aparatos de corte de alta tension

DC/DMT/PCR - S1ill_97S9.PPT - 02/2002 1

CURSO

Diseño de Estaciones

Transformadoras

APARATOS DE CORTE

Prof. Ing. Roberto Campoy


Seccionadores.

Seccionadores de puesta a tierra (Spt).

Interruptores automáticos.

En el sistema se presentan:

Corrientes nominales y eventuales sobrecargas, admisibles hasta cierto valor y/o duración.

Corriente de cortocircuito, factor de potencia, del orden de 0,1 a 0,15.

El cortocircuito más frecuente, del orden del 80% de los casos, es el

cortocircuito unipolar fase-tierra.

El cortocircuito tripolar es el de mayor intensidad.

Aparatos de maniobra, interrupción y seccionamiento


Los efectos de calentamiento térmicos (efecto Joule W = I2 ef .R.t) son función del valor eficaz Ief de la corriente.

Los efectos mecánicos son función del valor de cresta Î de la corriente al cuadrado, que en ondas senoidales es Î = Factor de choque.2 .Ief .

En caso de cortocircuito asimétrico, la relación, pasa a ser:

Î 1,82Iefcc. A los efectos de cálculo de los esfuerzos mecánicos se considera siempre Î = 2,5.Ief por ser el caso más desfavorable.

Todos los elementos de la instalación deben poder soportar, durante

un cierto tiempo, las solicitaciones térmicas de cortocircuito. A estos

efectos, en la mayoría de normas se considera el tiempo de un

segundo. La intensidad térmicamente equivalente se calcula según la

fórmula, válida para tiempos menor a 5 seg, es:

Ith intensidad durante 1 segundo

Aparatos de maniobra, interrupción y seccionamiento

tII tht

1


Tensión nominal (ES LA DE SERVICO) o asignada (ES LA DE DISEÑO),

Nivel básico de aislamiento asignado (tensiones de ensayo soportadas),

Frecuencia nominal,

Intensidad nominal y asignada,

Intensidad admisible de corta duración nominal,

Valor de cresta de la intensidad admisible nominal de corta duración,

Duración admisible asignada y nominal de la intensidad de cortocircuito,

Tensión nominal de alimentación de los dispositivos de cierre y de

apertura y de los circuitos auxiliares,

Frecuencia nominal de alimentación de los dispositivos de cierre y de

apertura y de los circuitos auxiliares,

Características comunes de los aparatos de maniobra


Nivel básico de aislamiento nominal Capacidad de seccionamiento


A

a

B

b

C

c

F

A

a

B

b

C

c

F

Estado del

seccionador

Tensión

aplicada

Conectado a tierra

Cerrado Aa BCbcF

Cerrado Bb ACacF

Cerrado Cc ABabF

Abierto A BCabcF

Abierto B ACabcF

Abierto C ABabcF

Tensión aplicada entre Conectado a tierra

A y a BCbcF

B y b ACacF

C y c ABabF

A C

F

a

B

b c

CONTACTO MÓVIL

550 KV

630 KV


Intensidad asignada en servicio continuo INOMINAL

Los valores normales (en A) son: 200 400 630 800 1250 1600

2000 2500 3150 .

Resultan definidos por la norma IEC 60059 como potencia de la raíz

enésima de diez: 10 n/10 = 1,26

Intensidad admisible asignada de corta duración ICORTOCIRCUITO

Es el valor eficaz de la corriente que puede soportar un aparato en

posición de cierre, durante un corto periodo.

Valores normales (en kA): 8- 10- 12,5- 16- 20- 25- 31,5- 40- 50- 63- 80.


1 2 3 4 5

1,25 1,6 2 2,5 3,15


Valor de cresta de la intensidad admisible nominal ICORTOCIRCUITO DE CHOQUE

Es el valor de cresta de la intensidad de la primera onda grande de la

corriente de corta duración admisible, que un aparato mecánico de

conexión puede soportar en las condiciones prescritas de empleo y

funcionamiento.

El valor normal (de cresta) de la intensidad admisible es igual a 2,5 veces

el valor eficaz de la intensidad de corta duración admisible.

Duración de cortocircuito asignada

Es el intervalo de tiempo durante el cual un aparato mecánico de

conexión puede, en posición de cierre, soportar la intensidad asignada de

corta duración admisible.

El valor normal de la duración de cortocircuito asignada es de 1 s. Si es

necesario un valor superior a 1 s, se recomienda el valor de 3 s.



Tensión nominal de alimentación de los

dispositivos de cierre y apertura y de

los circuitos auxiliares.

Valores normalizados por IEC

60694.

Los números menores de la tabla

siguiente son tensiones entre fase

y neutro.

Márgen 85 % a 110 %.

Los mayores son tensiones entre

fases.


TENSION EN

CC

TENSION EN

CA

24 220 – 380

48 230 – 400

60 240 – 415

110 ó 125 277 - 480

220 ó 250

En

estu

dio

EETT


Las condiciones comunes para la correcta elección de las características de los

aparatos de maniobra a conectar en un punto determinado de la instalación

son:

la tensión asignada debe ser igual o superior a la máxima de servicio

prevista.

la intensidad asignada en servicio continuo, debe ser igual o superior a la

máxima prevista.

la intensidad admisible de corta duración asignada debe ser superior a la

mayor corriente de cortocircuito.

el valor cresta de la intensidad asignada de corta duración, debe ser

superior al mayor valor de cresta de la intensidad inicial de cortocircuito.



Las condiciones comunes para la correcta elección de las características de los

aparatos de maniobra a conectar en un punto determinado de la instalación

son:

La corriente máxima de cortocircuito, y su mayor valor de cresta, pueden

calcularse a partir de los valores de impedancia del circuito.

La duración admisible asignada de la intensidad de corta duración debe

ser superior al tiempo transcurrido desde el inicio del cortocircuito hasta

su interrupción (tiempo de actuación de las protecciones).

Los márgenes entre los valores asignados o nominales y los de servicio

(tensión, intensidad, cortocircuito) es recomendable que sean como

mínimo de un 20%.

intensidad asignada de corta duración Ith 1,2 intensidad máxima decortocircuito.

tensión asignada Um 1,2 tensión de servicio Us.



Comportamiento frente a las corrientes de cortocircuito


Soportaría durante

un tiempo Icc

Conectar

la Icc

Interrumpir

la Icc

Seccionadores si no no

Seccionadores de puesta a tierra con

accionamiento de cierre rápido

si si no

Seccionadores bajo carga si si no

Interruptores automáticos si si si

Fusible de alta capacidad de

ruptura

no no si

Transformadores de intensidad si no no


Seccionador

bajo carga


Definición

Capaz de abrir y cerrar un circuito cuando una corriente de intensidad nula

o despreciable es interrumpida o establecida o bien cuando no se produce

ningún cambio notable de la tensión en los bornes de c/u de los polos del

seccionador.

Capaz de soportar o transportar corriente en las condiciones normales del

circuito y es también capaz de transportar durante un tiempo especificado

corrientes anormales del circuito tales como las corrientes de

cortocircuito.

IEC 60050 parte 441: es un aparato mecánico de conexión que asegura, en

la posición de abierto, una distancia de aislación, separación o

seccionamiento, en concordancia con los requerimientos especificados.

Seccionador

TTR SIN IMPORTANCIA


Se los conoce también con el nombre de separadores o

desconectadores. Son dispositivos que sirven para conectar

y desconectar diversas partes de una instalación eléctrica,

así como efectuar maniobras de operación o bien de

mantenimiento. La misión de estos aparatos es aislar tramos

de circuitos de una forma visible. Los circuitos que

debe interrumpir deben hallarse libres de corriente o, expresado

de otra forma, el seccionador debe maniobrar en

vacío. No obstante, debe ser capaz de soportar corrientes

nominales, sobreintensidades y corrientes de cortocircuito

durante un tiempo especificado. Así, este aparato va a asegurar

que los tramos de circuito aislados se hallen libres de

tensión, para que los operarios puedan tocarlos sin peligro.

El diseño y la construcción de los seccionadores están reglamentados

según las normas IEC 60129 y 60273 o las

normas ANSI C29.8 y C29.9. Además, en lo que respecta

a valores nominales y de ensayos (tensión resistida a

impulso y 50 Hz) deben responder a la IEC 60694.


Los seccionadores utilizados

habitualmente en instalaciones

eléctricas tienen formas constructivas

muy variadas,

pero se los puede clasificar según su

modo de

accionamiento:

• Seccionadores de cuchillas giratorias

• Seccionadores de cuchillas

deslizantes

• Seccionadores de columnas giratorias

• Seccionadores de pantógrafo

• Seccionadores semipantógrafos o tipo

rodilla


Seccionador de dos columnas

giratorias por polo.

El seccionador dispone de dos

columnas, en lugar de las tres del de

columna giratoria central. Las dos

columnas son giratorias y portan

cuchillas solidarias (contactos

móviles) que giran hacia el mismo

costado.

En este caso se obtiene un solo

punto de interrupción a mitad del

recorrido entre las dos columnas. El

campo de aplicación de este

seccionador es en instalaciones de

intemperie con tensiones de

servicio de hasta 245 kV y corrientes

nominales comprendidas entre 800

A y 2.000 A.

1

RUPTURA


Seccionadores de columnas giratorias.

Este tipo de seccionadores

se utiliza en instalaciones de intemperie y

con tensiones de servicio desde 33 kV hasta 220 kV.

Dentro de este tipo cabe distinguir dos construcciones

diferentes: seccionador de columna giratoria central o de

tres columnas por polo. En este tipo de seccionador la

cuchilla o contacto móvil está fijada sobre una columna

aislante central que es giratoria. Con esta disposición

se tiene una interrupción doble, de tal suerte

que cada punto de interrupción requiere una distancia en

aire igual a la mitad de la total. Las dos columnas

exteriores

están montadas rígidamente sobre un soporte metálico

de perfiles de acero galvanizado en caliente; son

las encargadas de sostener los contactos fijos.

2

RUPTURAS


Aplicación de los seccionadores de

pantógrafo en unjuego de barras para 170

kV-2.500 A

Estos seccionadores se disponen para

tensiones de servicio entre 132 y 550 kV

en corrientes nominales entre 800 A y

3.150 A, cuyos componentes principales,

por polo o fase, son por lo general los

siguientes:

• La caja metálica base del mecanismo del

pantógrafo, que posee dos niveles: el

inferior, donde se sitúan los resortes que

aseguran la presión de contacto, así

como el eje de mando, y el superior,

donde está fijado el mecanismo que ataca

los brazos inferiores del pantógrafo.

• La columna soporte: constituida por dos

o tres aisladores superpuestos y

acoplados entre sí mecánicamente. Esta

columna es paralela a la columna aislante

giratoria de resina sintética o porcelana

que asegura el enlace entre el pantógrafo

y el eje de mando.•

SIN

TELECOMANDO


Aplicación de los seccionadores de

pantógrafo en un juego de barras para

170 kV-2.500 A

• El pantógrafo propiamente dicho:

constituido por cuatro brazos

horizontales cruzados, dos a dos, por

cuatro brazos verticales y por los

contactos móviles.

• El contacto de línea: fijado a la línea por

una derivación en forma de T.

• La caja de comando.

La cinemática del pantógrafo se ha

estudiado de tal forma, que la última parte

de su carrera de cierre se efectúa sin la

ayuda del mando. De esta forma, la

presión del contacto es totalmente

independiente de la posición final de los

elementos de mando.

CONTACTO MOVIL

LAT


Montaje de los

seccionadores sobre

estructuras soporte.

Éstas pueden ser de

tipo reticulado, de

hormigón armado

centrifugado o de acero

tubular.


ENSAYOS IEC 60694

Ensayo de tensión a frecuencia industrial; ver IEC 60060-1.

Ensayo de tensión de impulso atmosférico; ver IEC 60060-1.

Ensayo de tensión de impulso de maniobra; ver IEC 60060-1.

Ensayo de polución artificial; ver 5.14 de IEC 60694.

Ensayos dieléctricos de los circuitos auxiliares y de comando.

Ensayo de radio interferencia. Aplicable a tensiones superiores a 123 kV (es un ensayo especial a convenir entre

comprador y vendedor y bajo determinadas condiciones de temperatura y humedad ambiente).

Medición de la resistencia del circuito principal.

Ensayo a la corriente de corta duración y al valor de cresta de la corriente admisible.

Ensayo de funcionamiento y resistencia mecánica; se efectúan 1.000 ciclos de maniobra, sin tensión ni corriente en el

circuito principal y sin la aplicación de esfuerzos mecánicos sobre los bornes.

Funcionamiento en condiciones severas de formación de hielo.

Operación a temperaturas límites; ver 2.1 de IEC 60694.

Ensayos dieléctricos del circuito principal, conforme a 7.1 de IEC 60694 y 6.2 de IEC 60060-1.


Definición

Aparato mecánico de conexión, capaz de establecer soportar, e interrumpir

corrientes en condiciones anormales especificadas del circuito tales como

las de cortocircuito.

Permite abrir una corriente de cortocircuito y por lo tanto esta diseñado

para proteger a las instalaciones frente al pasaje de una corriente de muy

alta intensidad.

El interruptor debe estar vinculado a un sistema de protección que de la

orden de apertura al interruptor frente a una sobrecarga o intensidades de

elevada magnitudes .

Interruptores

RELÉ


Las piezas mecánicas de los equipos y sus partes componentes

deberán verificarse en las condiciones más desfavorables

que deban soportar, ya sea durante la operación, el

mantenimiento, el transporte o el montaje. En consecuencia,

a las cargas propias de funcionamiento del equipo deberán

adicionarse las siguientes, debidas a factores externos:

• Cargas estáticas: peso propio más conexiones.

• Cargas dinámicas: cortocircuito.

• Carga de viento máxima.

• Cargas sísmicas.

• Cargas durante el montaje.

• Cargas dinámicas durante el transporte.

• Cargas de hielo o nieve.


Evolución tecnológica

En la tecnología anterior la aislación era en aceite.

Al principio de gran volumen y luego

de pequeño volumen de aceite.

Soplado de aire comprimido.

En la actualidad se emplean con soplado en SF6 y

Cámara de vacío para tensiones de hasta 33 KV.

Se eliminó con estas tecnologías la necesidad de control y

mantenimiento (desarme de los polos y cambio de contacto y de

aceite que demandaban los interruptores en aceite, y toda la

aparamenta del aire comprimido).

Interruptores


Evolución tecnológica

Interruptor automático está previsto para la maniobra y protección de

líneas aéreas, cables, transformadores de potencia, generadores, motores,

etc. Generalmente para actuar con poca frecuencia, si bien ciertos tipos

son capaces de maniobras frecuentes.

Los tipos actuales de interruptores automáticos tienen

mayoritariamente los contactos dentro de cámaras cerradas, de forma

que la posición abierto o cerrado de los mismos no es directamente

visible.

Estos interruptores automáticos en posición abierto no establecen una

distancia visible de seccionamiento, aunque la Norma IEC 62291-108,

actualmente lo dispone a efectos del cumplimiento de las condiciones

reglamentarias de seguridad.

Donde está instalado un interruptor automático, hay siempre

conectado en serie con el mismo un seccionador a uno y otro lado.

Interruptores


Mecanismos de accionamiento

El mecanismo de accionamiento es para maniobras de cierre o

apertura, con acumulación de energía, en la que ésta es liberada en

una única operación continua, de forma que la velocidad y la

fuerza de maniobra son independientes de la acción del operador.

Esto es necesario para poder garantizar unos poderes nominales

de cierre y de corte de las corrientes en condiciones normales de

servicio y/o anormales tales como las de cortocircuito.

Interruptores


Mecanismos de accionamiento

En la mayoría de los tipos actuales de interruptores, la acumulación de

energía para el cierre y/o la apertura es en forma mecánica, por ejemplo:

Resortes (actualmente las Normas solo aceptan este tipo).

Sólo manualmente (palanca, manivela, etc.).

Eléctricamente y también manualmente, en caso de fallo de la

alimentación eléctrica.

También, aunque menos frecuente en forma neumática (aire a presión)

u oleohidráulica.

Accionamiento electromagnético.

Interruptores


Disparadores

Son los dispositivos que liberan los órganos de retención de la

energía acumulada, permitiendo así el cierre o la apertura del

interruptor.

Pueden ser mecánicos actuados manualmente.

O bien electromecánicos, por ejemplo electroimanes actuados

eléctricamente por pulsadores, conmutadores, etc.

Habitualmente están equipados con mando mecánico en el

propio interruptor y mando eléctrico que puede ser actuado a

distancia.

También pueden ser oleohidráulicos.

Interruptores


Los mecanismos de maniobra con acumulación de la energía en forma

mecánica suelen estar concebidos asi:

A partir del interruptor en posición abierto, el mecanismo acumula

la energía aportada en forma manual o mediante un motor eléctrico.

Pueden ser mecánicos, actuados manualmente.

Al actuar el disparador de cierre, el mecanismo emplea sólo una

parte de la energía acumulada en efectuar el cierre del

interruptor. La otra parte se mantiene acumulada en el

mecanismo, para poder efectuar con ella la apertura cuando el

disparador de apertura la libere.

Esto es necesario para garantizar la apertura automática del

interruptor por actuación de los disparadores de protección

contra sobrecargas y/o cortocircuitos.

Interruptores


Los mecanismos de maniobra con acumulación de la energía en forma

mecánica suelen estar concebidos asi:

Esto es necesario para garantizar la apertura automática del interruptor

El diseño más habitual, es a base de dos resortes (o juegos de

resortes).Uno acumula la energía para el cierre (conexión). Cuando el

disparador libera su energía, emplea una parte de la misma para

acelerar y cerrar los contactos, y la otra parte para tensar el otro

resorte (de apertura o desconexión), o sea les «traspasa» parte de su

energía. Por este motivo, los resortes de conexión son más robustos

que los de desconexión.

El objetivo es pues que por el mismo acto de cerrar, el interruptor

quede automáticamente preparado con la energía necesaria para abrir.

Si una vez iniciada la maniobra de cierre se da orden de apertura, los

contactos móviles vuelven a su posición de apertura y se mantienen en

ella aunque se mantenga la orden de cierre.

Interruptores


Contactos

Los contactos, fijos y móviles están dentro de cámaras cerradas, una para

cada polo o fase.

Los interruptores tripolares tienen tres cámaras separadas. Dentro de

estas cámaras tienen lugar , los fenómenos eléctricos y físicos (arco

eléctrico, calentamientos, sobrepresiones, electrodinámicos, etc.) debidos

a los procesos de conexión y desconexión de corrientes eléctricas bajo

condiciones determinadas de tensión, frecuencia, forma de onda, etc.

Se denomina “polo” al conjunto formado por los contactos fijo y móvil

con la cámara que los contiene y los bornes de conexión (entrada y

salida) al circuito.

Se denomina «biela» a la palanca aislante que enlaza el mecanismo de

accionamiento con un polo, transmitiendo a los contactos el

movimiento del mecanismo.

Interruptores


El corte en aceite.

El corte en el

vacío.

El corte en el SF6.

Corte con aire

comprimido

Comparación de

diferentes

técnicas.


CORTE EN ACEITE

Concepto:

El aceite que servía ya como aislante, ha sido utilizado desde principiosdel siglo XX como medio de corte, ya que ésta técnica permite la concepción deaparatos relativamente sencillos y económicos.

Mecanismo de corte:

Los contactos están sumergidos en un aceite dieléctrico. Después de laseparación, el arco provoca la descomposición del aceite que libera hidrógeno (70%),etileno (20%), metano(10%) y carbono libre.

Estos gases forman una burbuja que, por inercia de la masa deaceite, se encuentra sometida durante el corte a una presión dinámica quepuede alcanzar de 50 a 100 bares.

Cuando la intensidad pasa por cero, el gas se expande, IMPULSA ACEITEFRESCO y sopla el arco que se apaga.

El hidrógeno resultante de la descomposición del aceite, sirvecomo medio de extinción.

Diferentes tecnologías de corte en aceite:

Interruptores de gran volumen de aceite.

Interruptores de pequeño volumen de aceite.

Se deposita

en la biela


GRAN VOLUMEN DE ACEITE

En este modelo, el arco se

formaba libremente entre los contactos

creando burbujas de gas no confinadas. En

este caso si el arco continuaba un tiempo

importante, el peligro de explosión por presión

de los gases era elevado.

Para evitar reencendidos

entre fases o entre bornes y masa, estas

burbujas no han de alcanzar en ningún caso la

cuba o juntarse entre sí. En consecuencia los

aparatos así diseñados alcanzaban dimensiones

extraordinariamente grandes.

Estos aparatos tiene

numerosos inconvenientes como la falta de

seguridad a causa del hidrógeno producido que

se acumula bajo la tapa, el mantenimiento

necesario para vigilar la pureza del aceite y la

conservación de sus propiedades dieléctricas.

Deben

mantenerse

separadas


PEQUEÑO VOLUMEN DE ACEITE

En los

interruptores en volumen reducido de

aceite la energía del arco, generada en

la apertura de los contactos,

suministra automáticamente el fluido

necesario para la extinción del arco y

la interrupción de la corriente.

La elevada

temperatura del arco descompone una

parte del aceite en un gas que,

formándose en un espacio

completamente cerrado, provoca un

elevado aumento de la presión, que

depende del valor de la corriente que

se interrumpe. Consecuentemente un

intenso flujo de aceite fresco es

introducido en la zona de arco y

reconstituye la rigidez dieléctrica del

medio aislante..

Hay dos

efectos,

el radial

(I>>) y el

axial(I<).


CARACTERISTICAS PRINCIPALES

Los hay para 132 KV, 66KV y 13,2KV.

Gran simplicidad.

Mantenimiento frecuente. Luego de un cortocircuito a plena potencia se requiere un mantenimiento.

Muy sensibles a los reencendidos.

Ruidosos y voluminosos.

La descomposición del aceite no es reversible.

El riesgo de explosión y de inflamación no se han eliminado completamente.

La recuperación de la rigidez dieléctrica se realiza a una velocidad de 200 V/µseg.

Para 15KV el tiempo de recuperación es de 75 µ segundos.


SECUENCIA DE EXTINCION

INGRESO

DE ACEITE

A PRESIÓN

EN FORMA

RADIAL.

Separación

de los

constactos

10 m/seg


Como se puede observar en la figura III-2, que relaciona

la potencia máxima de cortocircuito en por ciento con la

tensión de restablecimiento, también en por ciento.

En la misma figura se puede apreciar que si la tensión

de restablecimiento alcanza un valor doble, la potencia

de ruptura aumenta en un 50%.

Corte en PVA


CORTE EN EL VACIOConcepto:

En principio, el vacío es un medio dieléctrico ideal; no haymaterial y por lo tanto no hay conducción eléctrica. Sin embargo, elvacío nunca es perfecto y desde luego tiene un límite de resistenciadieléctrica. A pesar de todo, el “vacío” real tiene característicasespectaculares: a la presión de 10-6 bar, la rigidez dieléctrica encampo homogéneo puede alcanzar una tensión de cresta de 20 KVpara una distancia interelectrodos de 1,2 mm.

Las distancias necesarias para la resistencia dieléctrica aumentanmuy rápidamente cuando la tensión sobrepasa de 30 a 50 KV lo queconlleva costos prohibitivos en relación a las otras tecnologías.Además está la emisión de rayos X cuando la tensión se eleva.

El arco eléctrico en el vacío.

Mecanismo de corte.

Diferentes tecnologías de corte en vacío.

Características principales.


CARACTERISTICAS PRINCIPALES

Se usan en 33 y 13,2KV.

Seguridad de operación.

Sin control del medio dieléctrico.

Sin mantenimiento.

Regeneración dieléctrica muy rápida.

Para el corte de corrientes capacitivas, la resistencia dieléctrica se torna aleatoria y se traduce en reencendidos importantes.

Existe riesgo de soldadura de contactos, en particular después de un cierre sobre un cortocircuito.

El crecimiento de la rigidez dieléctrica es de 1000 V/µs. Entonces para una tensión de 15KV, el tiempo de recuperación es de 15 µsegundos.


EL ARCO ELECTRICO EN EL VACIO

El arco se compone de

vapores metálicos y de electrones que proviene de

los electrodos de manera distinta a las otras

técnicas de corte, en las cuales esta columna se

compone principalmente por el gas intercontacto

ionizado por COLISIONES y TEMPERATURA.

El arco puede tener dos

aspectos: concentrado o difuso, según la

intensidad de corriente que lo atraviesa. Para

valores elevados de intensidad (mayor o igual a

10000A) el arco es único y concentrado como en los

fluidos tradicionales (figura 26a). Para valores de

corriente inferiores a algunos miles de amperios,

este arco se encuentra en forma difusa (figura 26b).

Cuando la intensidad decrece

estos vapores se condensan sobre los mismos

electrodos o sobre las pantallas metálicas

dispuestas a tal efecto.

I>>>

ARCO

DIFUSO

AÚN

PARA

I>>>


DIFERENTES TECNOLOGIAS

Las tecnologías se orientan principalmente en dos

direcciones:

El control del arco por un campo magnético Radial o Axial.


TECNOLOGÍA DEL CAMPO MAGNETICO

RADIAL

El campo esta creado por

la corriente que circula

entre los electrodos

previstos a este efecto.

El arco se desplaza con un

movimiento circular, el

calor se reparte

uniformemente lo que limita

su erosión y la densidad de

los vapores metálicos.


TECNOLOGIA DEL CAMPO MAGNETICO

AXIAL

La aplicación de un campo magnético axial, imprime a los electrones y a los iones una trayectoria helicoidal siguiendo la líneas del campo magnético. Esto estabiliza el arco difuso y dificulta la aparición del régimen concentrado. La aparición de las marcas anódicas se evita y la erosión queda limitada, lo que permite alcanzar potencias de corte elevadas con arco difuso.

I inducidas

I espiras, se oponen

a las inducidas


MECANISMO DE CORTE

Paso por cero de la corriente:

Después del suficiente tiempo para que los vapores metálicos hayan

podido condensarse , el corte se realiza con facilidad en el cero de corriente.

En efecto, al aproximarse a cero, el número de puntos de arco

disminuye hasta que el último desaparece cuando la energía aportada por

el arco es insuficiente para mantener una temperatura de arco

suficientemente elevada.

La extinción brutal del último punto es el origen de los fenómenos

de arranque (CHOPEO) que se producen con frecuencia al aplicar esta

tecnología. Hay que darse cuenta de que , al invertir la tensión, el ánodo se

convierte en cátodo, pero está frío y no puede emitir electrones, lo que

significa una constante de tiempo de desionización excesivamente pequeña.

En consecuencia los aparatos de vacío pueden cortar las corrientes con

crecimientos del TTR muy rápidos y también las corrientes de alta

frecuencia.


ESQUEMA DE CAMARA DE VACIO


CORTE EN EL SF6

Concepto:

El hexafluoruro de azufre –SF6 – es un gas no contaminante, incoloro,inodoro, no inflamable y no tóxico en su estado puro. Es insoluble en agua. Esquímicamente inerte: sus moléculas tienen todos sus enlaces químicos saturados y unaenergía de disociación elevada, así como una gran capacidad para evacuar el calorproducido por el arco. Durante el período de arco, bajo el efecto de la temperatura, el SF6se descompone en SF5. Esta descomposición es casi reversible: cuando la intensidaddisminuye, la temperatura disminuye y entonces los iones y los electrones se recombinanpara reconstruir la molécula de SF6.

El mecanismo de corte:

Durante el período de arco, la totalidad de la corriente se transporta por elnúcleo, con la disminución de la intensidad AL ACERCARSE AL CERO DE CORRIENTE, latemperatura del núcleo disminuye, con lo que su conductividad eléctrica comienzatambién a disminuir.

Al acercarse al cero de corriente, los intercambios térmicos entre la vaina yel núcleo resultan importantes. El núcleo desaparece, implicando la desaparición de laconductividad con una constante de tiempo muy pequeña (0.25 µs).

Característica relevante:

El crecimiento de la rigidez dieléctrica es de 10000 V/µs. Entonces para una tensión de 15KV, el tiempo de recuperación es de 1,5 µsegundos.


EL ARCO ELECTRICO EN EL SF6

Su estudio térmico

permite describirlo como formado por

un plasma de SF6 disociado de forma

cilíndrica, constituido por un núcleo a

una temperatura muy elevada en

función de la corriente cortada,

envuelto de una vaina de gas más frío.

El núcleo y la vaina están separados por

una zona de transición de temperatura

ligada a la temperatura de disociación

de la molécula. Cerca de 2000ºC, esta

zona de transición permanece sin

cambios cuando la intensidad de la

corriente varía.Indicación de Tº con

distintos colores (2000,

5000 y 15000ºC)

VALORES DE

CORRIENTE


POLO FIJO, EL

SUPERIOR Y

MÓVIL EL

INFERIOR


DIFERENTES TECNOLOGÍAS

Existen muchas tecnologías de aparamenta con SF6

que difieren por el modo de enfriamiento del arco y

cuyas características y campos de aplicación varían.

A continuación se describen algunas de ellas:

El corte por auto-compresión y por arco giratorio.

El corte por auto expansión , con guiado mecánico, o

guiado magnético.


CORTE POR AUTO-COMPRESION Y POR

ARCO GIRATORIO.

El corte por auto-compresión:

En este tipo de disyuntor, la expansión de un volumen de SF6

comprimido por un pistón sopla el arco. Al abrir, un cilindro solidario con el

contacto móvil se desplaza y comprime un volumen de SF6.

Un tubo de soplado canaliza el gas hacia el centro del arco. El gas se evacua a

través de contactos huecos. La energía necesaria para soplar el arco se

produce por empuje mecánico y por tanto es independiente de la corriente que

hay que cortar.

El corte por arco giratorio:

El arco se enfría por su propio desplazamiento relativo en el SF6. Un

campo magnético, creado por una bobina recorrida por la corriente de falla,

genera un movimiento de rotación del arco a velocidad muy elevada. Al abrir

los contactos principales aparece el campo magnético axial. La fuerza de

Laplace resultante acelera el arco en un movimiento circular.


CORTE POR AUTO-COMPRESION Y POR

ARCO GIRATORIO.

MOVIMIENTO DEL ARCO

MOVIMIENTO DEL ARCO

COMPRESIÓN Y

SOPLADO

SOPLADO Y

ESTIRAMIENTO

BOBINA DE

SOLPLADO QUE

POR LA I DE FALLA

PRODUCE LA

ROTACIÓN DEL

ARCO POR CAMPO

MAGNÉTICO


EL CORTE POR AUTO-EXPANSION, GUIADO

MECANICO O MAGNETICOAuto-expansión:

Aumento de P por Tº

del arco en un espacio

confinado.

A > I produce un efecto

tapón y el SF6 no

escapa.

El gas frío bloqueado

aumenta su Tº y su P.

Cuando I=0, el tapón

desaparece y el gas se

expande soplando al

arco.

El guiado mecánico: En este caso el arco se

mantiene centrado entre los contactos por unas

paredes aislantes que confinan los flujos gaseosos.

El guiado magnético: Ahora un campo

magnético permite centrar el arco en la zona de

expansión del SF6 al tiempo que le imprime un

movimiento de rotación.


EL CORTE POR AUTO-EXPANSION, GUIADO

MECANICO O MAGNETICO

FUERZA

MAGNÉTICA DE

SOPLADO, 100 a

1000 m/seg

EXPANSIÓN

DEL SF6


En los interruptores con comando tripolar, la apertura de los contactos es

simultánea, aunque conviene que haya discordancia de un milisegundo entre

los tres polos.

Se entiende por discordancia la diferencia en tiempo que existe entre el

instante de cierre del primero y el instante de cierre del último polo del

interruptor.

El uso de la discordancia es importante, pues sirve para reducir las

sobretensiones debidas a maniobras.

Si el interruptor es de operación o comando unitripolar, como en las líneas

aéreas, donde es apropiado usar recierre unipolar, la discordancia puede

aumentar hasta varios segundos. Pasado ese tiempo aparecen efectos

adversos por la magnitud de las sobretensiones de maniobra.

CORTE EN EL SF6


Corte con Aire Comprimido



CONTRACONTACTO

TOBERAS

CONTRACONTACTO

CONTACTO

FIJO

DOBLE TOBERA CON

RETROCESO DE

SOPLADO


COMPARACIÓN ENTRE LOS DISTINTOS TIPOS

• Tipo hexafluoruro

Ventajas

• Después de la apertura de los contactos, los gases ionizados no escapan al aire, por lo que la apertura del interruptor

casi no produce ruido.

• Alta rigidez dieléctrica, del orden de tres veces la del aire.

• El SF6 es estable. Expuesto al arco, se disocia en SF5, SF4, SF2 y en fluoruros metálicos; pero al enfriarse se

recombinan de nuevo en SF6.

• La alta rigidez dieléctrica del SF6 lo hace un medio ideal para enfriar el arco, aun a presiones bajas.

• La presión utilizada para interrupción del arco es una fracción de la requerida en interruptores neumáticos.

• Buena conductividad térmica, es del orden de tres veces la del aire.

Desventajas

• A presiones superiores a 3,5 bares y temperaturas menores de –40°C, el gas se licua. Por eso, en el caso de

interruptores de dos presiones es necesario calentar el gas de la cámara de extinción para mantener el equilibrio a

temperaturas ambiente menores de 15°C.

• El gas es inodoro, incoloro e insípido. En lugares cerrados hay que tener cuidado de que no haya escapes, ya que por

tener mayor densidad que el aire, lo desplaza y provoca asfixia en las personas por falta de oxígeno.

En otros lugares es conveniente disponer de extractores que deben ponerse en funcionamiento antes de que ingrese

personal.

• Los productos del arco son tóxicos y combinados con la humedad producen ácido fluorhídrico, que ataca la porcelana y

el cemento de sellado de los bornes de conexión.


COMPARACIÓN ENTRE LOS DISTINTOS TIPOS

Tipo vacío

Ventajas

• Es un interruptor muy compacto.

• Prácticamente no necesita mantenimiento.

Desventajas

• Durante la extinción del arco se produce una ligera

emisión de rayos X.

• Aparecen sobretensiones, sobre todo en circuitos inductivos.

• Que por algún accidente, de manipulación o transporte,

se pueda perder el vacío de la cámara, entrar aire y,

de producirse el arco, romperse la cámara.


ENSAYOS

Recordar que la

IEC 60056, fue

reemplazada por la

IEC 62291-100


ENSAYOS


Tensiones de restablecimiento

Tensión de restablecimiento (TR)

Es la tensión que aparece entre los bornes de los polos de un interruptor

después de la interrupción de la corriente. En su régimen final, después de

un periodo transitorio, la TR es una tensión a la frecuencia de servicio de la

red.

Tensión transitoria de restablecimiento (TTR):

Oscilación inicial de carácter transitorio de la tensión de restablecimiento,

que presenta un valor cresta superior al de la TR a la frecuencia de servicio.

La TTR representa pues una cierta sobretensión pasajera a una frecuencia

mucho mayor a la de servicio.

Los interruptores deben estar diseñados para poder soportar esta

sobretensión, y a la vez para limitarla a valores no peligrosos indicados en

las normas.

Interruptores


Tensión

Nominal

(KV)

Factor de

Primer Polo Kp

(p.u.)

Factor de

Amplitud

Kc (p.u.)

Pico de la TTR

(TRV)(KV)

Velocidad de

Crecimiento de

la TTR (RRRV)

(KV/µseg)

3,6 1,5 1,4 6,2 0,15

7,2 1,5 1,4 12,3 0,24

15 1,5 1,4 25,7 0,34

17,5 1,5 1,4 30 0,42

36 1,5 1,4 62 0,57

38 1,5 1,4 65 0,52

72,5 1,5 1,4 124 0,75

145 1,3 1,4 215 2

245 1,3 1,4 364 2

550 1,3 1,4 817 2


Secuencias de maniobras

O - 0.3 s - CO - 3 min - CO.

O - 3 min - CO - 3 min – CO

O - 15 s - CO.

O representa una maniobra de apertura («open»).

C representa una maniobra de cierre («closing»).

CO representa una maniobra de cierre seguida inmediatamente (es decir sin

retraso intencional) de una maniobra de apertura. t, t', t" intervalos de tiempo

entre dos maniobras sucesivas.

Reenganche rápido: secuencia de maniobras por la que, a continuación de una

apertura se cierra automáticamente el interruptor, después de un tiempo

prefijado, que normalmente es de 0,3 segundos.

Interruptores


Secuencias de maniobras

En líneas aéreas, el 80% de los cortocircuitos que provocan la apertura

del interruptor, son pasajeros, por ejemplo, el contacto de una rama de

árbol o entre conductores de dos fases por efecto del viento, descarga

superficial («contorneo») en un aislador, etc.

El reenganche rápido evita las interrupciones prolongadas de servicio de

la línea, por una causa que en el 80% de los casos es de muy corta

duración.

Sólo si el cortocircuito se mantiene el interruptor vuelve a abrir.

Interruptores


Los interruptores previstos para reenganche rápido deben cumplir las

condiciones siguientes:

Sus polos deben estar dimensionados para poder cortar dos veces

seguidas (intervalo de 0,4 s aprox.) su corriente nominal de desconexión

(poder de corte nominal en cortocircuito).

Su mecanismo de accionamiento debe estar motorizado y diseñado para la

secuencia de operación siguiente a partir de la posición abierto:

Acumulación de energía (tensado de los muelles de conexión).

Cierre de contactos y tensado de los muelles de apertura.

Nuevo tensado de los muelles de conexión, de forma automática (sin

intervención del operador).

En posición cerrado tiene los muelles de apertura y los de cierre tensados.

Interruptores


Características específicas:

Poder de corte nominal en cortocircuito.

Es la mayor intensidad de cortocircuito que el interruptor debe ser capaz de

interrumpir en un circuito en el que la tensión de restablecimiento, a

frecuencia industrial, corresponde a la tensión nominal del interruptor, y en el

que la tensión transitoria de restablecimiento (TTR) es

igual al valor especificado en la tabla siguiente:

Interruptores

Tensión nominal kV 3,6 7,2 12 17,5 24 36

Valor de cresta kV 6,2 12,4 20,6 30 41 62


Cuando la corriente posee una componente continua, su valor eficaz depende del

valor de esta componente. La curva en trazo lleno de la figura representa una

corriente de cortocircuito asimétrica en función del tiempo.

Cuando la corriente posee una componente continua, su valor eficaz depende del

valor de esta componente. La curva en trazo lleno de la figura representa una

corriente de cortocircuito asimétrica en función del tiempo. FIGURA A

Si se trazan las curvas envolventes, a trazos, así como la curva media de éstas,

esta curva media representa la componente continua de la corriente.

Componente alterna

cortada

Componente cotinua

cortada

Componente

total cortada


Si se admite que la vertical t`t es el momento de la separación de los contactos, el valor

I de corriente cortada está expresado por la fórmula siguiente:

I = + y2x

2 2

2

x = amplitud total de la intensidad de la corriente cortada en A.

y = valor de la intensidad de la componente continua en A.

Según el tipo de disyuntor, la presencia de una componente continua puede facilitar o

dificultar la ruptura, siendo el primero el caso más general. ( Norma IEC 20% ).

El valor eficaz de corriente que puede cortar un disyuntor varía, a igualdad de todo lo

demás, con la importancia de la componente continua de esta corriente. Para tener en

cuenta esta consideración, se debe expresar el poder de ruptura de un disyuntor, bajo

cada una de sus tensiones nominales, por dos valores:

a) El poder de corte simétrico: es el mayor valor eficaz de corriente simétrica que el

disyuntor puede cortar en condiciones dadas.

B) El poder de corte asimétrico: es mayor valor eficaz de corriente asimétrica o total

que el disyuntor puede cortar en las mismas condiciones.

I= ((x/2.1,4142)2+y2)1/2



Poder de corte nominal en cortocircuito. Se caracteriza por los dos valores

correspondientes a las dos componentes que puede tener la corriente de

cortocircuito:

Interruptores

Valor eficaz de la

componente periódica.

Porcentaje de la

corriente aperiódica.



Tensión transitoria de restablecimiento nominal (TTR) para cortocircuitos en bornes de salida del

interruptor.

Poder de cierre nominal en cortocircuito.

Es igual a 2,5 veces el valor eficaz de la componente periódica de su poder de corte nominal

en cortocircuito.

Secuencia de maniobras nominal.

Duración admisible de la intensidad de cortocircuito.

Valor nominal 1 segundo. Si se precisa un valor superior, se tomará el de 3 segundos.

Poder de corte nominal de cable en vacío.

Interruptores

Tensión nominal kV 3,6 7,2 12 17,5 24 36

Poder de corte

nominal de cable en

vacío [A]

10 10 25 31,5 31,5 50


Datos que se han de dar para todos los interruptores

Nombre del fabricante o marca registrada.

Número de serie.

Tensión nominal.

Nivel básico de aislación nominal (tensiones de ensayo).

Frecuencia nominal.

Intensidad nominal en servicio continuo.

Poder de corte nominal en cortocircuito.

La masa (incluyendo el aceite en los que tengan).

Interruptores


Datos a proporcionar para ciertos interruptores

Duración nominal admisible de la intensidad de cortocircuito, si fuese

distinta de un segundo.

Tensión nominal de alimentación de los dispositivos de apertura y cierre.

Frecuencia nominal de alimentación de los dispositivos de apertura y

cierre.

Poder de corte nominal en discordancia de fases, si hay un valor asignado.

Tensión nominal de alimentación de los circuitos auxiliares.

Interruptores


MUCHAS

GRACIAS

aparatos de corte de alta tension

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