Interruptores y Cuchillas

7/24/2019 Interruptores y Cuchillas

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SUBESTACIONES ELCTRICAS.INTERRUPTORES Y CUCHILLAS.

CUCHILLAS DESCONECTADORAS

Una cuchilla desconectadora, es un dispositivo mecnico que conduce corriente elctrica

y provee un punto de apertura (o punto de seccionamiento), en un circuito, para

aislamiento de los siguientes dispositivos:

Interruptores de potencia.

Seccionadores de circuitos.

Transormadores de !otencia.

"ancos de #apacitores.

$eactores.

%tros equipos de su&estaci'n.

INSTALACINES ELCTRICAS INDUSTRIALES. ING.MEC. ELEC. ISAAS CECILIO VENTURA NAVA.


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as cuchillas, normalmente, a&ren (desconectan) con tensi'n, pero no con corriente (sin

carga), aunque hay cuchillas diseadas, para a&rir con carga, que se aplican en media

tensi'n.

CUCHILLAS DESCONECTADORAS.

*e apertura vertical.

*e do&le apertura (una apertura en cada e+tremo).

*e do&le apertura en v- (una apertura en cada e+tremo).

*e apertura en el centro.

*e apertura en v- en el centro.

*e apertura lateral (hacia a un solo lado).

*e tipo pant'grao.

*e puesta a tierra.

*e apertura vertical con pequeo aro para manipular con prtiga.

*e tipo cuchillausi&le (cortacircuito usi&le).

INTERRUPTORES DE POTENCIA.

Un interruptor de potencia, est diseado, para

a&rir con corriente nominal (a&rir con carga), o

en condiciones de corriente de corto circuito.

!or la tecnolog/a utili0ada en su diseo, para la

e+tinci'n del arco, los interruptores de potencia

se clasiican de la siguiente manera:

1n aire.

1n aire comprimido.

*e soplo magntico.

1n aceite (de gran volumen y de pequeo

volumen).

1n S23 4e+aluoruro de 50ure.



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1n vac/o.

INTERRUPTORES DE POTENCIA DE LAS SUBESTACIONES.

Introduccin.

a unci'n de un interruptor consiste en conectar e interrumpir, una o repetidas veces, en

condiciones normales y anormales de tra&a6o, dierentes circuitos elctricos. 5l esta&lecer

o deshacer el contacto de los elementos de interrupci'n, hay una etapa transitoria de

arqueo entre contactos, regida por las descargas elctricas que ocurren entre ellos. Si la

corriente esta pasando por un circuito, antes de que ste sea a&ierto por el interruptor, en

el instante de separaci'n se orma un arco entre los contactos y la corriente puede

continuar por el circuito hasta que cese la descarga. 1l estudio de este en'meno, aunquemuy comple6o, tiene gran importancia para el diseo y las caracter/sticas de operaci'n de

los interruptores.

Teora y prctica de !o" interruptore" con#enciona!e".

1l tipo de interruptor se decide por el mtodo mediante el cual la corriente residual se

desioni0a a la corriente cero y por la capacidad de la condici'n dielctrica para soportar el

volta6e transitorio de resta&lecimiento, el cual aparece despus de que cesa de pasar la

corriente. !ara controlar esta desioni0aci'n en el menor tiempo posi&le, se han adoptadovarias tcnicas, tales como la interrupci'n en aire, interrupci'n en aceite y la interrupci'n

por soplo de aire, as/ como la interrupci'n en soplo magntico.

Interruptor auto$tico.

1l dispositivo ms sencillo para la interrupci'n de circuitos es el interruptor de nava6as.

#errando el interruptor contra la acci'n de un resorte, se tiene un dispositivo automtico

en el cual se almacena la energ/a para a&rir los contactos en la sola operaci'n de cierre.

1ste dispositivo se ilustra en la siguiente igura:



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INTERRUPTOR AUTO%&TICO.

1n este caso, solo se necesita una pequea uer0a y un tiempo &reve para a&rir el

interruptor por medio de una simple tra&illa, la cual, cuando se dispara, li&era la energ/a

almacenada del resorte y a&re los contactos. 1l interruptor se convierte as/ en un

verdadero disyuntor que puede interrumpir la corriente en condiciones predeterminadas,

es decir, cuando ocurre un cortocircuito o cuando un e+ceso de corriente hace peligrar el

sistema. 1ste es, o&viamente, un mtodo de control muy &urdo y s'lo se usa en los

circuitos sencillos de &a6o volta6e.

Interruptore" en aire.

1l proceso de interrupci'n del arco en los interruptores de interrupci'n en aire, se &asa en

la desioni0aci'n natural de los gases por una acci'n enriadora. 1l arco es resilente

(elstico), puede estirarse y tiene una resistencia que puede aumentar tanto por longitud

como por coninamiento. !or lo tanto, el incremento de la resistencia del arco es tan alto,

que la corriente de corto circuito desciende y la corriente y el volta6e entran en ase.

$educiendo la dierencia de ase entre el volta6e del sistema y la corriente de corto circuitose asegura que, cuando se interrumpe la corriente del arco a su valor cero, el volta6e de

recuperaci'n tenga un valor muy &a6o. 1l volta6e de resta&lecimiento se reduce, en

consecuencia, a un valor mucho menor y no se le de6a alcan0ar el valor igual al do&le del

volta6e m+imo del sistema, un en'meno que ocurre en la mayor/a de los casos cuando

se interrumpe la corriente del arco a actor de potencia &a6o por medio de otros

interruptores convencionales. Sin em&argo, la energ/a disipada en el arco es alta y esto

limita la aplicaci'n de la interrupci'n de alta resistencia a los interruptores de c. a. de

potencia mediana y &a6a7 tam&in se emplea para los interruptores de c. d. de potencia

mediana y &a6a.

Mtodos para incrementar la resistencia del arco.

!ara incrementar la resistencia del arco, se emplean los mtodos siguientes:



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Alargamiento del arco. a resistencia es apro+imadamente proporcional a la

longitud del arco.

Enfriamiento del arco. 1l volta6e requerido para mantener la ioni0aci'n, aumentacuando la temperatura disminuye, por lo que logrando un enriamiento eectivo seaumenta la resistencia.

Divisin del arco. Se a&sor&e un volta6e aprecia&le en las dos supericies de

contacto, por lo que, si el arco puede dividirse en un n8mero de pequeos arcosen serie, se reduce el volta6e disponi&le para la columna real del arco.

Constriccin del arco. Si puede constreirse el arco en una canal muy angosta, se

aumenta el volta6e necesario para mantenerlo.

Todos estos mtodos se han aplicado eica0mente en los siguientes tipos de disyuntores

de interrupci'n en aire.

Tipos de interrupcin simple.

1ste es el tipo ms simple de interrupci'n en aire. os contactos tienen la orma de dos

cuernos y el arco se esta&lece inicialmente entre la distancia ms corta entre los cuernos,

pero luego se va despla0ando en orma continua hacia arri&a, por las corrientes de

convecci'n de&idas al calentamiento del aire durante el arqueo y a la interacci'n de loscampos magntico y elctrico. 1l arco se e+tiende desde una punta hasta la otra cuando

los cuernos estn completamente separados. 1ste arco se alarga y se enr/a. a lentitud

relativa del proceso y la posi&ilidad de que el arco se e+tienda a las partes metlicas

adyacentes, limita la aplicaci'n a alrededor de 9 ; y a circuitos de &a6a potencia.

1n la siguiente igura se muestra un interruptor de este tipo.



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Tipo de soplo magntico.

1n algunos disyuntores de interrupci'n en aire que se emplean en circuitos hasta de

?. ;., la e+tinci'n del arco se eect8a por medio de un soplo magntico. !ara lograr esto,

el arco se su6eta a la acci'n de un campo magntico esta&lecido por las &o&inas

conectadas en serie con el circuito que se va a interrumpir. 5 tales &o&inas se les llama

&o&inas de soplo magntico porque ayudan a soplar magnticamente el arco. 1n la

siguiente igura se muestra el esquema principal de un disyuntor o interruptor de soplo

magntico.

ES'UE%A

PRINCIPAL

DE UN

DIS(UNTOR

DE SOPLO

%A)N*TICO.

1l arco es soplado magnticamente hacia los chutes del arco en los que se alarga, se

enr/a y se e+tingue.



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as protecciones o &arreras del arco, impiden que ste se e+tienda a las partes metlicas

adyacentes. #onorme se ha vuelto ms eectiva la acci'n de interrupci'n con corrientes

uertes, este principio ha permitido aumentar las capacidades interruptivas de estos

disyuntores a valores mayores.

1l chute del arco es un dispositivo eiciente para enriar un arco en el aire y reali0a tres

unciones interrelacionadas:


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En !a ,i-ura a/ "e o0"er#an !o"contacto" cerrado"+ a" co$o !o"1cuerno" de ar2ueo3 ta$0i4ncerrado".

En !a ,i-ura 0/ "e o0"er#an !o"contacto" a0ierto"+ a" co$o !o"1cuerno" de ar2ueo3 ta$0i4na0ierto"+ para a!ar-ar y de"#iar e!arco 5acia !a" p!aca" di#i"ora" de!arco.

Aplicacin.

*e acuerdo con lo anterior, los disyuntores de interrupci'n en aire son adecuados, en

general, para el control de los elementos au+iliares de las plantas generadoras de energ/a

elctrica y parta los sistemas elctricos de plantas industriales. #uando se eligen para tal

servicio, generalmente se toma como criterio que com&inan un alto grado de seguridad

con un m/nimo de mantenimiento. 5dems, no requieren ning8n equipo au+iliar, tal como

compresores, etc. *e&ido a que no tienen aceite, se les recomienda en las aplicaciones

en las que hay peligro de incendio o de e+plosi'n.



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Seccionador Drie"c5er andSeccionador SIE%ENS tipo H678.

9itt:o5ann.

Lo" "eccionadore" in"ta!ado" y uti!i;ado" en !a" Su0e"tacione" co$pacta" "on una,or$a de interruptore" en aire.

Interruptore" de potencia para e


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Interruptore" o di"yuntore" en aceite. Di"yuntore" o Interruptore" en Aceite.

os disyuntores o interruptores en aceite se utili0an ampliamente en los sistemas de

uer0a. 1n estos se emplean las propiedades del arco para la e+tinci'n del mismo. 1n

consecuencia, usando energ/a del arco para romper las molculas de aceite, puedegenerarse gas hidr'geno para arrastrar, enriar y comprimir el plasma del arco y as/

desioni0arlo en un proceso de autoe+tinci'n.

5nteriormente se pensa&a que el aceite actua&a como aislador cuando se cerra&a el

disyuntor o interruptor y que luego lu/a hacia el entrehierro del arco cuando se separa&an

los contactos y se romp/a el arco. !ero ms tarde, los e+perimentos demostraron que era

prcticamente imposi&le que luyera el aceite y soocara el arco en el cort/simo tiempo

disponi&le de B a C de ciclo.

Ruptura del arco en aceite.

*e&e o&servarse que, ahogando en aceite los contactos de interrupci'n, no puede

impedirse la producci'n de un arco durante la separaci'n de los contactos. Sin em&argo,

el calor del arco evapora inmediatamente el aceite circundante y lo disocia en car&ono y

un volumen su&stancial de hidr'geno gaseoso a alta presi'n. 1l hidr'geno gaseoso tiene

alta conductividad trmica y por sta se produce el enriamiento de la columna del arco y

de los contactos, eecto que a su ve0 aumenta el volta6e de ignici'n y e+tingue, en

consecuencia, el arco. 1l hidr'geno, por su alta conductividad trmica, enr/a el arco tan

rpidamente que el volta6e requerido para la reignici'n es de 9 a


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Interruptor de potencia en $ni$o o pe2ueo #o!u$en deaceite+ para 887 ?. @.+ $ontado "o0re una e"tructura+ enuna "u0e"tacin e!4ctrica de potencia.

E"2ue$a 2ue no" $ue"tra !a" parte"interna" de un interruptor depotencia de -ran #o!u$en de aceite.

E! interruptor en aceite e" de do0!e interrupcin con a$orti-ua$iento de

re"i"tencia !inea!.



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i-ura a/.

C$ara de e


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E"2ue$a 2ue no" $ue"tra !a" parte" e


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Di"yuntore" o interruptore" en He


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#artes esenciales de un disyuntor o interruptor en !".

as partes esenciales de un disyuntor o interruptor en S2 3 son: a) el tanque, &) las

unidades interruptoras, c) el mecanismo de operaci'n, d) los &ushings y e) el sistema de

gas.

a) Tan$ue. *e&ido a que las propiedades aislantes del S23son me6ores, se reducemucho la distancia entre las partes que estn al potencial de l/nea y las partesaterri0adas. 5un a la presi'n atmosrica, las distancias de aislamiento sonsuicientes para soportar casi el do&le del volta6e nominal a tierra. Eo se originanpresiones grandes de&idas a la operaci'n en S237 los tanques se disean parapresi'n de casi cuatro veces y se prue&an a seis veces la presi'n. 1n las puertas

de inspecci'n se emplean empaques especiales de neopreno para asegurar laprotecci'n contra ugas. 1l e6e rotatorio que transmite el movimiento mecnico ale+terior del tanque, va sellado por anillos de tel'n en orma de ;, los cuales noson aectados por un cam&io en la temperatura am&iente.

&) %nidades interruptoras. Eo de&e colocarse aislamiento orgnico como i&ra omicarta en la trayectoria del arco, ya que se descompondr/a y diluir/a el gas.Feneralmente se emplea tel'n, material que es resistente al arqueo y cuyacontaminaci'n en el gas es desprecia&le.

as disposiciones de los interruptores var/an desde los contactos de interrupci'n simple

hasta los diseos con soplo de gas. !or su gran capacidad para las interrupciones del

arco, la corriente de gas S23 que pasa por el oriicio es muy pequea y tam&in las

presiones que producen dicha corriente y que se requieren para la e+tinci'n del arco, son

s'lo de


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c) &ecanismo de operacin. 1n la operaci'n el resorte de disparo acciona loscontactos m'viles y a&re simultneamente la vlvula del recipiente a presi'n. 1lgas a presi'n luye hacia las cmaras de interrupci'n y e+tingue el arco. 5l trminode la operaci'n, el mecanismo li&era la vlvula del recipiente a presi'n, la cual secierra de&ido a la acci'n de un grupo de resortes.

4a sido prctica convencional proporcionar disyuntores de alta tensi'n con impulsores

de aire comprimido, es decir, logrando la cone+i'n por medio del aire comprimido y la

descone+i'n por medio de un resorte cargado, que se carga durante la cone+i'n del

disyuntor o interruptor. Sin em&argo, tam&in pueden instalarse dispositivos elctricos

de impulsi'n para los mecanismos de operaci'n de los disyuntores.

d) 'us(ings. 1stos contienen S23 a una presi'n de @ ?gGcm@. #ontienen un conductor

hueco, una &rida de i6aci'n, los aisladores de porcelana superior e inerior y losresortes que mantienen unido al con6unto. 1l gas S2 3que hay en los &ushings secomunica con el del tanque a travs de pequeos agu6eros que hay en la partesuperior del conductor hueco. 1l gas de los &ushings no es aectado, enconsecuencia, por ninguna pertur&aci'n que ocurra en el tanque en el instante enque se interrumpa la corriente. 1n el ondo del conductor hueco se coloca un iltroque contiene lumina activada, el cual elimina toda posi&ilidad de contaminaci'ndel S23dentro del &ushing.

os transormadores de corriente del tipo toroidal (tipo dona), se sit8an uera del disyuntory se atornillan e+teriormente al &ushing. os devanados van contenidos en un &astidor

metlico y ahogados en resina ep'+ica.

e) istema de gas. Un compresor env/a el gas de regreso, despus de cadainterrupci'n, al recipiente de alta presi'n. Siendo un circuito cerrado, no escapagas S23 a la atm'sera. 5&a6o de cada tanque hay un recipiente au+iliar de S23, a


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temperatura descienda a&a6o de 9 #. !ara mantener la temperatura del gas arri&a del

punto de licueacci'n, se instalan calentadores de resistencia en el recipiene au+iliar.

Interruptor de potencia enS+ para 887 ?. @.+ $arcaAE).



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Interruptore" de potencia en S+ para

>> ?.@.+ $arca SIE%ENS.

C$ara de corte de arco deuna de !a" tre" ,a"e" de uninterruptor de potencia enS+ de 6=> ?. @.+ e"tac$ara pertenece a uninterruptor por ,a"e de do"c$ara" conectada" en"erie.



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Proce"o de interrupcin+ dentro deuna c$ara de corte de uninterruptor de potencia en S.

Di"yuntore" o interruptore" en #aco.

)ntroduccin.

5unque desde el siglo JIJ se reconocieron las venta6as de la interrupci'n del arco en el

vac/o, sta no tuvo gran aplicaci'n sino hasta hace unos cuantos aos. K esto sucedi'

porque la ciencia de los materiales, la tecnolog/a del vac/o y la /sica del plasma, no

esta&an lo suicientemente avan0adas como para solucionar los muchos pro&lemas

tecnol'gicos que plantea&an el diseo y la construcci'n de un disyuntor o interruptor al

vac/o conia&le.

1l alto vac/o tiene dos propiedades e+traordinarias:


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la del equipo convencional y di/cilmente requieren mantenimiento. os disyuntores o

interruptores de vac/o son idealmente adecuados para la mayor/a de los servicios de

suministro de energ/a para uso p8&lico o industrial. Su capacidad de volta6e e interrupci'n

es tal que con pocas modiicaciones pueden hacerse tra&a6ar en servicios espec/icos de

interrupci'n de sistemas de alta tensi'n con corriente alterna. a e+periencia de campo hacompro&ado las caracter/sticas 8nicas de uncionamiento y conia&ilidad de los

dispositivos al vac/o.

)nterrupcin al vaco.

os principales medios aislantes son el aire atmosrico, el aceite, el papel y la porcelana.

1stos pueden soportar un volta6e aprecia&le, pero su capacidad es muy pequea si se

compara con el volta6e que puede soportar un entrehierro al vac/o.

os interruptores se han utili0ado y aplicado en los 8ltimos aos con creciente eicacia,

esto se de&e, so&re todo, a que el medio prcticamente no tiene part/culas de ningunaclase, que puedan ioni0arse y servir de trayectoria entre los contactos a&iertos.

Construccin de los interruptores al vaco.

1l disyuntor o interruptor de vac/o es un dispositivo muy sencillo, en comparaci'n con los

disyuntores cortacircuitos en aceite y los de soplo de aire. 1n ste van instalados dos

contactos dentro de un alo6amiento aislado y sellado al vac/o. Uno est i6o y el otro puede

moverse una distancia corta. Una protecci'n metlica rodea los contactos y protege el

alo6amiento de aislamiento. 1n la siguiente igura se ilustra un con6unto t/pico de

interruptor al vac/o, que consta de dos su&ensam&les: a) la cmara de vac/o y &) el

mecanismo de operaci'n.



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Do" ,i-ura" 2ue no" $ue"tran e! cortetran"#er"a! con !a" parte" 2ue ,or$an uninterruptor a! #aco.



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Parte" e


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Parte" de! $ecani"$ode apertura y cierre de un interruptor a! #aco.

&) &ecanismo de operacin. 1l e+tremo inerior est i6o a un mecanismo accionadopor un resorte o por solenoide, de manera que el uelle metlico que est dentrode la cmara se mueva hacia arri&a y hacia a&a6o durante las operaciones decierre y apertura, respectivamente.1l movimiento de los contactos de&e ser tal que evite el re&ote. Sin em&argo, de&e

ha&er suiciente presi'n para permitir una limpie0a ra0ona&le y lograr una &uena

cone+i'n entre los dos contactos.



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%ecani"$o de apertura y cierrede un interruptor a! #aco.

Aplicacin de los interruptores al

vaco.

Tienen mucha aplicaci'n en el campo de la interrupci'n de alta tensi'n, espec/icamente

en donde se requiera &a6o costo y &a6a capacidad interruptiva de alla, capacidad para un

cierto n8mero de operaciones de interrupci'n con carga sin mantenimiento y en algunas

e+plicaciones donde se requiera equipo que pueda interrumpir cargas de l/nea o corriente

de capacitores sin resta&lecimiento. Si el costo es &a6o, tales interruptores ser/an idealespara controlar los &ancos de capacitores de alta tensi'n en derivaci'n, que se usan tanto

en las su&estaciones pequeas como en las grandes, en las que la interrupci'n de allas

puede mane6arse mediante otro interruptor. 1stos son interruptores para alta velocidad y

pueden tener muchas aplicaciones en sistemas de distri&uci'n de energ/a elctrica

industriales.

Un e6emplo de la aplicaci'n de los interruptores en vac/o es el interruptor restaurador de

l/neas de distri&uci'n de tres ases de ?. ;. de la #omisi'n 2ederal de 1lectricidad

que se encuentra en l/neas de la 0ona ur&ana.



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INTERRUPTOR RESTAURADOR DE LNEAS DE DISTRIBUCIFN DE 8=.G ?. @.



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ENSA%BLE CORTE TRANS@ERSAL DEL INTERRUPTOR RESTAURADOR AL @ACO+DE APLICACIFN EN LNEAS DE DISTRIBUCIFN DE 8=.G ?. @.

INSTALACINES ELCTRICAS INDUSTRIALES. ING.

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