Cuchilla de puesta a tierra: clases E0, E1, E2 y enclavamientos

Qué es y dónde se ubica

La cuchilla de puesta a tierra, llamada en la norma seccionador de puesta a tierra, es un aparato mecánico que une a tierra los conductores de un tramo del circuito. No sirve para despejar fallas: se cierra después de abrir el interruptor y los seccionadores, para que una tensión que reaparezca por error, o la inducida por otra línea, se descargue a tierra y no a través de las personas.

En una bahía al aire libre suele ir montada sobre el propio seccionador, del lado de la línea o del equipo, con un brazo que gira hasta un contacto fijo en el terminal; también existe como equipo independiente. En celdas de media tensión está en el compartimento de cables, y en las RMU y GIS forma parte del seccionador de tres posiciones. Su norma es IEC 62271-102, y en celdas bajo envolvente metálica se suman los requisitos de IEC 62271-200. Las guías del seccionador de alta tensión y de las celdas de media tensión describen el equipo completo.

Partes

• Brazo o cuchilla móvil, con su contacto, que en los diseños al aire suele llevar contrapeso para equilibrar el giro.
• Contacto fijo en el terminal del seccionador o en la barra del tramo.
• Conexión flexible o trenza entre la parte móvil y la estructura, y conductor hasta la malla de tierra.
• Mando propio, manual o motorizado, con contactos auxiliares; el mando motorizado del seccionador se explica aparte.
• Enclavamiento mecánico con el seccionador y previsión para candado.

Cómo funciona

Cerrar la cuchilla es la última maniobra del aislamiento de un tramo. La secuencia es siempre la misma: abre el interruptor, abren los seccionadores a ambos lados, se verifica ausencia de tensión y se cierra la cuchilla. Para devolver el tramo al servicio se recorre al revés.

Cierre sobre falla. Si por error el tramo sigue energizado, la cuchilla cierra contra un cortocircuito franco. IEC 62271-102 clasifica esa capacidad:

• E0: sin capacidad de cierre en cortocircuito.
• E1: con capacidad de cierre en cortocircuito; la primera edición de la norma le asignaba dos cierres.
• E2: con más cierres asignados; la primera edición le daba cinco. Un fabricante declara, por ejemplo, E2 con 5 cierres para la cuchilla de tierra de sus celdas de 36 kV.

Desde la edición de 2018 (vigente con su enmienda 1 de 2022) ese apartado se llama clasificación por capacidad de cierre en cortocircuito, y la misma edición agregó una clase de endurancia mecánica M1 para cuchillas de tierra.

Corriente inducida. Cuando la línea aterrizada corre paralela a otra energizada, aparecen dos fenómenos. Con los dos extremos aterrizados, el acoplamiento magnético hace circular una corriente por el lazo línea-tierra (corriente inducida electromagnética). Con un solo extremo aterrizado, el acoplamiento capacitivo deja una corriente y una tensión de origen electrostático. La cuchilla debe cerrar y abrir esas corrientes sin dañarse. La norma define dos clases para tensiones de 52 kV en adelante: A, para líneas relativamente cortas o con poco acoplamiento, y B, para líneas largas o con mucho acoplamiento, con valores asignados separados para cada tipo de acoplamiento. Una cuchilla puede tener clase combinada, como A+E1.

Diferencias por nivel de tensión

• Media tensión: la cuchilla de tierra de una celda casi siempre tiene capacidad de cierre (E1 o E2), porque el riesgo de cerrar sobre un cable energizado es real. Se enclava con el interruptor o el carro extraíble y con la puerta del compartimento de cables, y se complementa con indicadores de presencia de tensión.
• Alta tensión: cuchillas sobre seccionadores de línea y de equipo. La corriente inducida empieza a importar en líneas paralelas.
• Extra alta tensión: líneas largas y circuitos dobles hacen que la clase B, o valores mayores acordados con el fabricante, sea decisiva. En líneas de 550 kV o más se usan además cuchillas de puesta a tierra rápidas (IEC 62271-112), que aterrizan la fase abierta durante el recierre monopolar para extinguir el arco secundario.

Enclavamientos y cableado

IEC 62271-200 indica que una cuchilla de tierra cuya capacidad de cierre sea menor que la corriente de cresta del circuito principal debe enclavarse con sus seccionadores. En la práctica:

• Mecánico: el seccionador y su cuchilla no pueden estar cerrados a la vez. En los de tres posiciones es físicamente imposible.
• Eléctrico o lógico: la cuchilla solo cierra con los seccionadores adyacentes abiertos; en muchos esquemas también se exige ausencia de tensión, medida por el PT de línea.
• Señales: sus contactos auxiliares van al controlador de bahía como punto doble, al SCADA y a los enclavamientos de bahías vecinas.
• IEC 61850: posición en XSWI, mando en CSWI y enclavamiento en CILO, igual que el seccionador.

Fallas comunes y qué revisar primero

• Cierre incompleto: el mando llega al final, pero el brazo no penetra en el contacto fijo. Revise ajuste y contrapeso.
• Arco al abrir: corriente inducida mayor que la clase asignada, o maniobra lenta.
• Trenza o conexión a tierra corroída o rota: la cuchilla cierra, pero no aterriza bien.
• Enclavamiento puenteado y nunca restablecido.
• Señal de posición incorrecta: contacto auxiliar desajustado que bloquea maniobras en bahías vecinas.

Pruebas y mantenimiento

La guía de pruebas de seccionadores describe el procedimiento. Para la cuchilla se verifica:

• resistencia de contactos del circuito a tierra, incluida la trenza;
• alineación, penetración y presión de contacto;
• cada condición del enclavamiento, mecánico y eléctrico, en local, en remoto y con manivela;
• contactos auxiliares y señal en el controlador;
• inspección después de un cierre sobre falla, según el manual del fabricante.

Durante las pruebas se mantienen tierras portátiles a ambos lados: la inducción de líneas vecinas puede ser alta.

Pruebas y configuración con Tiza Group

En Tiza Group probamos cuchillas de tierra y sus enclavamientos en sitio, en celdas de media tensión y en bahías de alta y extra alta tensión de subestaciones e industria. Escríbanos para coordinar las pruebas. Si la lógica de enclavamiento vive en el controlador de bahía, la revisamos con la configuración remota de relés y controladores.

Referencias

• IEC 62271-102:2018+AMD1:2022, Seccionadores y seccionadores de puesta a tierra de corriente alterna.
• IEC 62271-112:2021, Seccionadores de puesta a tierra rápidos para la extinción del arco secundario en líneas de transmisión.
• IEC 62271-200, Aparamenta bajo envolvente metálica de 1 kV a 52 kV.
• IEC 61850-7-4, Nodos lógicos XSWI, CSWI y CILO.

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