En líneas convencionales de Adif, el analizador de línea aérea de contacto es el sistema encargado de detectar posibles defectos de aislamiento en un conductor que se pretende energizar a través de un disyuntor extrarrápido. Este equipo opera ante la orden de cierre del disyuntor extrarrápido, y será después de efectuar las pruebas para las que está programado, cuando permita el cierre del disyuntor, o lo bloquee e informe de las circunstancias por las que no se ha permitido la maniobra solicitada.
Esquema unifilar
Para detectar los posibles defectos, el sistema utiliza la tensión en corriente continua que tiene en cualquiera de sus extremos. En función de la localización de la tensión (barra ómnibus o feeder), el equipo realizará una de las siguientes pruebas:
- Prueba en blanco
Bipolar abierto y ausencia de tensión en ambos transductores
- Análisis de aislamiento sentido directo
Bipolar cerrado, tensión en barra ómnibus y ausencia de tensión en feeder
- Análisis de aislamiento en sentido inverso
Bipolar cerrado, tensión en feeder, y ausencia de tensión en barra ómnibus
- Diferencia de tensión
Bipolar cerrado, tensión en feeder y tensión en barra ómnibus
Niveles de tensión
Con el fin de precisar los estados de tensión, se definen a continuación los estados y parámetros que se van a utilizar conceptualmente en la explicación del analizador de catenaria:
Vmax ⇒ tensión máxima ⇒ 2400 V
Vmin ⇒ tensión mínima ⇒ 1000 V
Se considera ausencia de tensión cuando la tensión medida está por debajo de Vmin.
Se considera presencia de tensión cuando la tensión medida está por encima de Vmax.
La presencia de medidas de tensión entre Vmax y Vmin se considera como una situación anómala, de manera que tras una solicitud de cierre en estas condiciones, el analizador de catenaria no realizará análisis hasta que las dos tensiones que mide se puedan considerar como con presencia o ausencia de tensión.
El analizador vigila permanentemente el estado de los trasductores de tensión: cuando no hay tensión, el trasductor correctamente alimentado emite una corriente de offset de aproximadamente 2,5 mA. Esto equivale en el circuito de medida a 0,33 V en la entrada analógica del PLC, que son 200 voltios en unidades de ingeniería.
Valores de tensión inferiores a la tensión de offset, se consideran como fallo del transductor.
Prueba en blanco
En sí, la prueba en blanco no es una de las tareas de búsqueda de defectos encomendadas al analizador. Consiste en un chequeo de todos los componentes del sistema, que se realiza con el conjunto analizador – disyuntor aislado, es decir, con el seccionador bipolar abierto ó con el carro extraido.
En estas condiciones, no hay lectura de tensión de barra ómnibus, de feeder, ni del trasductor de intensidad de prueba. Se verifica la coherencia de estas medidas, el estado de los fusibles, y se maniobran los contactores, requiriéndose confirmación tanto del cierre como de la apertura de ambos, con los mismos tiempos que en las pruebas con tensión. Si el resultado es correcto, re autoriza el cierre del disyuntor extrápido, y se comprueba la correcta maniobra de éste. En caso de detectarse alguna incoherencia, o de no recibirse las confirmaciones de maniobra en los tiempos requeridos, se procede al registro de la anomalía, y a su señalización.
Análisis de aislamiento en sentido directo
Si se dispone de tensión en la barra ómnibus, y se pretende energizar el feeder. Se analizará pues la salida de feeder, que en el momento de la solicitud del cierre, no tiene tensión.
El análisis en este caso consiste en el cierre de los dos contactores, energizando la salida de feeder con plena tensión durante un intervalo de tiempo de 3 segundos.
Si se detecta un cortocircuito “perfecto”, con: Rx = 0 Ω
VF = 0 V
IM = VBO / Rprueba = 3300 / 600 = 5,5 A
En cambio, si el aislamiento es “perfecto”, con Rx = infinito
IM = 0 A
IM = (VBO – VF) / Rprueba = 0 ⇒ VBO = VF
En las pruebas reales no se da ninguna de estas dos circunstancias, pero se citan para mostrar que en caso de defecto en la línea, se inyectarán como máximo 5,5 A, determinando que este sistema de pruebas puede detectar defectos graves sin dañar las instalaciones. La potencia máxima aportada al cortocircuito es de 18,5 kW.
El equipo medirá tensiones e intensidad durante el tiempo de análisis, estimando que puede existir un defecto en el aislamiento cuando:
- La resistencia calculada Rx no supere el valor de Rmin (20 Ω)
- No haya coherencia entre las medidas y los valores esperados de las mismas, es decir, que la intensidad medida se aproxime a la calculada IC
- La resistencia calculada Rx no sufra variaciones bruscas producidas por el establecimiento de arcos de tensión
- Se observe una caída en el valor calculado de la resistencia que pueda asociarse a una pérdida de aislamiento continuada.
- Se hayan modificado las condiciones iniciales una vez terminado el análisis, es decir, se detecten supuestas variaciones de tensión en el circuito objeto de análisis ajenas a la placa de prueba.
Si el análisis no resulta satisfactorio, y la causa del bloqueo puede ser transitoria, el equipo repite la prueba tras un período de reposo de 15 segundos hasta completar tres análisis. Si tras el tercer intento no se puede garantizar el correcto aislamiento, se produce el bloqueo del disyuntor extrarrápido.
Medida de la corriente de prueba durante una prueba de ensayo de línea:
Análisis de aislamiento en sentido inverso
Es el test que se hace cuando se quiere energizar la barra ómnibus con la tensión procedente de la S/E colateral a través del feeder.
Se procede como en el análisis en sentido directo, invirtiendo el orden de cierre de los contactores:
- Primero se activa la orden de cierre del contactor del lado sin tensión (C1 contactor de BO).
- Con la confirmación de cerrado, se cierra el contactor del lado con tensión (C2 contactor de feeder).
- Se inicia la fase de toma de muestras.
- Una vez finalizado el tiempo de lectura de datos, y si no se ha detectado motivo para abortar el análisis, se procede a la apertura del circuito de medida.
- Se libera la orden de cierre del contactor del lado de tensión más alta.
- Con la confirmación de abierto del contactor liberado, se desactiva la orden de cierre del otro contactor.
- Se comprueba que no haya tensión en la barra ómnibus, y sí en la salida de feeder, en un intervalo máximo de 2 segundos desde la confirmación de apertura del segundo contactor.
- Si durante el período de toma de muestras se ha alcanzado un número prefijado de muestras de la tensión de barra ómnibus por encima de Vmax (2400 V), se autoriza el cierre del extrarrápido.
La interpretación del procedimiento es la siguiente:
Se está chequeando el aislamiento de una zona protegida, no expuesta a la intemperie. Suponiendo que en nuestro feeder haya 4000 V (una medida superior anula el análisis), la intensidad que tendría que circular desde la barra ómnibus a tierra o al negativo es la provocada por una caída de tensión de 1600 V en los extremos de la resistencia de prueba.
ΔV = (VF – VBO)
Para 4kV en el feeder:
ΔV = (4000 – 2400) = 1600 V
IM = ΔV / Rprueba =1600 / 600 = 2,66 A
La resistencia que presentaría la barra ómnibus frente a negativo sería:
Rx = VF / IM = 2400 / 2,66 = 900 Ω
Considerando un valor de tensión en el feeder alto pero más próximo a lo que se puede encontrar en un feeder alimentado desde la colateral, los cálculos quedarían como sigue:
Considérense 3,3 kV
ΔV = (3300 – 2400) = 900 V
IM = ΔV / Rprueba =900 / 600 = 1,5 A
La resistencia que presentaría la barra ómnibus frente a negativo sería:
Rx = VF / IM = 2400 / 1,6 = 1600 Ω
Este valor mínimo de resistencia requerido está muy lejos del aislamiento típico de una barra ómnibus, que supera varios MΩ.
Diferencia de tensión
Es la comprobación que hace el analizador cuando en el momento de la solicitud de cierre del disyuntor extrarrápido, hay presencia de tensión en los dos extremos del disyuntor, es decir, en el feeder y en la barra ómnibus.
Esta circunstancia es común tras la realización de labores de mantenimiento en la celda o en el carro del feeder, y al volver a normalizar dicho feeder. También se puede observar tras un intento de cierre fallido (por análisis de aislamiento), normalización de la alimentación de dicho feeder desde la colateral, y nueva solicitud de cierre del disyuntor.
La condición de cierre en una prueba por diferencia de tensión consiste en que ambas tensiones estén por encima de VMAX, y que la diferencia calculada entre los dos extremos sea inferior al valor VDifT (750 V) durante un número de tomas consecutivas. Con ello se evita la aplicación de una subida brusca de tensión a unidades que se encuentren traccionando en el trayecto.
Circunstancialmente, existe la posibilidad de que durante la prueba por diferencia de tensión, la tensión en catenaria sea inferior a VMIN (2400 V). En este caso, no se calcula la direrencia, y se espera a que la tensión de feeder suba para iniciar el cálculo. Para evitar que esta situación se prolongue en el tiempo, se establece una finalización del ensayo por diferencia de tensión transcurridos 41(1) segundos desde la solicitud de cierre del disyuntor. También se aborta el análisis cuando se detecta ausencia de tensión en cualquiera de los extremos. El resultado es la activación del bloqueo, y la señalización de la diferencia de tensión.
(1) Este es el tiempo de vigilancia de la finalización de ensayo, calculado en función del tiempo de duración del análilsis de aislamiento, el número de ciclos a realizar, y en tiempo entre ensayos.
Otras funciones del analizador
Vigilancia de maniobra del seccionador de bypass
En el control de la maniobra de los seccionadores de un pórtico de feeders, se realizan los enclavamientos necesarios para asegurar que el seccionador de bypass no se maniobre con tensión. En uno de estos enclavamientos participa el analizador de catenaria.
Se aprovecha que, cuando el seccionador de salida de feeder está cerrado, la medida de tensión de feeder del analizador de catenaria indica la tensión a la salida del seccionador de bypass. La ausencia de tensión en la entrada de este seccionador, se garantiza cuando el resto de seccionadores a4 de los feeders de su misma barra están abiertos. Es así pues que el analizador da permiso de maniobra del a4 cuando el seccionador a3 está cerrado, y la medida de tensión determina ausencia de ésta.
Vigilancia de la tensión mínima con el extrarrápido cerrado
Cuando el disyuntor está cerrado, el analizador realiza una comprobación de la lectura de tensiones en feeder y barra ómnibus. En caso de que ambas caigan por debajo de Vdis (2400 V), se procede a emitir una orden de apertura del disyuntor extrarrápido por baja tensión. Este funcionamiento impide la posibilidad del cierre de un interruptor sobre cortocircuitos existentes en una línea desenergizada, por ejemplo, después de haberse realizado trabajos y la posterior conexión de un grupo rectificador sobre un feeder puesto a tierra.
Correlación de tensiones al cierre del extrarrápido
Tras la autorización de cierre del disyuntor extrarrápido, se comprueba la confirmación de dicho cierre a través de las medidas de tensión. La comprobación consiste en la medida de ambas tensiones por encima de UDIS (2400 V), y deja de tener efecto a los tres segundos del cierre. Una comprobación errónea conlleva al bloqueo del disyuntor.
