interruptores en vacio terminado
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INTRODUCCIÓN
Los interruptores que se usaban antiguamente en los circuitos eléctricos eran,
generalmente, de accionamiento manual y del tipo seccionador (cuchilla). Con el
aumento de las intensidades y de las tensiones requeridas en el sector industrial
resultó que el arco que se formaba al abrir el interruptor dañaba o destruía los
contactos. Entonces se construyeron interruptores que abrían o cortaban
rápidamente los circuitos por medio de un resorte o por la acción de la gravedad,
reduciendo así la duración del arco y la magnitud del deterioro del interruptor.
Colocando el interruptor en posición vertical, con ruptura horizontal, la
corriente de aire por convección, debida al calor del arco, tiende a extender el arco
hacia arriba, alejándolo del interruptor; así mismo, la acción magnética de la espira
formada por el interruptor y el arco tiende a aumentar la longitud del arco
extinguiéndolo.
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INTERRUPTORES DE VACÍO
1. Definición.
Los interruptores de potencia de media tensión antiguos, interrumpen la
corriente extinguiendo el arco que se produce a l separarse los contactos,
mediante el empleo de un medio de extinción que refrigera y deioniza el mismo.
Normalmente el arco se extingue por el paso por cero de la corriente. Como
medio de extinción se emplea preferentemente aceite, aire y hexafluoruro de
azufre. 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.
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2. Características Comparativas de los Interruptores:
Los interruptores se pueden clasificar de acuerdo a sus características
constructivas. Las principales características constructivas de los interruptores
consisten en la forma en que se extingue el arco y a la habilidad mostrada para
establecer la rigidez dieléctrica entre los contactos para soportar en buena
forma (sin reencendido del arco) las tensiones de reignición.
3. 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.
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4. Arco Eléctrico
Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla es
inevitable la presencia del arco eléctrico, la que sin duda es una condición
desfavorable, en la operación de interruptores. Durante la presencia del arco se
mantiene la circulación de corriente en el circuito de potencia. Las
características del arco dependen, entre otras cosas de:
• La naturaleza y presión del medio ambiente donde se induce.
• La presencia de agentes ionizantes o desionizantes.
• La tensión entre los contactos y su variación en el tiempo.
• La forma, separación y estructura química de los contactos.
• La forma y composición de la cámara apaga chispa.
• Sistema de extinción del arco.
La generación del arco se debe a la ionización del medio entre los contactos,
haciéndolo conductor, lo que facilita la circulación de corriente. La presencia de
iones se origina por la descomposición de las moléculas que conforman el
medio entre los contactos, producto de colisiones entre éstas y los electrones
aportados por la corriente. Se puede decir que la emisión de electrones desde
la superficie de los contactos de un interruptor, se debe a las siguientes causas:
• Aumento de temperatura, originando una emisión termo-iónica de electrones.
• Presencia de un alto gradiente de tensión, responsable de la emisión de
electrones por efecto de campo.
La emisión termoiónica de electrones se produce por el aumento en la
resistencia y en la densidad de corriente en la superficie de los contactos,
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al momento de producirse la apertura. De igual forma, el alto gradiente de
potencial existente entre los contactos durante los primeros instantes del
proceso de apertura, origina un proceso de emisión de electrones por efecto de
campo eléctrico. Estos electrones altamente energéticos chocan con las
moléculas del medio, produciendo una reacción química endotérmica o
exotérmica. La energía calórica desarrollada durante el arco es altamente
destructiva y puede calcularse por medio de la ecuación
5. Formas de Extinguir el Arco
En los interruptores de potencia una de las formas de extinguir el arco, es
aumentando la resistencia que ofrece el medio a la circulación de corriente.
La resistencia del arco puede aumentarse enfriando el arco, o bien alargándolo,
o dividiéndolo. El inconveniente de este último método, es que la energía que
debe ser disipada es alta, razón por la cual su uso se limita a aplicaciones en
baja y media tensión tanto en corriente alterna como en continua.
6. 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.
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7. Ventajas de los Interruptores en Vacío
- 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.
8. Desventaja de los Interruptores en Vacío
Dificultad para mantener la condición de vacío.
Tienen capacidad de interrupción limitada.
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9. Especificaciones Técnicas de los Interruptores de Potencia
Se solicita según 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.
10. 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 siguiente condición:
En operación de cierre 3 mlsg y en apertura 2 mlsg como máximo.
Cuando exista más 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 último contacto del mismo polo de acuerdo a las siguiente
condición:
En operación de cierre y apertura a 2 milisegundos, máximo.