INTERRUPTORES DE POTENCIA

INTERRUPTORES DE POTENCIA

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA1Los interruptores de potencia son dispositivos electromecnicos diseados para interrumpir corrientes normales o corrientes de cortocircuito. Se pueden abrir y cerrar mediante botones locales o mediante seales de telecomunicacin distantes emitidas por el sistema de proteccin.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA

DEFINICIN2Los interruptores de potencia deben cerrar y cortar todas las corrientes dentro del margen de sus valores asignados, desde pequeas corrientes de carga inductivas y capacitivas hasta la corriente de cortocircuito, y esto bajo todas las condiciones de defecto de la red tales como defectos a tierra, oposicin de fases etc. Los interruptores de potencia para exteriores se emplean para las mismas aplicaciones, pero estn expuestos a las influencias meteorolgicas.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA3

En estado cerrado, el dispositivo de maniobra debe ofrecer minima resistencia al flujo de las corrientes en servicio continuo y de cortocircuito.En estado abierto, la distancia entre contactos abierta debe soportar las tensiones que surjan en ella de forma segura.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA4IMPORTANCIAEl interruptor adems de ser un dispositivo destinado a cortar y establecer la continuidad de un circuito elctrico, es junto con el transformador, el dispositivo ms importante de una subestacin. Su comportamiento determina el nivel de confiabilidad que se puede tener en un sistema elctrico de potencia.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIAEL CNE definela confiabilidadcomo:Lacualidaddeunsistemaelctricodeterminadaconjuntamenteporla suficiencia,laseguridadylacalidaddeservicio.55FUNCIONESSu funcin la cumple en dos niveles diferentes:Maniobra: Es la conexin y desconexin de circuitos con un flujo de corriente que no es muy superior a la corriente nominal del circuito.Mantenimiento o trabajos (capaz de operar corrientes nominales).Proteccin: Es la desconexin del circuito que se encuentran bajo condiciones de falla generalmente se interrumpe una corriente muy superior a la corriente nominal del circuito.

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA6PRINCIPIO DE OPERACIN DE LOS CONTACTOSLa operacin de los contactos de un interruptor se realiza por medios mecnicos. Cuando los contactos se separan se forma un entrehierro entre ellos, constituido de un medio dielctrico e interruptivo (aire, gas, SF6, vaco, aceite).En este medio se forma el arco elctrico, a travs del cual la corriente fluye de un contacto a otro. En este entrehierro es donde el circuito es vulnerable a ser interrumpido, ya que la corriente abandona su trayectoria original (contactos) para formar un arco en el medio aislante e interruptivo, cuando se logra disminuir la conductividad de esta trayectoria hasta extinguir el arco, la corriente deja de fluirINTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA7Conductividad elctrica vs temperatura del airedESCRIPCININTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA

Para un entrehierro con un medio aislante gaseoso, el gas es semiconductor a altas temperaturas y en funcin de su enfriamiento se vuelve aislante. Por ejemplo, el aire cambia de un buen conductor (10mho/cm), a un aislador confiable (10-12 mho/cm), solamente con variar la temperatura de 10,000 a 1,000 K. 8INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA

T1 El interruptor en posicin de cerrado, recibe una seal de apertura. Se inicia la separacin de los contactos, con la ayuda del resorte de apertura. T2 El interruptor abre y se forma el arco entre el anillo de arqueo del contacto fijo y el contacto mvil. T3 El contacto mvil se desplaza hacia abajo, abriendo an ms. En el cruce por cero de la corriente, se presenta un alto valor dielctrico. T4 El arco se extingue, restablecindose completamente el dielctrico. T5 El interruptor termina el movimiento de contactos y queda en posicin abierto.9

CLASIFICACINExisten distintas formas de clasificar a los interruptores entre ellas tenemos:Por su medio de extincin del arcoPor su construccin (o diseo externo)Por su mecanismo de operacin (seccin de mando)

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA10POR SU MEDIO DE EXTINCIN DEL ARCOelctrico, que se presenta al separarse mecnicamente los contactos. Bsicamente existen cuatro formas de extincin del arco elctrico:Interruptor de Aceite de gran y pequeo volumenInterruptor de Aire comprimido.Interruptor de hexafluoruro de azufre - SF6Interruptor de vaco

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Interruptor de gran volumen de Aceite Fue el primer interruptor utilizado para interrumpir grandes corrientes. Es un interruptor del tipo tanque muerto lleno de aceite, el cual provee el aislamiento elctrico y sirve como medio de extincin del arco.VentajasConstruccin sencilla.Alta capacidad de ruptura.Pueden usarse en operacin manual y automtica.DesventajasPosibilidad de incendio o explosin debido a las altas presiones.Necesidad de inspeccin peridica de la calidad y cantidad de aceite en el estanque.Ocupan una gran cantidad de aceite mineral de alto costo.

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12Interruptor de pequeo volumen de Aceite Solo utiliza el aceite para la interrupcin del arco elctrico. Para ello pequeas cmaras de extincin. Es de tipo tanque vivo.VentajasEmplean unas veinte veces menos de volumen de aceite que los interruptores de gran volumen de aceite. El trayecto del arco es desionizado rpidamente. Pequeo deterioro de los contactos.DesventajasRequieren una mantencin frecuente y reemplazos peridicos de aceite.Inflamabilidad del aceite.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA

13Interruptor de Aire comprimidoLa extincin del arco se produce por la accin violenta de un chorro de aire que barre el aire ionizado por efecto del arco.Ventajas:- No hay riesgos de incendio o explosin.- Operacin muy rpida.Desventajas:- Poseen una compleja instalacin debido a la red de aire comprimido, que incluye motor, compresor, tuberas, etc.,- Construccin ms compleja- Niveles de ruido altos al operarINTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA

14Interruptor de hexafluoruro de azufre SF6Posee en las cmara de extincin el SF6 que tiene una capacidad dielctrica superior a otros dielctricos conocidos. Ventajas:Alta rigidez dielctrica que hace que sea un excelente aislante.No hay riesgos de incendio o explosin.Bajo mantenimiento.Desventajas:El SF6 es 2.500 veces ms potente que el CO2 para producir efecto invernadero.Pueden generar productos altamente txicos durante la extincin del arco.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA

15Interruptor de vacoVentajas:Tiempo de operacin muy rpido, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero.La rigidez dielctrica entre los contactos se reestablece rpidamente impidiendo la reignicin del arco.Prcticamente no requieren mantenimiento y tienen una vida til mucho mayor a los interruptores convencionales.Desventajas:Generan sobretensiones producto del elevado di/dt (sobre todo en circuitos inductivos).Tienen capacidad de interrupcin limitada.Durante la extincin del arco, se produce una ligera de emisin de rayos X.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA16

Los interruptores en vaco utilizan como medio de extincin un vaco de hasta 10 - 5 Torr (Torr=1mmHg), en este vaco no se puede engendrar el plasma debido a la ausencia de tomos que se requieren para la ionizacin.16POR SU CONSTRUCCION (O DISEO EXTERNO).Desde el punto de vista del diseo de la estructura fsica, los interruptores pueden clasificarse como: interruptores de tanque vivo. interruptores de tanque muerto.

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INTERRUPTOR DE TANQUE MUERTOEl interruptor de tanque muerto significa que el tanque del interruptor y todos sus accesorios se conectan al potencial de tierra (compartimiento aterrado); la fuente externa y conexiones a la carga se hacen por medio de boquillas convencionales separados por aisladores.Ventajas del interruptor de tanque muerto:Tiene una silueta ms compacta y baja.Su construccin compacta ofrece una mayor soportabilidad ssmica.Pueden ser despachados de fbrica ya ensamblado.Se utilizan en la mayora de pases que rigen bajo la norma ANSI.

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INTERRUPTOR DE TANQUE VIVOEl interruptor de tanque vivo significa que las partes metlicas y de porcelana que contienen el mecanismo de interrupcin se encuentran montadas sobre columnas de porcelana aislante y estn por lo tanto al potencial de la lnea.Ventajas del interruptor de tanque vivo:Tiene un costo inferior (sin transformadores de corriente)Menos requerimiento de espacio.Utiliza menor cantidad de medio de interrupcin.Se utilizan en los pases que se rigen bajo la norma IEC.

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Por su mecanismo de operacin (seccin de mando)Son tres los tipos de mandos ms usados en los interruptores de potencia:NeumticoHidrulicoMecnico accionado por resortes

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA20Mando NeumticoUsualmente se encuentra en los interruptores de aire comprimido. Este tipo de mando usa aire comprimido como un medio dielctrico y contactos mviles del tipo de pistn.Un mecanismo neumtico debe contener:Manmetro indicador de presin del sistema de aire comprimido.Filtro y dispositivo de secado de aire.Vlvula para purga de condensado colocada en la parte inferior del tanqueConexin para la alimentacin externa del aireVlvula de seguridad.

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Grupo motor - compresor y accionamiento neumtico del interruptor Energomex de 115kVMando HidrulicoEste tipo de mando tiene un reservorio de energa, o un acumulador de nitrgeno comprimido o de resortes comprimidos por una bomba y por fluido hidrulico. Un mecanismo hidrulico debe contener:manmetro indicador de presin del sistema hidrulico o indicador de nivel de aceite,Medio de conexin para acoplar al sistema hidrulico una bomba de aceite de emergencia,vlvulas para llenado, vlvulas de alivio de presin, drenaje y muestreo del aceite del mecanismo.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA22Mando Mecnico accionado por resortes.Este tipo de mando es el de mayor demanda por su confiabilidad comprobada y tambin por su muy baja frecuencia de mantenimientos peridicos. Consta usualmente de dos resortes comprimidos, uno usado para acumular la energa necesaria para cerrar el interruptor y el otro para almacenar energa para abrir el interruptor.

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GABINETES.Los gabinetes deben ser de lmina de aleacin de aluminio, lmina de acero al carbn o inoxidable, y el espesor debe ser tal que resista el manejo de transporte, montaje y operacin sin deformacin permanente alguna. En caso de ser lmina de acero al carbn, el gabinete debe ser protegido tanto por la parte interna como la externa con el siguiente sistema de recubrimientos:Preparacin de superficie: Abrasivos a presin a metal casi blanco.Primario: Orgnico de cinc epoxi-poliamida, aplicado en una capa a un espesor seco de 50 m a 75 m.Acabado: Acabado vinlico altos slidos, aplicado en una capa con un espesor seco de 75 m a 100 m.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA24INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA25

ELEMENTOS MNIMOS DEL GABINETE CENTRALEste gabinete debe contener como mnimo, los siguientes elementos:a) Resistencia calefactora y control con termostato, protegida con una rejilla metlica e interruptor de potencia termo magntico de capacidad adecuada.b) Un selector de dos posiciones para operacin local o remota.c) Sistema de control para la operacin de anti-bombeo en el circuito de cierre.d) Detector temporizador de discrepancia de polos en el caso de un mecanismo por polo.e) Un interruptor termo magntico para cierre, uno para disparo 1 y otro para disparo 2. Un interruptor termo magntico general para el circuito de auxiliares por cada interruptor de potencia.f) Combinacin de interruptor termo magntico y contactor directo a la lnea, para la alimentacin y proteccin de cada motor del mecanismo de operacin.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA26ALARMAS Y BLOQUEOS.Como mnimo deben incluirse las siguientes alarmas y bloqueos:a) Alarma por prdida de presin en el gas SF6 y bloqueo del interruptor para su operacin cuando se llegue al valor lmite en el cual no se asegura la capacidad interruptiva.b) Alarma por prdida de presin en el mecanismo de operacin y bloqueo del interruptor de potencia para su operacin, cuando la presin alcance un valor lmite que no garantice la correcta operacin del mismo bajo alguna de las condiciones siguientes:Resorte descargado en mecanismos de resorte.Perdida de presin de nitrgeno en el acumulador de los mecanismos hidrulicos.Baja presin en el sistema de aire en mecanismos neumticos.Alarma por ausencia de tensin de corriente alterna.

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA27Componentes: se deben incluir los componentes siguientes:a) Indicadores visuales de la posicin de apertura y cierre:- un mecnico, con la leyenda cerrado (rojo) y abierto (verde),- un juego de dispositivos luminosos multiled (mnimo de 12 led tipo torreta o semforo, para uso a la intemperie, localizada en la parte lateral superior y que sea visible a una distancia de 20 m, de la condicin de abierto o cerrado del interruptor. Se debe utilizar el color verde para indicar posicin abierto y color rojo para indicar posicin cerrado.b) Contador de operaciones.- este contador debe ser acumulativo y sin opcin de restar operaciones o regresar a cero su indicacin y que su vida til sea igual o mayor a la garantizada para el mecanismo de operacin.c) Conmutador de contactos auxiliares.- un conmutador de contactos auxiliares acoplado al mecanismo de operacin y accionado por el mismo: el conmutador debe tener como mnimo 10 contactos para uso exclusivo del cliente.INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA28INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA29d) Conexin a tierra del interruptor.- dos placas de conexin a tierra del interruptor localizadas en lados opuestos del bastidor.e) Accesorios del mecanismo de operacin.- indicador de la carga del resorte o indicadores de carga del dispositivo de energa almacenada,- dispositivo para la carga manual del resorte con bloqueo de accionamiento elctrico (para mecanismos a base de resorte),- manivela de carga manual (para mecanismos a base de resorte).f) Accesorios de maniobra.- el interruptor completo debe contar con los dispositivos de izaje (ganchos, orejas, entre otras) necesarios para su levantamiento y maniobras.TENSIONES DE CONTROL Y DEL EQUIPO AUXILIAR DEL INTERRUPTOR.Las tensiones de control y del equipo auxiliar del interruptor de potencia se indican en las caractersticas particulares y deben corresponder a las tensiones nominales indicadas en las siguientes tablas:INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA30

Tabla 2.7.- Tensin de control para relevadores, bobinas de apertura y cierre, sealizacin, alarmas y motores universales.CRITERIOS PARA SELECCIN DE INTERRUPTORES DE POTENCIA EN M.TPara la seleccin de un interruptor de potencia, se deben determinar las caractersticas fundamentales y deben ser igual o mayor a los valores que presente el circuito: Condiciones climatolgicas. Condiciones Ssmicas.Condiciones Elctricas. EstndaresUso

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA31Condiciones Elctricas. Tensin nominal y tensin mxima de diseo. Nivel de aislamiento.Corriente nominal Corriente de corto circuito.Frecuencia nominal.

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA321. TENSIN NOMINAL Y TENSION MAXIMA DE DISEO. La tensin nominal es el voltaje eficaz (R.M.S.) de operacin del sistema entre fases en volts a la frecuencia nominal.Esta caracterstica establece el lmite superior de la tensin del sistema para el cual est diseado el interruptor.Los valores tpicos de tensin mxima que se encuentran en aplicaciones de tipo ANSI son: 4.76, 8.25, 15, 27 y 38 kV.Los valores tpicos de clases de tensin encontrados con aplicaciones IEC son: 3.6, 7.2, 12, 17.5, 24, y 36 kV. (Segn la Norma IEC 62271-100-2001)

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA332. NIVEL DE AISLAMIENTOINTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA34 El nivel de aislamiento asignado es la rigidez dielctrica entre fase y tierra, entre fases y a travs de la distancia entre contactos abierta.

3. CORRIENTE NOMINALEs la cantidad de corriente que el interruptor puede llevar continuamente a 60 ciclos sin rebasar el lmite de elevacin de temperatura.Los valores establecidos por la IEC en la Norma IEC-62271-100-2001 y la ANSI en la Norma ANSI-C37.12-1952 Guide Specifications for Alternating Current Power Circuit Breakers son:Los valores de corriente nominal establecidos por IEC son:

Los valores correspondientes especificados por ANSI son; 600 A; 1 200 A; 1600A y 2 000 A.

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA35corrientes nominales para interruptores de potencia segn IEC corriente nominal (A)630800125016002000315040004. CORRIENTE DE CORTO CIRCUITOEs el nivel de la corriente de cortocircuito trifsica que el interruptor puede interrumpir con seguridad. La Corriente de Cortocircuito es una clasificacin de la tensin mxima del interruptor (ANSI) o clase de tensin (IEC)Las intensidades de corriente de cortocircuito tpicas encontradas con aplicaciones ANSI son: 16, 29, 33, 37 y 63 kA. Las intensidades de corriente de cortocircuito tpicas encontradas con aplicaciones IEC son: 16, 25, 31.5, y 40 kA.

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA36INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA37

5. FRECUENCIA NOMINAL.La frecuencia nominal de un interruptor es la frecuencia de la red para la que el interruptor fue diseado y a la que corresponden las otras caractersticas nominales.La frecuencia nominal sera de 50 Hz o 60 Hz segn la norma IEC-56-2

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA38EJEMPLO PARA EL CLCULO DE UN INTERRUPTOR DE POTENCIA en MT.Nivel de tensin nominal Vn = 22,9 kVPotencia del transformador a proteger: Sn = 6 MVAImpedancia de cortocircuito: Zcc = 8%

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA39Mxima Tensin de Operacin La mxima tensin de operacin para el diseo, es elegida de acuerdo a las recomendaciones de las normas IEC para las tensiones nominales correspondiente.Para una tensin nominal de 22.9kV tenemos:Para interior: es de 24Kv Para exterior: es de 36kv (por recomendacin usamos el valor inmediato superior)En nuestro ejemplo el interruptor va a ser implementado en el exteriorINTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA40NIVEL BSICO DE AISLAMIENTOAislamiento Exterior de los Equipos son:Tensin mxima del equipo: 36,0 kV Tensin de sostenimiento a la frecuencia industrial: 70,0 kV Tensin de sostenimiento a la onda de impulso 1,2/50: 145,0 kV pico (BIL)Aislamiento Interior de los Equipos son:Tensin mxima del equipo: 24,0 kV Tensin de sostenimiento ala frecuencia industrial: 50,0 kV Tensin de sostenimiento a la onda de impulso 1,2/50: 95,0 kV pico (BIL)

INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA41Determinacin de la Corriente Nominal del InterruptorINTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA42INTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA43

max: 105 Cr: 65 C a: 12 CINTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA44Calculo de cortocircuitoINTERRUPTORES Y SECCIONADORES DE POTENCIA45VERIFICACIN DE LAS CARACTERSTICAS ELCTRICAS DEL INTERRUPTORVdiseo Calculada = Vn Catalogo Para 22,9 kV: tensin mxima asignada = 36,0 kV. Corriente Nominal: Debe verificarse que: In Calculada < In Catalogo Efectuando la comparacin se obtiene: Para 22,9 kV: 276,86 A 2000 A Corriente de cortocircuito: 3.46 kATensin de ensayo al Impulso tipo rayo: se debe verificar que: BIL calculado < = BIL catalogo El BIL necesario del interruptor para la mxima tensin de operacin Segn norma ser: Para 22,9 kV: 145kV