídos esos iones del aire por parte de la nube, neutralizando en parte la carga. De esta forma se reduce el potencial nube-tierra hasta valores inferiores a los 10000 V que marcan el límite entre el comportamiento dieléctrico y el conductor del aire, y por tanto previenen la formación del rayo.

b.  Por otra, conducen al rayo a tierra ofreciéndole un camino de menor resistencia. Este camino lo formarán el pararrayos, el conductor de descarga y las tomas de tierra.


Un fenómeno que debemos tener en cuenta es el de "disipación natural", que es producida por los árboles, vallas, rocas y demás objetos de forma puntiaguda, ya sean natural o artificiales, sometidos al campo eléctrico de la nube de tormenta, que irán produciendo esa compensación de potencial de forma natural, produciendo la neutralización de la carga de la nube, o al menor, reduciéndola significativamente, con lo que se disminuye el riesgo al llegar la nube sobre zonas habitadas o peligrosas.