El Interruptor de Potencia Es El Dispositivo Encargado de Desconectar Una Carga o Una Parte Del...

8/18/2019 El Interruptor de Potencia Es El Dispositivo Encargado de Desconectar Una Carga o Una Parte Del Sistema Eléctrico

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El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del sistemaeléctrico, tanto en condiciones de operación normal (máxima carga o en vacío) como en condición decortocircuito. La operación de un interruptor puede ser manual o accionada por la señal de un relé encargadode vigilar la correcta operación del sistema eléctrico, donde está conectado.

Existen diferentes formas de energizar los circuitos de control. ara o!tener una ma"or confia!ilidad, estos

circuitos se conectan a !ancos de !aterías. Este tipo de energización, sí !ien aumenta los índices deconfia!ilidad, tam!ién aumenta el costo " los re#uerimientos de mantención exigidos por las !aterías. Lastensiones más empleadas por estos circuitos son de $% " &' . *am!ién es com+n energizar estos circuitosde control, a través de transformadores de servicios auxiliares, conectados desde las !arras de la centralgeneradora o su!estación, con un voltae secundario en estrella de $--'/& olts.

1.4.1 Arco Eléctrico

0uando un interruptor a!re un circuito con carga o por despear una falla es inevita!le la presencia del arcoeléctrico, la #ue sin duda es una condición desfavora!le, en la operación de interruptores. 1urante lapresencia del arco se mantiene la circulación de corriente en el circuito de potencia. Las características delarco dependen, entre otras cosas de2

3 La naturaleza " presión del medio am!iente donde se induce.

3 La presencia de agentes ionizantes o desionizantes.

3 La tensión entre los contactos " su variación en el tiempo.

3 La forma, separación " estructura #uímica de los contactos.

3 La forma " composición de la cámara apaga c4ispa.

3 5istema de extinción del arco.

La generación del arco se de!e a la ionización del medio entre los contactos, 4aciéndolo conductor, lo #uefacilita la circulación de corriente. La presencia de iones se origina por la descomposición de las moléculas#ue conforman el medio entre los contactos, producto de colisiones entre éstas " los electrones aportadospor la corriente. 5e puede decir #ue la emisión de electrones desde la superficie de los contactos de uninterruptor, se de!e a las siguientes causas2

3 6umento de temperatura, originando una emisión termo7iónica de electrones.

3 resencia de un alto gradiente de tensión, responsa!le de la emisión de electrones por efecto de campo.

La emisión termoiónica de electrones se produce por el aumento en la resistencia " en la densidad decorriente en la superficie de los contactos, al momento de producirse la apertura. 1e igual forma, el altogradiente 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 altamenteenergéticos c4ocan con las moléculas del medio, produciendo una reacción #uímica endotérmica oexotérmica. La energía calórica desarrollada durante el arco es altamente destructiva " puede calcularse por

medio de la ecuación (&.&).

(&.&)

1onde2

8 e 2 Energía li!erada por el arco, durante el tiempo t.


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9 (t) 2 alor instantáneo de la corriente en función de t.

e !(t) 2 0aída de tensión a través del arco en función de t.

t 2 *iempo de duración del arco.

1.4.2. Formas de Extinguir el Arco

En los interruptores de potencia una de las formas de extinguir el arco, es aumentando la resistencia #ueofrece el medio a la circulación de corriente.

La resistencia del arco puede aumentarse enfriando el arco, o !ien alargándolo, o dividiéndolo. Elinconveniente de este +ltimo método, es #ue la energía #ue de!e ser disipada es alta, razón por la cual suuso se limita a aplicaciones en !aa " media tensión tanto en corriente alterna como en continua.

1.4.3 Características comparativas de los Interruptores:

Los interruptores se pueden clasificar de acuerdo a sus características constructivas. Las principalescaracterísticas constructivas de los interruptores consisten en la forma en #ue se extingue el arco " a la

4a!ilidad mostrada para esta!lecer la rigidez dieléctrica entre los contactos para soportar en !uena forma(sin reencendido del arco) las tensiones de reignición.

Las ventaas " desventaas de los principales tipos de interruptores se indican a continuación2

1.4.3.1.- Interruptores de gran volumen de aceite:

Ventajas:

7 0onstrucción sencilla,

7 6lta capacidad de ruptura,7 ueden usarse en operación manual " automática,7 ueden conectarse transformadores de corriente en los !us4ings de entrada.

Desventajas:

7 osi!ilidad de incendio o explosión.7 :ecesidad de inspección periódica de la calidad " cantidad de aceite en el estan#ue.7 ;cupan una gran cantidad de aceite mineral de alto costo.7 :o pueden usarse en interiores.7 :o pueden emplearse en conexión automática.7 Los contactos son grandes " pesados " re#uieren de frecuentes cam!ios.7 5on grandes " pesados.

1.4.3.2.- Interruptores de pequeño volumen de aceite

Ventajas:

7 0omparativamente usan una menor cantidad de aceite.7


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Desventajas:

7 eligro de incendio " explosión aun#ue en menor grado comparados a los de gran volumen.7 :o pueden usarse con reconexión automática.7 >e#uieren una mantención frecuente " reemplazos periódicos de aceite.7 5ufren de ma"or daño los contactos principales.

1.4.3.3.- Interruptores Neumáticos

5e usan principalmente en alta tensión " poseen las siguientes características2

Ventajas:

7 :o 4a" riesgos de incendio o explosión.7 ;peración mu" rápida.7 ueden emplearse en sistemas con reconexión automática.7 6lta capacidad de ruptura.7 La interrupción de corrientes altamente capacitivas no presenta ma"ores dificultades.7


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7 *iempo de operación mu" rápidos, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero.7 >igidez dieléctrica entre los contactos se resta!lece rápidamente impidiendo la reignición del arco.7 5on menos pesados " más !aratos.7 rácticamente no re#uieren mantención " tienen una vida +til muc4o ma"or a los interruptoresconvencionales.7 Especial para uso en sistemas de !aa " media tensión.

Desventajas:

7 1ificultad para mantener la condición de vacio.7 Aeneran so!re7tensiones producto del elevado didt.7 *ienen capacidad de interrupción limitada.

Es importante destacar la importancia #ue tiene el material con #ue se fa!rican los contactos de losinterruptores en vacío. La esta!ilidad del arco al momento de separarse los contactos, dependeprincipalmente de la composición #uímica del material con #ue fueron fa!ricados. 5i el arco es inesta!le,significa #ue se apaga rápidamente antes del cruce natural por cero de la corriente, generando elevadosdidt con las consiguientes so!re tensiones. ara evitar esta situación, se !uscan materiales #ue presenten!aa presión de vapor en presencia de arco. Estos materiales no son fáciles de encontrar, pues tienenpropiedades no del todo apropiadas para uso en interruptores en vacío. or eemplo materiales con !uenaconductividad térmica " eléctrica, tienen !aos puntos de fusión " e!ullición, " alta presión de vapor a altastemperaturas. 5in em!argo, metales #ue presentan !aa presión de vapor a altas temperaturas son malos

conductores eléctricos. ara com!inar am!as características se 4an investigado aleaciones entre metales "materiales no metálicos como 0o!re7Bismuto, 0o!re7lomo, 0o!re7*antalio, lata7Bismuto, o lata7*elorium.

1.4.3.5.- Interruptores en Hexafluoruro de Azufre:

El 5= C se usa como material aislante " tam!ién para apagar el arco. El 5= C es un gas mu" pesado ( vecesla densidad del aire), altamente esta!le, inerte, inodoro e inflama!le. En presencia del 5= C la tensión delarco se mantiene en un valor !ao, razón por la cual la energía disipada no alcanza valores mu" elevados. Larigidez dieléctrica del gas es '. veces superior a la del aire (a presión atmosférica). La rigidez dieléctricadepende de la forma del campo eléctrico entre los contactos, el #ue a su vez depende de la forma "composición de los electrodos. 5i logra esta!lecerse un campo magnético no uniforme entre los contactos, larigidez dieléctrica del 5= C puede alcanzar valores cercanos a veces la rigidez del aire. 5on unidadesselladas, trifásicas " pueden operar durante largos años sin mantención, de!ido a #ue prácticamente no sedescompone, " no es a!rasivo.

;tra importante ventaa de este gas, es su alta rigidez dieléctrica #ue 4ace #ue sea un excelente aislante.1e esta forma se logra una significativa reducción en las superficies ocupadas por su!estaciones "sDitc4gear. La reducción en espacio alcanzada con el uso de unidades de 5= C es cercana al - comparadoa su!estaciones tradicionales. Esta ventaa muc4as veces compensa desde el punto de vista económico,claramente se de!e mencionar #ue 4a" un ma"or costo inicial, en su implementación. La presión a #ue semantiene el 5= C en interruptores, es del orden de &$ atmósferas, mientras #ue en sDitc4gear alcanza las $atmósferas.

El continuo aumento en los niveles de cortocircuito en los sistemas de potencia 4a forzado a encontrarformas más eficientes de interrumpir corrientes de fallas #ue minimicen los tiempos de corte " reduzcan laenergía disipada durante el arco. Es por estas razones #ue se 4an estado desarrollando con !astante éxitointerruptores en vacío " en 4exafluoruro de azufre (5= C) .

Ejemplo interruptor en el mercado.

Interruptor SF6

( Técnica auto-compresión)

GROUPE SCHEI!ER


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" a #$%&'

1. Terminal superior de corriente.

2. Superficie aislante.

3. Contacto principal fijo.

4. Contacto fijo arco.

5. Movimiento contacto arco.

6. Boquilla aislante.

. Contacto principal! movimiento".

#. $ist%n !movimiento".

&. C'mara de presi%n.

1(. Terminal inferior de corriente.

11. Barra de cone)i%n.

12. Biela.

13. Sello.

14. *entilaci%n o e)tracci%n deresiduos.

15. Canasto molecular.

16. Base.


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INTERRUPTOR SF6 UTILIZADO TECNICA CON AUTO-COMPRESION SF6 !

OPERCIO !E* ITERRUPTOR SF6

• Contacto principal + contacto de arco estan

inicialmente cerrado !fi,.1"

•

• $re-compresi%n Cuando empie/an

a0rirseel piston comprime el ,as S6 en

la c'mara de presi%n.

• $eriodo de arco l arco que se forma

entre el contacto. l pist%n continua en

movimiento una pequea cantidad de ,as es

in+ectada al arco!0oquilla aislante"con estova disminu+endo la corriente en el arco + se

va enfriando por convecci%n.

• l movimiento de las partes termina + la

in+ecci%n de ,as frio continua asta estar

completamente a0ierto los contactos.


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Interruptor SF6+ Circuitos menores o i,ua a ".%&'

Operación

• nterruptor cerrado. • Contacto principal a0ierto

corriente transfiri7ndose por los

contactos del arco.


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• Contacto del arco separados. l

arco enfriado por rotaci%n

causado por el campo

ma,n7tico creado por la 0o0ina cuando la corriente a

disminuido. 8a so0represi%n de

ori,en t7rmico producido por elarco en la c'mara de e)pansi%n

e)tin,ue el arco por la fuer/a

interna.

• Circuito a0ierto.

1.4.4.- Especificación técnica de un Interruptor de Potencia.

La selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicación consiste en definir un conuntode valores #ue limitan las condiciones de operación máximas del interruptor. Los parámetros a indicar sonalgunos de los cuales de!en tenerse presente2

3 *ensión nominal.


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3 =recuencia nominal.

3 0orriente nominal.

3 >igidez dieléctrica (clase de aislación).

3 0iclo de tra!ao.

3 0orriente de cortocircuito momentánea.

3 0orriente de cortocircuito de interrupción.

3 Etc.

1.4.4.1.- Tensión Nominal

Es el máximo valor efectivo de tensión al cual el interruptor puede operar en forma permanente. En generalesta tensión es ma"or al voltae nominal del sistema.

1.4.4.2.- Frecuencia nominal

Es la frecuencia a la cual el interruptor está diseñado para operar. Este valor tiene incidencia en los tiemposde apertura " cierre de los contactos además del tiempo de apagado del arco.

1.4.4.3.- Corriente nominal

Es el máximo valor efectivo de corriente #ue puede circular a través del interruptor en forma permanente, afrecuencia nominal, sin exceder los límites máximos de temperatura de operación indicados para loscontactos. La temperatura en los contactos depende del material #ue están 4ec4os (co!re, plata oe#uivalente), del medio en #ue están sumergidos, " de la temperatura am!iente. En interruptores concontactos de co!re, las máximas temperaturas de operación, están referidas a una temperatura am!iente

máxima de $- F0 " en caso de contactos de plata de F0.

1.4.4.4.- Rigidez dieléctrica

1efine la máxima tensión #ue soporta el interruptor sin dañar su aislación. La rigidez dieléctrica de!emedirse entre todas las partes aisladas " partes energizadas " tam!ién entre los contactos cuando estána!iertos. Estas prue!as se realizan entre contactos " tierra (contacto cerrado), a través de los contactos,entre fases (con contactos cerrados).

1.4.4.5.-Ciclo de trabajo

El ciclo de tra!ao normal de un interruptor de potencia se define como dos operaciones Gcerrar7a!rirG con &segundos de intervalo. ara este ciclo de tra!ao, el interruptor de!e ser capaz de cortar la corriente decortocircuito especificada en sus características de placa.

1.4.4.6.- Corrientes de cortocircuito de momentánea

Es el valor máximo efectivo #ue de!e soportar el interruptor sin #ue sufra un deterioro, de!e ser capaz desoportar el paso de esta corriente en los primeros ciclos cuando se produce la falla (& a / ciclos). Entre estascorrientes de!en especificarse los valores simétricos " asimétricos.


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1.4.4.7.-Corrientes de cortocircuitos de interrupción.

Es el máximo valor efectivo medido en el instante en #ue los contactos comienzan a separarse. Estacorriente corresponde a un cortocircuito trifásico o entre líneas con tensión " ciclo de tra!ao nominal. Entreestas corrientes de!en especificarse los valores simétricos " asimétricos de interrupción.

a) La capacidad de interrupción simétrica

Es la máxima corriente >


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contactos, energizando nuevamente el circuito. 1espués de una, dos, " 4asta tres operaciones rápidas elrestaurador cam!ia a una operación de características retardada.

1.4.7.- Desconectadores o Seccionalizadores.

Hn desconectador o seccionalizador es un dispositivo de apertura, #ue de!e operar siempre con el circuitodesenergizado. 1e!ido a #ue este e#uipo no está diseñado para cortar corrientes de falla, se utiliza siempreaguas arri!a de un interruptor de potencia para aislar sistemas, para poder realizar mantencionespreventivas o programadas.

1.4.8.- Interruptores de Baja Tensión.

Los interruptores utilizados en la protección de circuitos con voltaes nominales inferiores a &--- olts encorriente alterna o /--- olts en corriente continua, tienen características constructivas " de operacióndiferentes a los interruptores en media " alta tensión.

La detección de so!re intensidades se realiza mediante tres dispositivos diferentes2 térmicos paraso!recargas, magnéticos para cortocircuitos " electrónicos para am!os. Los interruptores térmicos "magnéticos, generalmente asociados (interruptores automáticos magnetotérmicos), poseen una técnicapro!ada " económica, si !ien ofrecen menos facilidades de regulación #ue los interruptores electrónicos.

• Rel" t"rmico#

Está constituido por un termo elemento cu"o calentamiento por encima de los valores normales defuncionamiento provoca una deformación #ue li!era el cierre de !lo#ueo de los contactos. El tiempo dereacción de un termo elemento es inversamente proporcional a la intensidad de la corriente. 1e!ido a suinercia térmica, cada nueva activación del circuito disminuirá su tiempo de reacción.

• Rel" ma$n"tico#

Está constituido por un !ucle magnético cu"o efecto li!era el cierre de !lo#ueo de los contactos, provocandoasí el corte en caso de so!re intensidad elevada. El tiempo de respuesta es mu" corto (del orden de una

centésima de segundo).

• Rel" electr%nico#

Hn toroidal, situado en cada conductor, mide permanentemente la corriente en cada uno de ellos. Estainformación es tratada por un módulo electrónico #ue acciona el disparo del interruptor cuando seso!repasan los valores de auste. La curva del interruptor presenta tres zonas de funcionamiento.

3 Kona de funcionamiento instantáneoM2Aarantiza la protección contra cortocircuitos de alta intensidad.iene austada de fá!rica a un valor determinado ( a '- N6 seg+n los modelos).

3 Kona de funcionamiento de retardo cortoM2Aarantiza la protección contra cortocircuitos de intensidadmenor, generalmente en el extremo de línea. El um!ral de activación suele ser regula!le. La duración delretardo puede llegar por pasos 4asta un segundo a fin de garantizar la selectividad con los aparatos situados

aguas a!ao.

3 Kona de funcionamiento de largo retardoM2Es asimila!le a la característica de un interruptor térmico.ermite garantizar la protección de los conductores contra so!recargas. 6demás, dic4o auste permite !uscarlas meores condiciones de selectividad entre los aparatos.

En el comercio existe una gama de interruptores #ue ofrecen los proveedores, como por eemplo2

Interruptores automáticos e potencia !P" #e$ran


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Fi$ura N& '.6

1iferentes modelos


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Fi$ura N& '.(

6 continuación se muestra las características técnicas asociado a cada interruptor (ta!la :O &./) con lascurvas de disparo (figura :O&.% " :O &.P).

Ta)la N& '.*


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Fi$ura N& '.+


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Fi$ura N& '.,


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