Diseño de Instalaciones Electromecánicas de Maniobra y Distribución
Introducción
El diseño de las instalaciones electromecánicas destinadas a plantas de transmisión o distribución de energía, tanto sea en empresas de servicio como industriales, requiere contemplar diversos aspectos relacionados con el tipo de tecnología que se utilice, las características del lugar seleccionado para la instalación, los requerimientos de servicio definidos por las cargas alimentadas, etc.
De esta forma es posible una adecuada selección de los equipamientos de maniobra, protección y control, para obtener un resultado final adecuado en los aspectos de seguridad de servicio y de economía.
Cuando se elige una instalación en aire, tanto sea en interior o intemperie, uno de los aspectos que deben observarse con cuidado se refiere al dimensionamiento de los conductores que vinculan los diferentes equipos de maniobra.
Cuando se pretende instalar gran cantidad de equipos en un área reducida, como es el caso de las estaciones de maniobra o de transformación, usualmente se eligen barras rígidas montadas sobre aisladores soporte.
Puesto que en general estas instalaciones deben ser diseñadas siguiendo requerimientos del cliente, los que generalmente están condicionados por diversas restricciones del entorno, muchas veces resulta en una instalación especial para cada caso, por lo que es necesario verificar las condiciones de funcionamiento individualmente.
El diseño de la instalación debe hacerse contemplando las solicitaciones que sobre la aislación hace la tensión de régimen permanente y los eventuales transitorios, y, por otro lado, las solicitaciones causadas por la corriente En lo que se refiere a este aspecto, el fenómeno que debe ser tenido en cuenta en régimen permanente se reduce al efecto térmico de la corriente de carga, es decir la sobreelevación de temperatura sobre el ambiente por el efecto Joule.
Los conductores deben dimensionarse de manera de que no alcancen temperaturas inadmisibles que afecten la resistencia mecánica de los materiales utilizados, como así también las características operativas de otros componentes de la instalación que estén en contacto con la barra, como pueden ser los aisladores soporte, los cables de interconexión, equipos de maniobra o de medición, etc.
Por otro lado, ante la ocurrencia de fallas dentro o fuera de la instalación que provoquen la circulación de corrientes de cortocircuito por los conductores objeto del diseño, deben evaluarse los efectos térmicos y mecánicos del fenómeno.
Si bien el cortocircuito es un evento de ocurrencia muy poco frecuente y de corta duración, las solicitaciones sobre la instalación son verdaderamente exigentes a raíz de que la corriente circulante suele ser varias veces superior a la de régimen permanente.
En consecuencia, todo buen diseño de instalaciones electromecánicas de distribución de energía debe considerar el cálculo conducente a determinar los valores de las magnitudes eléctricas que se establecen en el sistema en condiciones de falla, lo que permite efectuar el adecuado ajuste del sistema de protecciones, y la verificación dimensional de la instalación frente a las siguientes solicitaciones:
- Aislación frente a tensión de régimen permanente
- Aislación frente a sobretensiones transitorias
- Efecto térmico en los conductores por causa de la corriente de régimen permanente
- Efecto térmico en los conductores en condiciones de cortocircuito
- Esfuerzos mecánicos por causa de la corriente de cortocircuito
Por consiguiente, el diseño de una instalación adecuada a los requerimientos particulares de cada caso, consiste necesariamente en la verificación sucesiva de las configuraciones propuestas,
De esta forma es posible obtener el mejor diseño, definiendo la forma de instalación, los soportes de conductores, las secciones más adecuadas de los mismos, la forma de la sección, las coberturas superficiales de los conductores, la eventual conveniencia de dividir los conductores, o cualquier otra particularidad que conduce a la obtención de la solución óptima para cada situación, en los aspectos técnico y económico
Las solicitaciones sobre la aislación pueden plantear alguna complicación desde el punto de vista del cálculo eléctrico, para poder seleccionar los elementos adecuados.
En lo que se refiere a los efectos de la corriente, una vez concluido el cálculo eléctrico, comienza otra etapa de diseño en donde se contemplan los aspectos térmico y mecánico.
En hemos desarrollado una metodología de cálculo de barras conductoras instaladas en aire, para contemplar los efectos que se describieron con anterioridad.
El cálculo se ha planteado siguiendo los criterios de la norma VDE 0103, DIN 57103 e IRAM 2358, para verificar el comportamiento de la barra desde el punto de vista térmico en régimen permanente y transitorio, y mecánico considerando esfuerzos impulsivos y vibratorios durante el cortocircuito. En sucesivas entregas se describirán las características fundamentales de este criterio de diseño.
