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