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la empresa cuenta con una serie de equipos de protección electrónicos instalados en la subestación, hay ocasiones en la que se dañan los equipos de protección interrumpiendo así el servicio eléctrico permanentemente, Los equipos que se ven más afectados son los Reconectadores Automáticos Tipo GVR -15.5 KV. Para dar una solución a la problemática que se viene presentando en el equipo antes mencionado, se plantean la estructura del presente trabajo de la siguiente manera:Inspeccionar la caja de control y relé de protección Panacea plus en busca de averías en las diferentes placas y dispositivos electrónicos que lo integra.Diseñar una ventilación forzada, que comprende el diagnostico de la situación actual de los relés, determinación de las variables, se desglosa bases teóricas, funcionamiento de los dispositivos, posterior a selección de componentes y realización del diseño tomando en cuenta la factibilidad del diseño costo beneficio.
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INFORME DE PASANTIA
DISEÑO DE UN SISTEMA DE VENTILACIÓN FORZADA PARA LOS RELÉ
PANACEA M5 Y M9
Autor: T.S.U. Lisbeth Tovar
Tutor Empresarial: Ing. Rubén Hernández
Maracay, Noviembre 2.013.
INTRODUCCIÓN
El desarrollo en el área industrial, sus aplicaciones al control automático son de suma
importancia ya que los procesos se pueden optimizar ganando así efectividad y eficiencia en
función de la productividad , calidad y seguridad, debido a los constantes cambios ambientales,
atmosféricos a nivel global el sector industrial se ha visto obligado a realizar inversiones
tecnológicas para mejorar sus procesos de control, además de examinar las variables de un
sistema como por ejemplo la temperatura que debe ser adecuada para el buen funcionamiento
de sistemas electrónicos y así minimice el riesgo de daños en componentes, corto circuitos en
fin daño general de un sistema.
De acuerdo a lo antes expuesto CORPOELEC cuenta con instrumentos de tecnología en
los sistemas de distribución, representan una parte fundamental de las redes que llevan la
energía eléctrica desde las centrales generadoras hasta los sitios de consumo, en consecuencia,
es de gran importancia mantener en niveles altos los parámetros de fiabilidad y continuidad del
servicio eléctrico. Aun así, los sistemas de distribución nunca están exentos de fallas que
pueden ocurrir en cualquier momento, teniendo como consecuencia la interrupción del servicio
eléctrico, al presentarse una falla de gran magnitud en Subestaciones no Atendidas, la empresa
cuenta con una serie de equipos de protección electrónicos instalados en la subestación, hay
ocasiones en la que se dañan los equipos de protección interrumpiendo así el servicio eléctrico
permanentemente, Los equipos que se ven más afectados son los Reconectadores Automáticos
Tipo GVR -15.5 KV. Para dar una solución a la problemática que se viene presentando en el
equipo antes mencionado, se plantean la estructura del presente trabajo de la siguiente manera:
Inspeccionar la caja de control y relé de protección Panacea plus en busca de averías en
las diferentes placas y dispositivos electrónicos que lo integra.
Diseñar una ventilación forzada, que comprende el diagnostico de la situación actual de
los relés, determinación de las variables, se desglosa bases teóricas, funcionamiento de los
dispositivos, posterior a selección de componentes y realización del diseño tomando en cuenta
la factibilidad del diseño costo beneficio.
CAPÍTULO I
Contextualización del Problema
Al presentarse una falla de gran magnitud en una Subestaciones No Atendidas, la
empresa cuenta con una serie de equipos de protección electrónicos instalados en la
subestación, hay ocasiones en la que se dañan los equipos de protección interrumpiendo así el
servicio eléctrico permanentemente, los equipos que se ven más afectados son los
Reconectadores Automáticos Tipo GVR -15.5 KV.
Un reconectador es un equipo diseñado para abrir o cerrar un circuito eléctrico bajo
condiciones generales de funcionamiento o de falla y realiza la reconexión automática del
circuito, pues si la falla es permanente el circuito queda abierto después de un ciclo de
operaciones que ya están preestablecidos dentro de la configuración del Relé.
La falla común y predominante se encuentra en la fuente de poder del relé panacea plus
modelo M5 y M9 los cuales presentan mal funcionamiento tanto por su capacidad máxima de
temperatura operativa por el medio en que se encuentran expuestos estos equipos, como por el
vateaje en sus componentes y mal sistema de disipación de calor en la circuitería, es por ello la
implementación de un sistema de ventilación forzada para brindar la posible solución a esta
problemática.
Inspeccionar la caja de control y relé de protección Panacea plus en busca de averías en
las diferentes placas y dispositivos electrónicos que lo integra.
Analizar la factibilidad técnica y económica para el diseño, reparación o reemplazo de
componentes en la fuente de poder del relé Panacea plus, manteniendo el mismo grado de
operatividad y eficiencia.
Diseño e instalación de un sistema de ventilación forzada para los relé panacea plus M5 y
M9.
CAPÍTULO II
BASES TEORICAS
A continuación y como parte de la investigación para el presente trabajo se recopilan los
siguientes conceptos y proposiciones, con la finalidad es dar a conocer la investigación un
sistema coordinado y coherente que permita abordar el problema, mediante la estructura sobre
la cual se diseña el estudio, denotando los elementos que se toman en cuenta.
RELE PANACEA PLUS
El relé Panacea Plus es un equipo desarrollado para cumplir funciones de protección,
medición y control, que atiende necesidades específicas a través de la implementación de
ecuaciones lógicas sobre entradas y salidas de uso general y con un editor de parámetros del
usuario. Como recurso adicional, el relé Panacea Plus permite la medición de los parámetros
DES y FES acumulados mensualmente, contando las interrupciones en el suministro de energía
de acuerdo con la legislación específica pertinente al sector eléctrico de cada país. El Panacea
Plus permite al usuario definir hasta tres grupos diferentes de ajustes, siendo uno de ellos
destinado para el ajuste de Línea Viva.
Figura 1. Relé Panacea plus, vista frontal
RECONECTADOR GVR
El reconectador GVR comprende un interruptor al vacío y un mecanismo actuador
incorporado dentro de un tanque de aluminio sellado. El tanque se llena con gas SF6 a baja
presión, cuya finalidad es proporcionar aislamiento y un entorno controlado para los
componentes eléctricos y mecánicos. Todas las operaciones de apertura y cierre se realizan en
el interior de los interruptores en vacío. En consecuencia, no se generarán productos de
descomposición normalmente asociados con la formación de arco en el gas SF6. El interruptor
comprende un soporte moldeado sobre el cual se montan las botellas de vacío o interruptores y
los resortes. En un extremo del molde se encuentran puntos de pivote para el brazo de mando
trifásico y éste, a su vez, se encuentra conectado al actuador magnético ubicado en la cara
inferior del molde. Seis bujes moldeados en E.P.D.M. están montados sobre el tanque.
Internamente tres transformadores de corriente para fines de protección y medición de
corriente están fijados a la base de tres de estos bujes. Estos transformadores son conectados al
relé (PANACEA Plus) en el gabinete de control a través del cable umbilical. Todas las
funciones de control eléctrico y monitoreo son realizadas vía cable umbilical conectado por
medio de un conector pasa-muro (Bulkhead Socket) a un lado del tanque proporcionando una
interfaz eléctrica hermética al gas. La palanca manual de disparo y bloqueo está ubicada en la
cara inferior del tanque. Se proporciona un visor para el indicador de posición “ON - OFF”
Figura 2. Reconectador GVR
MANUAL DE PROCEDIMIENTO PARA EL MANTENIMIENTO, REVISIÓN Y
CHEQUEO DEL RELÉ PANACEA
Es el conjunto de técnicas y sistemas que permiten prever las averías, efectuar revisiones,
engrases y reparaciones eficaces, dando a la vez normas de buen funcionamiento a los
operadores de las máquinas, a sus usuarios, contribuyendo a los beneficios de la empresa.
MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Es la programación de inspecciones, tanto de funcionamiento como de seguridad, ajustes,
reparaciones, análisis, limpieza, lubricación, calibración, que deben llevarse a cabo en forma
periódica en base a un plan establecido y no a una demanda del operario o usuario.
MANTENIMIENTO CORRECTIVO
Es la acción de carácter puntual a raíz del uso, agotamiento de la vida útil u otros factores
externos, de componentes, partes, piezas, materiales y en general, de elementos que
constituyen la infraestructura o planta física, permitiendo su recuperación, restauración o
renovación, sin agregarle valor al establecimiento. Es la actividad humana desarrollada en los
recursos físicos de una empresa, cuando a consecuencia de una falla han dejado de
proporcionar la calidad de servicio esperada.
FALLAS MÁS COMUNES DEL RELÉ PANACEA PLUS
La falla más encontrada en este tipo de sistema en los equipos revisados de 38 KV y los
equipos de 15 KV, fue la fuente de alimentación, en la cual se le realizó un análisis y estudio
que se logro observar los siguientes elementos o componentes dañados: (Ver figura 4 y 5).
- Condensadores abombados (Implica mala filtración de una señal).
- Soldaduras frías en los conectores de alimentación.
- Transformador quemado.
- Puente rectificador quemado.
- Diodos en corto.
- Resistencia quemada.
- Circuito Integrado TOP104YN quemado.
A continuación se mostraran unas series de imágenes donde se puede observar el estado
actual de los componentes en mal estado de las fuentes de poder de los relés panacea M5 y M9
Figura 3. Chequeo de la fuente Dañada
Figura 4. Chequeo de la fuente Dañada
Figura 5. Chequeo de la fuente Dañada, Circuito Integrado Quemado.
Figura 6. Caja de control del Relé Panacea M5.
TEMPERATURA POR SUB ESTACIONES
SUBESTACIONES HORAS TEMPERATURAS
Pedregal 12:00pm 47 C
Independencia 12:30pm 46 C
Los tanques 2:30pm 45 C
En la tabla que se observó anteriormente se pudo notar que las subestaciones en las
cuales fue sensada la temperatura de los relés panacea plus M5 y M 9, los cuales se reflejo que
en la sub estación pedregal adquirió una temperatura elevada llegando a los 47 grados
centígrados y en la subestación independencia y los tanques la temperatura llego a 45 y 46
grados respectivamente, como se conoce la temperatura es una variable que actúa lentamente
es por ello, la importancia de que estos relés permanezcan en un ambiente optimo ventilado
para su perfecto funcionamiento y resguardar preventivamente todos sus componentes
electrónicos, evitando daños irremediables tomando en consideración que el integrado
TOP104YN no se encuentran en el país y es por ello optar por la exportación del mismo
directamente con el fabricante complicando así la reparación de la fuente de poder de los relé
panacea plus.
POSIBLES SOLUCIONES
- Reemplazar la fuente de alimentación
- Mejorar el diseño de la fuente de alimentación del relé panacea e implementar
componentes de mayor potencia para así lograr un mejor desempeño y tolerancia en
temperatura nominal, de trabajo y ambiental.
- Colocar disipadores de calor a los transistores de la fuente ya que estos alcanzan altas
temperaturas y por ello ocasione un corto o daño en el componente específicamente el
integrado TOP104YN. .
- Implementar ventilación forzada a los relés panacea para así minimizar riesgos de
deterioro en el equipo, deficiencia de la calidad del sistema y en consecuencia cortocircuitos.
CAPÍTULO III
En este capítulo llevaremos a cabo el estudio de los componentes y elementos para la
realización del diseño, es importante hacer una breve descripción y conceptos que serán de
mucha utilidad para entender el correcto funcionamiento del mismo.
FAN COOLER
Ventilador que se utiliza en los gabinetes de computadoras y otros dispositivos
electrónicos para refrigerarlos, Por lo general el aire caliente es sacado desde el interior del
dispositivo con los coolers. Se utilizan especialmente en las fuentes de energía, generalmente
en la parte trasera del gabinete de la computadora. Actualmente también se incluyen coolers
adicionales para el microprocesador y placas que pueden sobrecalentarse. Incluso a veces son
usados en distintas partes del gabinete para una refrigeración general.
Actualmente también las computadoras incluyen detección y aviso de funcionamiento de
coolers. Antiguamente podían estropearse y dejar de funcionar sin que el usuario lo note,
ocasionando que la computadora aumente su temperatura y produciendo errores de todo tipo
los coolers nunca deben ser obstruidos pon ningún objeto, pues esto puede causar un
sobrecalentamiento en el sistema.
SENSOR LM35
El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Su rango de
medición abarca desde -55°C hasta 150°C. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale
a 10mV, por lo tanto:
150ºC = 1500mV
-55ºC = -550mV1
Sus características más relevantes son:
Está calibrado directamente en grados Celsius.
La tensión de salida es proporcional a la temperatura.
Tiene una precisión garantizada de 0.5°C a 25°C.
Opera entre 4 y 30 voltios de alimentación.
Baja impedancia de salida.
Baja corriente de alimentación (60uA).
Bajo costo.
Figura 7. Características del sensor L M 35.
AMPLIFICADOR OPERACIONAL CUÁDRUPLE DE BAJA POTENCIA
LM324
El LM324 está compuesto por cuatro amplificadores operacionales de alta
ganancia, diseñados para trabajar con fuente de alimentación simple. Sin embargo, también son
capaces de funcionar con una fuente de alimentación doble.
Se puede utilizar para aplicaciones tales como: Bloques de ganancia DC,
amplificadores y en cualquier circuito típico con amplificadores operacionales. Los cuales
ahora son más sencillos de implementar utilizando alimentación simple. Por ejemplo, el
LM324 puede funcionar directamente a la tensión de 5V, tensión utilizada habitualmente en
electrónica digital, sin necesidad de implementar otra fuente de alimentación doble de +/-
15Vdc.
TIPOS DE VENTILACIÓN
Puede definirse la Ventilación como aquella técnica que permite sustituir el aire ambiente
interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada
o humedad excesiva, por otro exterior de mejores características. El control del calor que
producen, a la vez que les proporciona condiciones de confort afectando a la temperatura del
aire, su humedad, la velocidad del mismo y la dilución de olores indeseables.
Ventilación por Sobrepresión:
Se obtiene insuflando aire a un local, poniéndole en sobre-presión interior respecto a la
presión atmosférica. El aire fluye entonces hacia el exterior por las aberturas dispuestas para
ello. A su paso el aire barre los contaminantes interiores y deja el local lleno del aire puro
exterior.
Figura 8 Ventilaciones por sobrepresión
Ventilación por Depresión:
Se logra colocando el ventilador extrayendo el aire del local, lo que provoca que éste
quede en depresión respecto de la presión atmosférica. El aire penetra desde fuera por la
abertura adecuada, efectuando una ventilación de iguales efectos que la anterior.
Figura 9 Ventilación por depresión
Ventilación Ambiental o General:
El aire que entra en el local se difunde por todo el espacio interior antes de alcanzar la
salida. Es el caso de las Figuras 1 a 3. Este tipo de ventilación tiene el inconveniente de que, de
existir un foco contaminante concreto, como es el caso de cubas industriales con
desprendimientos de gases y vapores molestos o tóxicos, el aire de una ventilación general
esparce el contamínate por todo el local antes de ser captado hacia la salida
Ventilación Localizada:
En esta forma de ventilación el aire contaminado es captado en el mismo lugar que se
produce evitando su difusión por todo el local. Se logra a base de una campana que abrace lo
más estrechamente posible el foco de polución y que conduzca directamente al exterior el aire
captado.
Figura 10 Ventilación localizada
Ventilación Mecánica Controlada:
Conocida por sus siglas V.M.C. es un sistema peculiar que se utiliza para controlar el
ambiente de toda una vivienda, local comercial e incluso un edificio de pisos, permitiendo
introducir recursos para el ahorro de energía.
PROPUESTA DE SISTEMA DE VENTILACIÓN FORZADA PARA LOS RELE
PANACEA M5
En esta fase se procede a seleccionar el instrumento de medición que sensara la
temperatura interna del sistema en funcionamiento a su vez todos los elementos que se
requieren para la realización de la ventilación que se le adaptara a la caja de control, y en
consecuencia este mandara una señal la cual se activara el relé que mandara a encender el
elemento final de controles decir el fan cooler que extraerá el calor ocasionado y alojado en la
caja de control, tanto como por el calor del ambiente como por el circuito, se realizó un
análisis sobre qué tipo de ventilación forzada se adecua para estos relés, pues se determino la
ventilación por depresión que no es más que extraer el aire de un recinto, lo que provoca que
éste quede en depresión respecto a la presión atmosférica. El aire penetra desde fuera por la
abertura adecuada, efectuando una ventilación de iguales efectos.
También se procedió a inspeccionar donde se colocara el extractor y en conjunto el
sensor y los demás compuestos para la ventilación forzada, tomando en consideración el diseño
de la caja de control y su sistema de alimentación.
Figura 11 Esquema de ubicación del fan Cooler en la caja de control del Relé Panacea M5.
Ubicación del fan cooler
DIAGRAMA DE FLUJO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN FORZADA
NO
SI
NO
SI
INICIO
SENSAR TEMPERATURA
LLEGO AL
NIVEL
ALTO
ARRANCAR MOTOR
LLEGO AL
NIVEL
BAJO
APAGAR MOTOR
DIAGRAMA ELÉCTRICO DE CONTROL VENTILACIÓN FORZADA
Explicación del Diagrama Eléctrico
En el diagrama eléctrico se muestra la simulación en proteus y las condiciones como se
conectan en el amplificador operacional LM 324 que funciona como comparador a las
entradas del sensor LM35, las salidas del amplificador pin 1 y pin 7 van conectadas a un flip
flop 7474 que hace la función de una memoria manteniéndose en un estado fijo hasta que se
resetea y entra en otro estado es decir 1 o 0, conectado a un opto acoplador que se encarga de
separar dos etapas del circuito y así no se vea afectado la parte de control con la etapa de
potencia.
Posteriormente se conecta a la base de un transistor que se utiliza como conmutador y
este, cuando se satura pasa la señal para encender el fan cooler a su vez está en para lelo con un
Led indicador de encendido del extractor, la fuente de alimentación viene dada por
transformador de voltaje variable, trabajando con 12Vdc de entrada a un regulador 7805 que
filtra 5Vdc para alimentar los circuitos integrados.
La calibración del instrumento de medición se hace a través de unos potenciómetros, la
temperatura de disparo o la temperatura en que se desea que encienda y apague el fan cooler
se gradúa a través de las resistencias variables que están ubicada en el pin 3 y pin 6, en el pin 2
se puede medir la temperatura ambiental que esta sensando el lm35 y en el pin 3 cuando este
encenderá el extractor, la del 6 en la cual apagara. Este sistema de ventilación utilizando los
componentes electrónicos antes mencionados tiene aproximadamente cuatro grados de
histéresis pero es ajustable para afinación y precisión.
Diseño final de ventilación forzada para relé panacea plus M5 y M9
Conclusión
Con la introducción de los instrumentos de avanzada tecnología en la industria se
garantiza la calidad del producto así como la vida útil de los equipos y elementos usados dentro
de los procesos ya que estos se mantienen monitoreados constantemente detectando de manera
casi instantánea cualquier eventualidad no deseada en su funcionamiento. Una vez culminado
el desarrollo de la propuesta logrando los objetivos planteados, se llego a comprender en
detalle el funcionamiento del los Reconectadores Automáticos Tipo GVR -15.5 KV que
comprende de un relé panacea plus, logrando satisfactoriamente de esta manera la ventilación
de la caja de control logrando así estabilizar la temperatura de trabajo que permite un mejor
funcionamiento en todo el sistema evitando a su vez daños en los componentes internos del
relé, y lo que se traduce en una oportunidad de crecimiento tanto personal como
profesionalmente.
Con el estudio del diagnostico de la situación actual de la caja de control, se identificaron
las variables, se seleccionaron los elementos, componentes y equipos a utilizar para la
elaboración de la ventilación forzada, observando en el tiempo el desarrollo progresivo de las
diferentes etapas superadas.
A través del diagnostico de la situación actual, mediante la observación directa y
entrevistas no estructuradas se familiarizo con el reconectador y la caja de control que
comprende de un relé que ha venido presentando fallas por sobrecalentamiento, no se contaba
con ventilación forzada ni alarmas lo que ocasionaba daños en la fuente de poder de dicho
equipo. Mediante el desarrollo de las diferentes etapas se pudo contar con soluciones
eficientes, efectivas y viables, dando como resultados mejoras especificas mediante la
adaptación de los elementos y componentes electrónicos, garantizando de esta manera el buen
funcionamiento del equipo el cual presenta mayor seguridad y confiabilidad.
Cabe destacar que las ocho semanas de pasantías estuvieron llenas de muchos
conocimientos y experiencias incomparables ya que el campo laboral es de suma importancia y
de aprendizajes empíricos e irrepetibles lo cual son de mucha utilidad para el nuevo profesional