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TEMA: 1.3.-INTERRUMPORES DE POTENCIA

1.3.1.- Definición y tipos de interruptores.1.3.2.- interruptores de gran volumen de aceite.1.3.3.- Interruptores en aire.1.3.4.- Interruptores en vacío.1.3.5.- Interruptores de hexafloruro de azufre.1.3.6.- Especificaciones de interruptores de potencia.1.3.7.- Selección de interruptores de potencia

1.3.1 Definición y tipos de interruptores

El interruptor de potencia es un dispositivo electromecánico cuya función principal es la de conectar y desconectar circuitos eléctricos bajo condiciones normales o de falla. Adicionalmente se debe considerar que los interruptores deben tener también la capacidad de efectuar recierres, cuando sea una función requerida por el sistema.

  

 Se requiere que cualquier interruptor de potencia, sin tomar en cuenta su aplicación particular, efectúe cuatro operaciones fundamentales:

Cerrado, debe ser un conductor ideal. Abierto, debe ser un aislador ideal.

Cerrado, debe ser capaz de interrumpir la corriente a que fue diseñado, rápidamente y en cualquier instante, sin producir sobre voltajes peligrosos.

Abierto, debe ser capaz de cerrar rápidamente y en cualquier instante, bajo corrientes de falla, sin soldarse los contactos por las altas temperaturas.

¿Que es un interruptor de potencia?

De acuerdo con la secuencia de operación de un interruptor, la operación de cierre y apertura se realiza por medios mecánicos, que los mantiene unidos bajo presión, haciendo posible el flujo de la corriente eléctrica de un punto hacia otro. La interrupción de un circuito eléctrico comprende de dos pasos. El primero consiste en intercalar un entre hierro con un conductor gaseoso a la trayectoria metálica original.

  El segundo consiste en eliminar la habilidad de conducción de la corriente en esta sección gaseosa. El principio fundamental de este proceso, es la rápida conversión de una sección conductora predeterminada del circuito en una sección que no permita el flujo de la corriente. Esto es posible ya que el conductor gaseoso, también conocido como plasma del arco, es la única sustancia capaz de cambiar de un buen conductor (10MHO/CM), a un aislador confiable (1012 OHM/CM), solamente con variar su temperatura con un factor de diez, (10000 a 1000 oK).

- Su Medio de Extinción.

- El Tipo de Mecanismo.

- Por la Ubicación de las Cámaras.

Clasificación de los interruptores

Interruptores en Aceite. La energía del arco se disipa rompiendo las moléculas de aceite.

a) Simples.b) Con cámara de extinción. c) Pequeño volumen de aceite. Soplo de aire. La energía del arco eléctrico se

disipa inyectandole una fuerte presión de aire comprimido.

Hexafluoruro de azufre. La energía de arco se disipa en el gas SF6.

Vacío. Utiliza como medio de extinción vacío en el cual no se puede engendrar plasma debido a la ausencia de los átomos que se requieren para la ionización.

Clasificación por su medio de extinción

El mecanismo de accionamiento de un interruptor, se considera al conjunto de elementos electromecánicos que permiten almacenar y disponer de energía, útil para transmitir un movimiento, logrando posiciones finales de los contactos de potencia, ya sea abiertos o cerrados dentro de valores de tiempo de maniobra y de resistencia de contactos que favorezcan la operación correcta del equipo. A continuación se relacionan actualmente los conocidos:

1.- Mecanismo de resorte. 2.- Mecanismo neumático. 3.- Mecanismo hidráulico. 4.- Combinaciones entre ellos.

Clasificación por su mecanismo.

1.- Tanque muerto, en este tipo de interruptores las cámaras de extinción se encuentran autoretenidas en un recipiente que se encuentra firmemente aterrizado, habiendo entre este último y aquellas un medio aislante por ejemplo, interruptores de gran volumen de aceite. Los cuales constan de transformadores de corriente integrados.

2.- Tanque vivo, las cámaras se encuentran soportadas en

columnas aislantes y éstas quedan separando la parte energizada del potencial a tierra por ejemplo, interruptores en SF6.

Clasificación por la ubicación de las cámaras.

1.3.2.- interruptores de gran volumen de aceite

Estos interruptores reciben el nombre debido a la gran cantidad de aceite que contienen, generalmente se construyen en tanques cilíndricos y pueden ser monofásicos o trifásicos. Los trifásicos son para operar a tensiones relativamente pequeñas y sus contactos se encuentran contenidos en un recipiente común separados (aislantes).

Al saltar el arco eléctrico, se desprende un calor intenso que gasifica un cierto volumen de aceite: ese gas a presión sopla al arco y además sube a la parte superior del interruptor provocando una turbulencia en el aceite frío y aislante, baña los contactos e impide que el arco se encienda nuevamente.

En esta operación, una parte del aceite se ha quemado por lo que el carbón negro así formado se deposita en el fondo del tanque.

Construcción sencilla. Alta capacidad de ruptura. Pueden usarse en operación manual y automática. Pueden conectarse transformadores de corriente

en los bushings de entrada.

Ventajas de los interruptores de gran volumen de aceite.

Posibilidad de incendio o explosión. Necesidad de inspección periódica de la calidad y

cantidad de aceite en el estanque. Ocupan una gran cantidad de aceite mineral de alto

costo. No pueden usarse en interiores. No pueden emplearse en conexión automática. Los contactos son grandes y pesados y requieren de

frecuentes cambios. Son grandes y pesados.

Desventajas de los interruptores de gran volumen de aceite.

1.3.3.- Interruptores en aire.

También conocidos como neumáticos. Este tipo de interruptores se emplea en tensiones de 230 Kv, los hay de diferentes marcas y características.

En un interruptor de soplo neumático, las cámaras abren y cierran simultáneamente, con lo cual la potencia del arco, se reparte entre ellas,

Potencia de una cámara = potencia total del arco/número de cámaras N

Estos interruptores abren bastante rápido (4 ciclos) con lo cual se reducen los daños al circuito y a los daños al circuito y a los contactos del propio interruptor. Emplean la carga violenta de un chorro de aire a 16 Kg. /cm².,lanzando contra el arco para barrerlo materialmente.

Los interruptores neumáticos (en aire, se fabrican para tensiones desde 10 Kv hasta750 Kv y más. Tienen la gran ventaja de que pueden ser operados por fase, lo cuales de gran importancia para mantener la estabilidad del sistema cuando se presenta fallas monofásicas en las líneas de transmisión. Al abrir sólo la fase dañada, el flujo de potencia continúa y la estabilidad se mantiene.

No hay riesgos de incendio o explosión. Operación muy rápida. Pueden emplearse en sistemas con reconexión

automática. Alta capacidad de ruptura. La interrupción de corrientes altamente capacitivas no

presenta mayores dificultades. Menor daño a los contactos. Fácil acceso a los contactos. Comparativamente menor peso.

Ventajas de los interruptores en aire

Poseen una compleja instalación debido a la red de aire comprimido, que incluye motor, compresor, cañerías, etc.

Construcción más compleja. Mayor costo.

Desventajas de los interruptores en aire

1.3.4.- Interruptores en vacío.

El interruptor de potencia de vacío, se diferencia de esos interruptores, porque no requiere de un medio de extinción. En contraposición a los arcos de maniobra en aire, SF6 o aceite, en el vacío falta la materia ionizable necesaria para la formación de una descarga térmica de gases. Sin embargo, después de la apertura de los contactos atravesados por una corriente, en el vacío se genera un arco de vapor metálico, al cual para abreviar, de ahora en adelante llamaremos arco en vacío.

El arco en vacío genera por sí mismo, los portadores de carga necesarios para transmitir la corriente a través del vacío, mediante la vaporización del material de los contactos.

Cámara de vacío. Es una característica propia de los interruptores de vacío que las

cámaras de maniobra posean contactos planos, los que solo se tocan en sus superficies frontales.

Contactos tan simples como éstos, son posibles debido a que en el vació no es posible la oxidación o la formación de capas extrañas. Por tal motivo se hace innecesario el empleo de movimientos de tales capas extrañas como es el caso en los interruptores con otros medios de extinción.

Tiempo de operación es muy rápido, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero.

Rigidez dieléctrica entre los contactos se restablece rápidamente impidiendo la reignición del arco.

Son menos pesados y más baratos. Prácticamente no requieren mantención y tienen

una vida útil mucho mayor a los interruptores convencionales.

Especial para uso en sistemas de baja y media tensión.

Ventajas de los interruptores en vacío

Dificultad para mantener la condición de vacío. Tienen capacidad de interrupción limitada.

Desventajas de los interruptores en vacío

1.3.5.- Interruptores de hexafloruro de azufré.

El SF 6 se usa como material aislante y también para apagar el arco. El SF 6 es un gas muy pesado (5 veces la densidad del aire), altamente estable, inerte, inodoro e inflamable. En presencia del SF 6 la tensión del arco se mantiene en un valor bajo, razón por la cual la energía disipada no alcanza valores muy elevados. La rigidez dieléctrica del gas es 2.5 veces superior a la del aire (a presión atmosférica). La rigidez dieléctrica depende de la forma del campo eléctrico entre los contactos, el que a su vez depende de la forma y composición de los electrodos. Si logra establecerse un campo magnético no uniforme entre los contactos, la rigidez dieléctrica del SF 6 puede alcanzar valores cercanos a 5 veces la rigidez del aire. Son unidades selladas, trifásicas y pueden operar durante largos años sin mantención, debido a que prácticamente no se descompone, y no es abrasivo.

1.3.6.- Especificaciones de los interruptores de potencia.

Existe una gran diversidad y al igual que en los transformadores se deben especificar generalidades, función del interruptor en la subestación, si la subestación es de tipo interior o intemperie, si es de accionamiento manual o automático.

Entre los datos técnicos que se deben proporcionar se pueden mencionar como funcionamiento los siguientes:

a) Tensión normal de operación.

b) Corriente nominal.

c) Corriente de ruptura en KA.

d) Capacidad de ruptura en MVA.

e) Capacidad de ruptura para S SRG, de duración de falla.

1.3.6.- selección de interruptores de potencia.

El tiempo de cierre del interruptor a una frecuencia de 60 Hz debe ser como máximo de 0.16 segundos (10 ciclos).

La capacidad de ejecución la tensión nominal para la apertura del interruptor deberá ser de 0.3 segundos.

La operación de cierre seguida inmediatamente después de una operación de apertura, sin ningún retraso adiciona debe de ser de 3 minutos.

Los interruptores deben cumplir con no exceder las diferencias en simultaneidad de tiempos de operación entre el primero y el ultimo polo de acuerdo a las siguientes condiciones:

a)En operación de cierre 3 milisegundos máximo.

b)En operación de apertura 2 milisegundos máximo.

Cuando existan mas de una cámara de interrupción por polo, se debe verificar de no exceder las diferencias de simultaneidad de tiempos de operación entre el primero y el ultimo contacto del mismo polo de acuerdo a las siguientes condiciones:

a)En operación de cierre 2 milisegundos, máximo.

b)En operación de apertura 2 milisegundos máximo.