cap 02 esquemas-clase 2 guia

7/25/2019 Cap 02 Esquemas-clase 2 Guia

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INTRODUCCION A LAS SUBESTACIONES ELECTRICAS

CAPITULO II

ESQUEMAS DE LAS SUBESTACIONES

La conexin entre los elementos que integran la subestacin en un diagramaesquemtico, que une en forma simblica y a travs de un solo hilo todo el equipoprincipal de la instalacin (diagrama unifilar simple), permite observar su forma deoperacin y la de cada uno de los circuitos. El diseo de una subestacin elctrica seinicia con la seleccin del diagrama unifilar correspondiente, una vez se define lanecesidad de la subestacin con base en el estudio de las variaciones de carga de lazona y de la proyeccin futura a mediano o largo plazo. Existen varios esquemas o

configuraciones utilizados en subestaciones que varan dependiendo de diversosfactores como son:

Continuidad de servicio o confiabilidad del sistema Versatilidad de operacin o flexibilidad. Facilidad de mantenimiento de los equipos o seguridad. Cantidad y tamao de los equipos. rea del terreno disponible Costo.

Los factores anteriores, hacen imposible hablar de una normalizacin de las

configuraciones de subestaciones en el sentido estricto de la palabra, ya que cadasubestacin presenta caractersticas y condiciones especiales, que para susatisfaccin requieren en muchos casos alguna particularidad en la subestacin.

2.1 TIPOS DE ESQUEMAS

Bsicamente existen dos tendencias generales, la europea o de conexin de barrasy la americana o de conexin de interruptores.

Las configuraciones de conexin de interruptores, son aquellas en las cuales los

circuitos se conectan a las barras o entre ellas por medio de uno o ms interruptores.Las configuraciones de conexin de barras son aquellas en las cuales cada circuitotiene un interruptor, con la posibilidad de conectarse a una o ms barras por mediode seccionadores. Las configuraciones ms utilizadas en esta tendencia son para unnivel de tensin menor a 245 kV.

UNIVALLE Introduccin a las Subestaciones Cap II 1


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2.2 SECUENCIA DE OPERACIN

Normalmente se hace necesario, sacar de servicio alguna lnea que llega a lasubestacin, un barraje, un interruptor u otro elemento, para labores demantenimiento o para hacer una reparacion.

Estas maniobras de conexin y desconectan deben hacerse de modo que el servicio,sea interrumpido lo menos posible y teniendo en cuenta que los interruptores son losnicos que pueden abrir y cerrar bajo carga, lo cual no ocurre con los seccionadores.

A los pasos que se siguen para conectar o desconectar cualquier elemento de unasubestacin, se les llama secuencia de operacin.

La secuencia de operacin depende bsicamente de la configuracin de lasubestacin y de la maniobra que se realiza. Normalmente la secuencia va asociadacon la complejidad de la subestacin.

2.3 TIPOS DE ESQUEMAS Y SECUENCIAS DE OPERACIN

A continuacin se describen los diagramas unifilares de las configuraciones msutilizadas, siguiendo un orden creciente de complejidad con su respectiva secuenciade operacin.

Figura 2.1 Barraje sencillo o simple

2.3.1 Barraje sencil lo o simple.



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Es el ms simple de todos los esquemas ya que slo requiere de un interruptor y dosseccionadores para cada salida, es el ms econmico y su operacin es tambin lams sencilla, ver figura 2.1.

Se utiliza en subestaciones de pequea potencia, as como en plantas generadorasque no forman parte fundamental del suministro de energa al sistema.

Entre las ventajas que brinda este esquema se encuentran:

- Facilidad de instalacin operacin y mantenimiento.- Reduccin de inversin, empleando poco espacio, equipo y estructuras.- Su sistema de control y proteccin es muy simple.

Algunas desventajas son:

-

Falta de confiabilidad, seguridad y flexibilidad, ya que con cualquier avera en lasbarras se interrumpe totalmente el suministro de energa.- El mantenimiento en cualquier interruptor o seccionador ocasiona la salida del

circuito correspondiente.- La ampliacin de la subestacin conlleva siempre, el ponerla fuera de servicio

totalmente.

Secuencia de operacin:

Con referencia a la figura 2.1, y suponiendo que inicialmente todos los interruptores yseccionadores se encuentran cerrados a excepcin de los seccionadores de puesta

a tierra 1 y 9, se requiere hacer mantenimiento en el interruptor 7, entonces lasecuencia de operacin es la siguiente:

1. Abrir el interruptor 72. Abrir los seccionadores 6 y 83. Cerrar el seccionador de puesta a tierra 9

Para renovar servicio en la misma lnea:

1. Abrir el seccionador de puesta a tierra 92. Cerrar los seccionadores 6 y 8.

3. Cerrar en interruptor 7.2.3.2 Barraje sencil lo con divis in de barras.

Presenta la misma configuracin bsica que el barraje simple, un interruptor y dosseccionadores por salida, pero dividiendo el barraje principal con seccionadores ointerruptores, tal como puede apreciarse en la figura 2.2.



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Cada una de las partes en que se divide el barraje tiene de por s los mismosinconvenientes que se enumeran en el punto anterior. Adems presenta otrasventajas y desventajas tales como:

Figura 2.2 Barraje Sencillo con divisin de barras.

Ventajas:

- Se obtiene una mayor flexibilidad y confiabilidad que en el barraje sencillopermitiendo un servicio con mayor continuidad, as en caso de avera en barras,slo salen del sistema las partes del barraje que tienen que ver con la falla.

- Se facilitan las labores de mantenimiento y vigilancia.- En un momento dado el sistema puede ser alimentado por dos fuentes diferentes.

Desventajas:

- Una avera en el seccionador de barras pone fuera de servicio a varios circuitosdel barraje.

- La proteccin es ms compleja que en el caso anterior.


De acuerdo con la figura 2.2 y suponiendo que 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 14, 15 y16 estn cerrados, para sacar una lnea o un interruptor, se procede como en el casoanterior; si se requiere sacar de servicio la parte del barraje derecho entonces seprocede de la siguiente forma:



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1. Abrir los interruptores 7, 4 y 112. Abrir los seccionadores 5, 6, 8, 10 y 123. Cerrar los seccionadores de puesta a tierra 9 y 13.4. Abrir el seccionador de barras 14

Para restablecer el servicio:

1. Abrir los seccionadores de puesta a tierra 9 y 132. Cerrar los seccionadores 5, 6, 8, 10 y 123. Cerrar los interruptores 4, 7 y 11.4. Cerrar el seccionador de barras 14

2.3.3 Barraje simple con by-pass.

Consiste bsicamente en una disposicin como la del barraje simple, con la adicin

de seccionadores que conectan cada salida con la barra principal.

Figura 2.3 Barraje simple con by-pass.

Este montaje como puede verse en la figura 2.3 permite la reparacin omantenimiento de interruptores sin tener que sacar de servicio a la lneacorrespondiente. El mayor problema que presenta utilizar el seccionador de By-Pass,es que la salida no tiene proteccin y en caso de falla saca de servicio a todo elbarraje.



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Haciendo seguimiento a la figura 2.3 y partiendo con todos los interruptores y

seccionadores cerrados menos los seccionadores de by-pass y puesta a tierra (7, 17,11) ; para sacar de servicio una lnea, se procede igual que para el barraje simple.

Para sacar el interruptor 9 a manteniendo se procede de la siguiente manera:

1. Cerrar el seccionador de by-pass 72. Abrir el interruptor 93. Abrir los seccionadores 8 y 10

Nota: el seccionador de puesta a tierra (11) se cierra cuando se saca la lnea

Para restablecer el servicio a travs del interruptor 9:1. Cerrar los seccionadores 8 y 102. Cerrar el interruptor 93. Abrir el seccionador de by-pass 7

2.3.4 Barraje simple con by-pass de lnea.

Consiste en un barraje simple, adicionando un seccionador de by-pass entre dossalidas y otro para cada una de las salidas. Ver figura 2.4.

Esta configuracin permite la reparacin de interruptores sin tener que sacar deservicio a la lnea correspondiente, se mantiene el servicio y la proteccin a travsdel interruptor del circuito vecino, aumenta la confiabilidad y seguridad al sistema.



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Figura 2.4 Barraje Simple con by-pass de lnea.


De acuerdo a la figura 2.4 asumiendo que el barraje est energizado, losinterruptores 10 y 16 cerrados, los seccionadores 9, 11, 12 , 15, 17 y 18 cerrados ylos seccionadores 13 y 14 abiertos. Para sacar de servicio cualquier lnea seprocede igual forma que en el barraje simple teniendo en cuenta que hay que operarotro seccionador. Para sacar el interruptor 10 manteniendo el servicio se procedeas:

1. Cerrar el seccionador de by-pass de lnea 142. Abrir el interruptor 103. Abrir los seccionadores 9 y 11

Para restablecer el servicio a travs del interruptor 10:

1. Cerrar los seccionadores 9 y 112. Cerrar el interruptor 103. Abrir el seccionador de by-pass de lnea 14



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2.3.5 Barraje simple con transferencia.

Esta configuracin mostrada en la figura 2.5, consiste en un barraje simple al cual se

anexa una barra auxiliar y un interruptor de conexin de barras, se conserva en estaforma el servicio del campo respectivo durante mantenimiento o falla en uninterruptor y brindando adems la correspondiente proteccin, lo cual demuestra labuena confiabilidad y flexibilidad que esta configuracin presenta.

Figura 2.5 Barraje simple con transferencia.

Esta es una disposicin muy prctica para subestaciones con muchos interruptores yque requieren de constante mantenimiento. Su desventaja radica en el aumento delos costos debido a la mayor cantidad equipo, por la misma razn su operacin se

hace un poco ms difcil. Por otra parte una falla en el barraje principal saca deservicio toda la subestacin.


Con referencia en la figura 2.5 y suponiendo inicialmente 1, 2, 3, 5, 6, 7 cerrados; 4,9, 10, 11, 12, y por supuesto 8 abiertos. Si es necesario sacar de servicio una lnea,



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la secuencia de operacin es la misma que para el barraje simple. Si se realizamantenimiento en el interruptor 6 sin sacar la lnea la secuencia es:

1. Energizar el barraje de transferencia cerrando los seccionadores 10 y 12

y el interruptor 11 respectivamente.2. Cerrar el seccionador 93. Abrir el interruptor 64. Abrir los seccionadores 5 y 7

Nota: La lnea queda protegida por el interruptor 11.

Para restablecer el servicio del interruptor:

1. Cerrar los seccionadores 5 y 72. Cerrar el interruptor 6.3. Abrir el seccionador 94. Abrir el interruptor de transferencia 115. Abrir los seccionadores 10 y 12

2.3.6 Barraje doble.

Esta configuracin considera las dos barras como principales, es muy usada ensubestaciones que manejan gran potencia, donde es importante garantizarcontinuidad de servicio. Ver figura 2.6.

Se adapta muy bien a sistemas enmallados donde se requiere alta flexibilidad. Estesistema permite agrupar las salidas en uno de los barrajes para efectuarmantenimiento en el otro, sin suspender el servicio y por ello se usa en reas de altacontaminacin ambiental. Para el mantenimiento de interruptores es necesariosuspender el servicio de la respectiva salida.

Por lo general a esta configuracin no se le explota su flexibilidad pues se usa unade las barras como simple barra de reserva y/o de transferencia, no compensndoseas la alta inversin.

En su diseo es necesario considerar que las dos barras deben tener la capacidadtotal de la subestacin, lo mismo que el interruptor de acople, el cual hace parte delos barrajes.

En el montaje de un esquema de doble barraje, puede hacerse un arreglo distinto enla distribucin de los circuitos, a fin de lograr un mejor aprovechamiento del terreno,sin que esto altere el comportamiento normal de la configuracin; tal es el caso deldoble barraje en U, figura 2.7, donde uno de los barrajes adopta una forma curvaenfrentando un circuito con otro, y no extendido como en la forma convencional.



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Lnea 1

B2

B1

Lnea 2 Lnea 3 Lnea 5Lnea 4 Acople

2

3

4 5

1

8

7

6

12

11

9 10

Figura 2.6 Barraje doble


Con referencia en la figura 2.6 y suponiendo todos los elementos abiertos:

Para energizar B1 se requiere:

Cerrar 10 y 12Cerrar 11

Para energizar la lnea 1 se requiere:

Abrir 1Cerrar 2 y 5

Cerrar 3

Para hacer mantenimiento a B1 se procede:

Cerrar 6 y 8Cerrar 7Cerrar 4



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Abrir 5.

Si se quiere hacer mantenimiento al interruptor 3, se tiene que sacar de servicio lalnea 1.

Figura 2.7 Barraje doble en U.

2.3.7 Barraje doble con by-pass.

Consiste en un barraje doble, adicionando un seccionador de by-pass a cada una delas salidas y otro seccionador para cada interruptor. Ver figura 2.8.

Rene, pero no simultneamente, las caractersticas de las configuraciones barrajesimple con transferencia y barraje doble. Cuando se tienen circuitos conectados auna y otra barra no es posible hacer mantenimiento a interruptores sin suspender elservicio, pues para ello se necesitara que una de las barras estuvieracompletamente libre para usarla como barra de transferencia , no presentndose as!

conjuntamente las propiedades de flexibilidad y confiabilidad.Esta configuracin es la que requiere mayor nmero de equipo por campo, presentaas mismo posibilidad de operacin incorrecta durante las maniobras. En estaconfiguracin, como en doble barraje, comnmente se usa una de las barras comosimple barra de reserva y/o de transferencia.



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Figura 2.8 Barraje doble con by-pass.

El material adicional necesario para equivale aproximadamente al que se requerirapara agregar al doble barraje una barra de transferencia, la cual tiene mejor utilidad.


De acuerdo con la figura 2.8 y suponiendo 1, 2, 3, 5, 7, 12 y 13 cerrados y 4, 6, 8, 9,10, 11 y 14 abiertos. Para mantenimiento en 2 se hace lo siguiente:

Cerrar 9 y 10Cerrar 11Cerrar 6 y 4Abrir 5Abrir 2Abrir 1 y 3

Observar que el interruptor 11 queda como proteccin reemplazando al interruptor 2.

Para entrar de nuevo a servicio el interruptor 2 :

Cerrar 1 y 3



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Cerrar 2Abrir 4Cerrar 5Abrir 11,

Abrir 6, 9 y 10Para desenergizar el barraje 1 y pasar la carga al barraje 2:Cerrar 6 y 8Abrir 5 y 7

Tambin pueden trabajar los dos barrajes al tiempo.

2.3.8 Barraje doble con seccionador de transferencia.

Esta configuracin mostrada en la figura 2.9 es una variante de la configuracinanterior, pero utilizando un seccionador menos. Para lograr esta configuracin enforma prctica se requiere la utilizacin de seccionadores del tipo pantgrafo osemipantgrafo (en donde la conexin o desconexin se efecta verticalmente) enpor lo menos una de las conexiones a las barras. Tiene las mismas caractersticasdel barraje doble con by-pass.

Figura 2.9 Barraje doble con seccionador de transferencia


De acuerdo con la figura 2.9, se tiene que todos los interruptores 2 y 8 estn



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cerrados y los seccionadores 1, 4 y 9, 6 tambin estn cerrados. El acople debarras est abierto, por lo cual el barraje 2 est fro. Es necesario sacar al interruptor2 por mantenimiento. La secuencia de operacin es la siguiente:

1. Energizar el barraje 2, cerrando el interruptor 12 y los seccionadores 11 y 13.2. Cerrar el seccionador de transferencia 33. Abrir el interruptor 2 y los seccionadores 1y 4.

2.3.9 Barraje doble con transferencia.

Esta configuracin mostrada en la figura 2.10, consta de dos barras principales y unade transferencia, equivalente a conjugar la barra simple con transferencia y el doblebarraje, lo cual aumenta la confiabilidad y flexibilidad del sistema.

Figura 2.10 Barraje doble con transferencia.

Normalmente se usan dos interruptores para las funciones de acople y transferenciarespectivamente, pudindose as efectuar en forma simultnea ambas operaciones.Es una configuracin muy usada en subestaciones con voltajes de operacin muyelevados.



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Esta configuracin implica un requerimiento de espacio considerable ya que lassalidas no se pueden alinear en un mismo eje. Para su diseo se deben tener encuenta las estipulaciones del barraje simple con transferencia y del barraje doble.


Haciendo seguimiento a la figura 2.10 y suponiendo todos los elementos inicialmenteabiertos, energizar la salida de la lnea A empleando el barraje 2:

Cerrar 9 y 7Cerrar 8Cerrar 5 y 2Cerrar 3

Si se va efectuar mantenimiento en el barraje 2:

Cerrar 4 y 6Abrir 5 y 7

Para hacer mantenimiento en el interruptor 3, siguiendo en mantenimiento el barraje2, se requiere pasar la carga a la barra de transferencia, entonces:

Cerrar 10 y 13Cerrar 12Cerrar 1Abrir 3Abrir 2 y 5

Para retornar el servicio por el interruptor 3:

Cerrar 5 y 2Cerrar 3Abrir 12Abrir 10, 13 y 1

2.3.10 Juego de barras trip le.

Tal como se aprecia en la figura 2.11, consiste de tres barras principales unidas

mediante seccionadores de modo similar al del barraje doble, utilizando tresseccionadores por salida.



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Figura 2.11 Barraje triple

Es un esquema muy utilizado en lugares donde el nivel de cortocircuito es alto, lastres barras permiten disminuir la magnitud de la corriente sin tener que cambiar los

interruptores por otros de mayor capacidad de corto.

Ofrece las mismas ventajas de continuidad de servicio que el doble barraje, teniendoque desconectar la salida correspondiente al interruptor al que se requiere darmantenimiento, pero a la vez ofrece mayor confiabilidad en lo que a falla en lasbarras se refiere, debido al barraje adicional. Su costo se incrementa respecto alanterior por los seccionadores y el barraje adicional.


De acuerdo a la figura 2.11 y suponiendo que inicialmente se hallan 1, 2, 3, 6 y 9

cerrados y 4, 5, 7, 8, 10, 11, 12, 13 y 14 abiertos. Para efectuar mantenimiento en elbarraje 1, con el barraje 2 energizado:


Otra posibilidad estando energizado el barraje 3 es:



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Si quiere alimentar dos circuitos del mismo transformador se conectan los barrajes a

travs de 10, 11, 12, 13 y 14, segn el caso para que quede con la proteccin delinterruptor 14.

Para realizar mantenimiento en un interruptor de entrada y salida necesariamentehay que suspender el servicio de esa lnea.

2.3.11 Barraje en anil lo.

Este esquema representado en la figura 2.12, es similar a uno sencillo unido por susextremos e introduciendo un seccionador de barras entre cada salida; presentaventajas con respecto al sencillo ya que un circuito puede ser alimentado por dos

lados diferentes, con lo cual se mejora la continuidad en el servicio, resultando unaconfiguracin segura y confiable.

Una de sus desventajas es que presenta un mayor nmero de seccionadores,aumentando costos de instalacin y trabajo de mantenimiento, tambin presentainconvenientes para futuras expansiones. En caso de falla en las barras se disparantodos los interruptores, sacando de servicio el sistema momentneamente mientrasse asla la seccin de barra afectada, lo que hace que sea una configuracin pocoflexible.

Figura 2.12 Barraje en anillo.



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Para efectos de distribucin de corrientes deben alternarse los circuitos de carga conlas alimentaciones.


Con referencia en la figura 2.12 y suponiendo cerrados 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11,12, 13, y abiertos 14, 15, 16.

Para mantenimiento en el interruptor 2, se deben sacar de servicio de la lnea A:

Abrir 2Abrir 1 y 3

Si adems se requiere sacar la parte del barraje que corresponde a la lnea A,entonces despus del paso anterior:

Abrir 4 y 5

Para dar servicio nuevamente por la lnea A:

Cerrar 4, 5, 1 y 3Cerrar 2

2.3.12 Barraje en malla.

Su configuracin mostrada en la figura 2.13, es aparentemente similar al esquemaanterior; bsicamente consiste en formar una malla en los barrajes, separando cada

salida por un interruptor y dos seccionadores de modo que se requiere un interruptorpor cada salida.

Por la disposicin fsica de los aparatos, para sacar una lnea de servicio se tieneque abrir dos interruptores, perdindose la continuidad de la malla y el propsito delsistema, por ello se instala un seccionador en cada salida, para aislar la lnea yvolver a la condicin de enmallado.

La salida de dos interruptores hace ms dispendiosa la conexin de las proteccionesya que un interruptor sirve a dos lneas al tiempo. Con esta configuracin se puedehacer mantenimiento en cualquier interruptor sin perder la continuidad del servicio en

las salidas, aunque en ese periodo no se tienen las mejores garantas.



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Figura 2.13 Barraje en malla


Segn lo indicado en la figura 2.13 y suponiendo inicialmente energizados todos loscircuitos y cerrados todos los interruptores y seccionadores del 1 al 16.

Si desea sacar la lnea A:

Abrir 3 y 7Abrir 4 y 8Abrir 1Cerrar 4 y 8Cerrar 3 y 7

Para mantenimiento en el interruptor 7:

Abrir 7Abrir 8 y 6

2.3.13 Interruptor y medio.

Su nombre se debe a que por cada dos salidas se emplean tres interruptores,correspondiendo a cada una, un interruptor y medio, ver figura 2.14.



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Figura 2.14 Interruptor y medio

Esta configuracin presenta gran confiabilidad y seguridad en su operacin, es

apropiada para subestaciones de gran importancia; presenta las ventajas del sistemaen anillo y el de barraje doble. Este montaje permite efectuar labores demantenimiento en cualquier interruptor sin tener que sacar de servicio algn circuito,tambin facilita cualquier tipo de ampliacin. Por el mayor nmero de interruptores, elsistema de control y proteccin se hace ms complicado; los costos tambin sonms elevados.

En condiciones normales todos los interruptores estn cerrados, en caso de falla enun barraje la proteccin diferencial desconecta todos los interruptores conectados aese barraje, sin dejar fuera de servicio ninguna lnea ni el transformador.


De acuerdo con la figura 2.14 y suponiendo que se va a dar servicio a las lneas A, By C, con el barraje 1 ya energizado mediante 10, 11 y 12:

Cerrar 1 y 3Cerrar 2Cerrar 4 y 6



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Cerrar 5Cerrar 13 y 15Cerrar 14

Si en las anteriores condiciones se requiere sacar el barraje 1 o hacer mantenimientoen el interruptor 2 entonces:

Cerrar 16 y 18Cerrar 7 y 9Cerrar 17Cerrar 8Abrir 2 y 11Abrir 1, 3, 10 y 12

Si a partir de las condiciones iniciales se quiere hacer mantenimiento en el interruptor5:

Cerrar 16 y 18Cerrar 17Cerrar 7 y 9Cerrar 8Abrir 5Abrir 4 y 6

2.3.14 Doble interruptor.

Este es el esquema ms confiable y seguro de todos, supera incluso algunas

pequeas dificultades del interruptor y medio, pero todo a cambio de su mayor costo.La falla en un interruptor o en un barraje no afecta el funcionamiento de los circuitosasociados ya que se realiza la transferencia automtica hacia el barraje sano. Suesquema se presenta en la figura 2.15.

Todas las configuraciones permiten algunas variantes entre las cuales se puedenmencionar la particin de una de las barras mediante interruptor o seccionador, lautilizacin de interruptores de acople en una o ambas mitades de la barraseccionada, etc., pero esto hace la subestacin ms costosa y ms complicada ensu operacin.



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Lnea B

Lnea A

Lnea D

Lnea C Lnea E

345

678

1

2

B1

B2

9

1314

12

1110

2122

1819

20

15

16

17

Figura 2.15 Doble interruptor


Con referencia en la figura 2.15 y para energizar la lnea A, suponiendo cerrados 17,18 y 19 y los dems abiertos:

Abrir el seccionador 1, cerrar los seccionadores 2, 3 y 5Cerrar el interruptor 4.

Para desenergizar la lnea A:

Abrir 4Abrir 3, 5 y 2Cerrar 1.

De igual forma se puede energizar mediante el barraje 2. Si se requiere darmantenimiento a un interruptor, sencillamente se toma alimentacin del otro barraje,igual sucede cuando se tiene que desenergizar un barraje.

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