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