1

APARATOS DE MANIOBRA Y CORTE 5-1 Parmetros Caractersticos El problema de los aparatos de interrupcin es obtener una tensin de arco lo mayor posible con respecto a la fuerza electromotriz del circuito, cuando la corriente tiende a anularse, y es evidente que en estas condiciones ser la tensin de reencendido la magnitud esencial. La posibilidad, de que se reencienda un nuevo arco, o de su definitiva extincin, depende de la velocidad de crecimiento de la tensin transitoria de reencendido, y de la rigidez dielctrica que presenta la zona del arco en aquel momento. Rigidez que es funcin, esencialmente, de la temperatura y grado de ionizacin del plasma en el instante del cero de corriente; condiciones que a su vez dependen de la evolucin que previamente ha seguido al arco. La temperatura en el centro del plasma puede ser an del orden de los 8.000 K. La trayectoria del arco debe adquirir en un tiempo muy breve una rigidez dielctrica suficiente para resistir la tensin de reencendido o reestablecimiento entre los electrodos. Cuanto ms rpidamente se restablece la tensin, menos tiempo tiene la trayectoria del arco para recuperar la rigidez dielctrica. Es pues evidente que la velocidad de crecimiento o aumento de la tensin transitoria de reestablecimiento, VATTR, juega un papel muy importante en el valor del poder de ruptura de un interruptor. En los circuitos de alta tensin, la tensin transitoria de reestablecimiento puede alcanzar valores iniciales del orden de algunos KV por microsegundo. Por otra parte, la velocidad de reestablecimiento de la rigidez dielctrica del medio del arco constituye una caracterstica de interruptor, pues depende de las condiciones de refrigeracin, de la rapidez de desionizacin de la zona del arco y de la velocidad de separacin de los contactos. Enfocado as el problema, ste se reduce a una especie de carrera de velocidad entre dos tensiones: la de rigidez dielctrica y la transitoria de reestablecimiento. Si la segunda no alcanza a la primera, la ruptura es definitiva; si la alcanza, se produce el reencendido dielctrico del arco y debe esperarse al prximo paso por cero de la corriente. 5-2 Ruptura trmica. Fenmeno post-arco Es una teora del problema un poco simple y algo incorrecta, explica la extincin del arco de una forma sencilla y convincente. En ciertos casos y en determinado tipo de interruptor, el fenmeno se complica por causa de la conductividad del plasma post-arco. Cuando al paso por cero de la corriente, el arco se apaga, el plasma entre electrodos conserva durante un cierto tiempo una ionizacin residual, origen de la denominada conductividad post-arco, la cual determina que la rigidez dielctrica dependa tambin de VATTR. En efecto, al restablecerse una tensin entre los electrodos, esta conductividad da lugar a que exista una corriente a lo largo de la trayectoria del arco y el calor que aporta, por efecto Joule, tiende a mantener caliente la columna del arco y a debilitar su rigidez dielctrica. El valor de la conductividad post-arco, o de su inversa la resistencia post-arco, en el instante de la extincin, es funcin de la velocidad de decrecimiento de la corriente en los instantes anteriores al cero, de la separacin entre los contactos y de la importancia de los medios de refrigeracin y desionizacin de la zona del arco durante el brevsimo tiempo del cero. La variacin posterior de esta resistencia est condicionada por fenmenos aparentemente trmicos, que dependen de la velocidad de disipacin del calor. Si la evacuacin del calor es muy pequea, la

2

temperatura del plasma aumenta, la ionizacin se intensifica y la resistencia se reduce; lo que motiva que la tensin de perforacin, que iba en aumento, se reduzca bruscamente y sea alcanzada por la tensin de reencendido, cebndose de nuevo el arco. La conductividad post-arco hace que la velocidad de restablecimiento de la rigidez dielctrica sea funcin de la tensin de reencendido, y recprocamente la velocidad de subida de esta tensin puede ser ms o menos modificada por la presencia de la resistencia post-arco. 5-3 Ruptura de un circuito resistivo Se trata de circuitos resistivos en los que la autoinduccin, que siempre existe, se considera despreciable frente al valor de la resistencia hmica, como puede ser, por ejemplo, un circuito de alumbrado. En este caso, la corriente est sensiblemente en fase con la fuerza electromotriz (f.e.m.) y el paso por cero de la corriente coincide con el cero de la f.e.m. En este circuito, al ser interrumpido, la tensin transitoria de reencendido propiamente dicha se confunde desde el primer instante con la f.e.m. del circuito, que es una tensin de frecuencia industrial, cuya velocidad de crecimiento es relativamente pequea. Admitiendo que la tensin del arco es proporcional a la longitud del mismo y sta proporcional al tiempo (velocidad de separacin de los contactos constantes) al primer paso por cero de la corriente, una vez separados los contactos, el arco ser muy corto y la tensin de rigidez dielctrica puede ser alcanzada por la tensin alterna creciente, y, aplicada al circuito, reencendindose el arco y alcanzando la corriente el correspondiente valor de rgimen. A cada nuevo cero de la corriente y tensin, la separacin de los contactos ser mayor. En estas condiciones, llegar el instante en que no pueda reencenderse ya el arco y la corriente se anula definitivamente.

Ruptura de un circuito resistivo El empleo de contactos metlicos de buena conductividad trmica, especialmente de cobre, favorece la velocidad de aumento de la tensin de reencendido, y por tanto la rpida extincin del arco. En resumen, se puede decir que el corte de los circuitos resistivos no presentan, en general, grandes dificultades, aun cuando la velocidad de crecimiento de la rigidez dielctrica del medio no sea muy alta. Evidentemente, la adicin de un potente medio de refrigeracin de la zona del arco permitir obtener un mayor efecto de extincin y por lo tanto un mayor poder de corte. 5-4 Ruptura de un circuito inductivo La ruptura de corrientes de carga inductiva puede producir sobretensiones en la red. Estn provocadas por el corte de la corriente antes de su paso natural por cero; ya que, como sabemos, un circuito inductivo se caracteriza por tener la corriente retrasada con respecto a la tensin, es decir, que cuando la tensin se anula al pasar por cero, la corriente no es nula.

Ruptura de un circuito inductivo

3

Esa sobretensin en la red produce una elevacin de tensin en los bornes del interruptor, aumentando considerablemente los reencendidos, es decir, el tiempo de duracin del arco y la energa calorfica de ste. En casos crticos, el corte de estas corrientes puede provocar sobretensiones inadmisibles para el aislamiento de las instalaciones. Un mtodo muy utilizado para reducirlas es incorporar resistencias de valor hmico muy elevado en paralelo con la descarga del interruptor. Este fenmeno resulta importante en los interruptores automticos para tensiones nominales de 13,2 a 170 KV, con un solo punto de corte. En la proteccin de transformadores contra las sobretensiones de origen atmosfrico, nos encontramos con un grave problema, debido a la enorme inductancia de stos. As, se hace necesario el empleo de pararrayos conectados lo ms cerca posible de los bornes del transformador. 5-5 Ruptura de circuitos capacitivos Se trata de un proceso de ruptura importante por cuanto corresponde en la prctica a la desconexin de lneas en vaco, o la de bateras de condensadores elctricos, maniobras voluntarias y frecuentes en la explotacin de redes elctricas.

Ruptura de un circuito capacitivo Pese al reducido valor de las corrientes capacitivas a cortar, esta maniobra es difcil para la aparamenta, a causa de las elevadas sobretensiones que se pueden producir entre sus bornes despus de la interrupcin de la corriente, si hay reencendido. Sobretensiones que pueden alcanzar valores superiores a los que se tienen en la ruptura de un circuito inductivo. En un segundo lugar, tenemos que el valor de la corriente capacitiva suele ser muy pequeo. Esto resulta problemtico en algunos casos de interruptores, en particular los de bao de aceite; puede ser causa de un insuficiente autosoplado del arco e impedir una rpida regeneracin dielctrica del plasma. 5-6 Ruptura de corrientes de cortocircuito La corriente de cortocircuito en los sistemas elctricos es siempre de carcter inductivo, y se presentan dos situaciones: defecto en las proximidades del aparato de corte y defecto producido a una cierta distancia del disyuntor. El caso ms sencillo es el del cortocircuito que se produce cerca del disyuntor. Al ser as la tensin es prcticamente nula en el lado cortocircuitado, por tanto, tras la extincin del arco, la tensin que aparece est nicamente determinada por la tensin del reencendido del lado de la red. La determinacin de la parte transitoria de esta tensin puede tomar formas complicadas segn del interruptor automtico de que se trate, siendo imposible generalizar. Por lo tanto resultan imprescindibles los ensayos particulares de cada fabricante para el estudio del fenmeno. Por su parte, si el defecto se produce a unos centenares de metros o a algunos kilmetros del disyuntor, el fenmeno se complica, ya que tendr que considerarse el efecto hmico, inductivo y capacitivo de la lnea de transporte de energa y de la aparamenta intercalada. La descarga se produce bajo la forma de una onda de vaivn en la lnea, que se ve determinada por las caractersticas de la inductancia y capacidad de sta, como se ha sealado, as como su factor de

4

atenuacin y la distancia al punto de cortocircuito. La magnitud de la corriente de cortocircuito que circula por ella tiene tambin una gran importancia. 5-7 Aparatos de maniobra y corte. Dentro de la clasificacin general de la aparamenta de alta tensin, merecen una especial atencin los aparatos destinados a la conexin y desconexin de energa elctrica en circuitos de alta tensin que se denominan aparatos de maniobra y corte. Estos aparatos estn destinados a garantizar un servicio continuo de la instalacin en condiciones normales de explotacin, permitir la maniobra tanto para el aislamiento de circuitos donde se desea realizar trabajos de mantenimiento como para la conexin de circuitos alternativos, as como proteger las instalaciones y personas en caso de accidentes elctricos de diversa ndole. 5-8 Tipos de aparatos de corte Segn las funciones a desarrollar en la maniobra de instalaciones elctricas, existen los siguientes tipos de aparatos de corte:

Interruptores: son aparatos mecnicos de corte que permiten maniobrar, de una forma manual, en condiciones de carga nominal y sobreintensidad, siendo capaces de soportar corrientes de cortocircuito durante un tiempo especificado.

Interruptores seccionadores: son interruptores que cumplen con las condiciones de apertura que se imponen a los seccionadores, es decir, que dicha apertura resulte fsicamente visible.

Interruptores automticos o Disyuntores: son aparatos capaces de maniobrar y soportar corrientes de carga nominal, sobreintensidades y cortocircuitos durante un tiempo determinado. El accionamiento de estos interruptores puede ser manual o mediante rels de maniobra y proteccin.

INTERRUPTORES 5-15 Tcnicas de ruptura Un interruptor automtico o disyuntor, para realizar el corte de corriente elctrica debe pasar de tener una impedancia prcticamente nula a una impedancia infinita. Al conseguir esto el aparato se ha convertido en un aislante y no lo recorre ninguna corriente. Pero este cambio no se produce sin un gasto de energa. En corriente alterna el menor gasto de corriente lo obtendramos al aprovechar un paso por cero de corriente para pasar del estado de conductor al de aislante; de hecho, un interruptor ideal no consumira energa por disipacin si eliminara totalmente el paso de corriente elctrica cuando sta tuviera valor cero. Pero en la prctica, ningn dispositivo es lo suficientemente rpido para lograr esto, con lo que la interrupcin de la corriente se hace siempre a travs del arco elctrico. Como ya se ha visto anteriormente (dentro del apartado El problema del Arco Elctrico), para eliminarlo lo antes posible deberemos proporcionar una rpida desionizacin del medio, para eliminar las partculas conductoras existentes, y un aumento de la tensin de restablecimiento del arco, valor que en rgimen permanente alcanzar el correspondiente a la tensin de la red a la que est acoplado el interruptor, y todo esto con el menor consumo de energa posible. Las formas existentes de eliminar un arco elctrico reciben el apelativo general de tcnicas de ruptura, y se basan en el agente extintor del arco, por lo que las podemos clasificar en:

Tcnicas de ruptura en aire.

Tcnicas de ruptura en aceite.

Tcnicas de ruptura en hexafluoruro de azufre.

5

Tcnicas de ruptura en vaco.

Tcnicas de ruptura mediante semiconductores o esttica. La eleccin de una de estas tcnicas es determinante para un interruptor automtico en cuanto a coste, tamao y solicitaciones elctricas generadas. 5-16 Ruptura en aire La extincin de los arcos elctricos con aire atmosfrico, el aislante gaseoso ms empleado, es la ms simple e histricamente fue la primera tcnica utilizada. Las ventajas son: mantiene sus propiedades dielctricas, tiene una alta constante de ionizacin, se renueva constantemente y, por supuesto, no cuesta nada. La rigidez dielctrica del aire a la presin de una atmsfera (760 mm de Hg) y una temperatura de 25C es de 30 KV/cm, valor que corresponde a un valor eficaz de 21 KV/cm de una tensin alterna senoidal. Esta rigidez se mantiene entre ciertos lmites, ya que sta es proporcional a su densidad volumtrica, con lo que cuando un interruptor de este tipo tenga que ser instalado a elevadas alturas, se tendr que tener en cuenta la disminucin de la rigidez dielctrica del medio. El proceso de interrupcin de corriente en los interruptores con corte al aire se basa en la desionizacin natural de los gases por una accin enfriadora. Ya conocemos que la resistencia del arco puede aumentar tanto por alargamiento como por confinamiento del mismo. Este aumento ser aprovechado para reducir la intensidad y reducir el desfase entre sta y la tensin de restablecimiento del arco, con lo que cuando el valor de la corriente pasa por cero, la tensin de restablecimiento es muy pequea, por supuesto menor que la tensin del sistema, lo que impide su nuevo cebado. Este sistema tiene le inconveniente de la alta disipacin de energa en el momento del corte de arco, el tamao de las cmaras de corte necesarias y unas distancias de aislamiento en el aire mucho ms elevadas que en el resto de las tcnicas, lo que limita su utilizacin a tensiones en media tensin y ser sus aplicaciones habituales las redes rurales y centros de transformacin. Dentro de los interruptores de corte al aire, se pueden emplear distintos mtodos para aumentar la resistencia del arco:

Alargamiento del arco; ya que la resistencia es aproximadamente proporcional a la longitud del arco.

Confinamiento del arco: si el arco est encerrado en un canal angosto, aumenta la tensin necesaria para su mantenimiento. A mayor presin, mayor tensin necesaria para el mantenimiento del arco.

Enfriamiento del arco: al disminuir la temperatura, la tensin necesaria para mantener la ionizacin de los gases que conforman el arco aumenta.

Divisin del arco: en las superficies de contacto del arco existe un voltaje apreciable, con lo que si conseguimos dividir a ste en pequeos arcos en serie, el voltaje para mantener la columna ionizada aumenta.

Todas estas aplicaciones destinadas a reforzar la accin desionizante y refrigerante natural del aire, hacen que existan distintas modalidades de ruptura en el aire, como son:

Ruptura brusca.

Soplado magntico.

Autoformacin de gases extintores.

Soplado autoneumtico.

6

5-17 Ruptura brusca en el aire: Esta fue la primera tcnica empleada en los interruptores de circuitos elctricos. El proceso de ruptura se basa simplemente en la desionizacin del plasma de gases por enfriamiento del aire. Si se consigue dar a los contactos mviles del interruptor una elevada velocidad, se logra reducir la ionizacin del aire, con lo que aumenta su regeneracin dielctrica y el poder de corte del aparato. Por tanto, se denominan interruptores de ruptura brusca a aquellos dotados de un dispositivo que permita transmitir una alta velocidad a los contactos mviles, independientemente de la maniobra del operario. Van equipados con un segundo contacto auxiliar que permanece cerrando el circuito, mientras el principal comienza la apertura del mismo, hasta que por la tensin a la que son sometidos los muelles que unen a la cuchilla auxiliar provocan su rpida apertura. Con esto conseguimos la apertura a una velocidad elevada e independiente del operario, y por otra parte los contactos principales no son los que sufren el apagado del arco. Al producirse el arco, ste se desplaza a lo largo de los cuernos de los contactos, como consecuencia de las corrientes de conveccin que se producen y a la interaccin de los campos elctrico y magntico, con lo que se produce el alargamiento y enfriamiento del mismo, consiguiendo de esta forma apagar el arco. La lentitud del proceso y la posibilidad de que el arco se cebe con las partes metlicas adyacentes, hace que el uso de este tipo de tcnica sea muy limitado en alta tensin, usndose prcticamente para proteccin de pequeos transformadores de distribucin en reas rurales. 5-18 Ruptura en el aire con soplado magntico Esta tcnica consiste en producir, por la accin de un campo magntico excitado por la propia corriente a cortar, un rpido alargamiento del arco, siendo conducido al interior de una cmara de extincin de material aislante, refractario y de gran capacidad de absorcin calorfica. En serie con los contactos del interruptor, se conecta una bobina de soplado, constituida por un ncleo de hierro y varias vueltas de hilo o pletina de cobre. La corriente que circula por esta bobina produce un flujo magntico que circula por el ncleo. Al formarse un arco elctrico, ste produce un campo magntico alrededor, y se repele con el de la bobina, con lo que el arco sufre un empuje hacia arriba, hacindose cada vez mas largo hasta que se corta. Es condicin fundamental que el arco se extinga en el interior de la cmara de extincin sin salirse de ella. La misin de esta cmara es laminar el arco y enfriar enrgicamente el plasma de gases ionizados, al paso por cero de la corriente. Para conducir el arco a esta cmara, se ha de servir de unas piezas metlicas, cuernos de soplado, sobre las que se desplaza. El mejor material, dadas sus propiedades, para la construccin de estas piezas es el cobre, por su reducida resistividad y su elevada conductividad trmica. A base de este principio es posible lograr la ruptura de elevadas corrientes, siempre y cuando se pueda refrigerar convenientemente la zona del arco, para evitar el embalamiento post-arco. Este tipo de interruptores presenta una serie de ventajas, como son:

Robustez de los equipos.

Facilidad de mantenimiento

Elevado nmero de maniobras

Limitadas sobretensiones de corte respecto al caso anterior.

Mayor seguridad de empleo al permanecer el arco confinado. Como inconvenientes figuran los conocidos para las tcnicas de ruptura en el aire:

7

Desproporcionadas dimensiones para su uso en altas tensiones, debido al tamao necesario de las cmaras de corte y las distancias de aislamiento en el aire.

Soplado magntico nulo al paso por cero de la corriente alterna. Esto adems impide su uso en circuitos de corriente contnua.

Interruptor por soplado magntico de 17,5KV de la firma ABB 5-20 Ruptura en el aire con soplado autoneumtico: Se basa en el soplado de la zona del arco con un volumen de aire contenido en un cilindro, impulsndolo con un pistn. La energa necesaria para empujar el pistn se obtiene del propio interruptor durante la maniobra de apertura, por lo que no se necesita ninguna instalacin auxiliar. En el momento de la apertura, el aire comprimido escapa del cilindro que lo contena empujado por el pistn y provoca un soplado longitudinal del arco. Gracias al flujo de aire fresco se produce una rpida desionizacin del espacio entre los contactos, que junto a la rpida velocidad de aperturas de que estn dotados estos aparatos, impiden el reencendido del arco. Se construyen para tensiones de hasta 24 KV y tienen una capacidad de corte de 1 KA

Interruptor auto neumtico para 36 KV

8

Interruptor autonemtico para 24 KV equipado con fusibles. Este es el principal inconveniente de estos interruptores, por lo que en muchos casos se instalan fusibles de alto poder de ruptura conjuntamente con el interruptor. En caso de sobrecarga un rel da seal de apertura al interruptor; en cambio en presencia de un cortocircuito la fusin del fusible provoca la eliminacin de la falta. 5-21 Ruptura libre en aceite: En los interruptores de bao de aceite, durante el proceso de ruptura, la presin en el interior del recipiente cerrado que contiene al aceite aumenta. El incremento de la longitud del arco implica un incremento de la energa desarrollada, con lo que la bolsa de gases crece, y el aceite empujado por la misma puede llegar a alcanzar la cubierta de la cuba. La presin en el interior de la cuba ser mayor cuanto menor sea el colchn de aire existente sobre el aceite, y ms pequeos sean los agujeros de salida de gases. La cuba en un principio se fabricaba de forma rectangular, y se cerraba por medio de una tapa. El nivel de aceite no llegaba hasta esta ltima, dejando un colchn de aire con la funcin de amortiguar los esfuerzos que se producan en la ruptura. Al producirse la separacin de contactos, el arco se formaba entre la separacin de stos sin estar confinado en ningn tipo de cmara de ruptura. Esto supona que para lograr unas mayores capacidades de ruptura se tena que aumentar la separacin entre contractos, con el consiguiente incremento del volumen de la cuba y la sustitucin de stas por otras de forma cilndrica que soportaban mejor las presiones realizadas por la bolsa de gases formada. Estos avances fueron el preludio de la ruptura controlada en el aceite desarrollada inicialmente en Estados Unidos. 5-22 Ruptura controlada en aceite Las mayores necesidades de poder de ruptura en las instalaciones llevaron a los fabricantes de interruptores en bao de aceite a investigar las distintas soluciones existentes para ello:

Aumentar el volumen del colchn o cmara de aire.

Aumentar la rigidez mecnica de las paredes y tapa de la cuba.

Utilizar dispositivos de ruptura que favorezcan la ms rpida desionizacin del medio del arco.

Aumentar la velocidad de separacin de contactos.

Aumentar el nmero de rupturas en serie. La primera solucin adoptada fue aumentar el volumen del colchn de aire, lo que llev a un aumento del volumen de la cuba. En Estados Unidos e Inglaterra, se busc incrementar la potencia de ruptura, utilizando cubas y tapas ms robustas para resistir ms elevadas presiones. As la primitiva cuba rectangular fue sustituida por otra

9

cilndrica, ms resistente mecnicamente, y se dot a los mecanismos de una mayor velocidad de apertura. Adems, en Estados Unidos se ide el encerrar el arco en una pequea cmara aislante, resistente a las altas presiones, con una apertura para el paso del vstago mvil. ste fue el punto de partida para los actuales interruptores de aceite. Al producirse el arco, se crea la conocida bolsa de gases a elevadas presiones, que en el momento en que el contacto mvil sale de la cmara, fluyen por la abertura que deja ste a una velocidad considerable, arrastrando partculas de aceite fresco que se proyectan contra el arco, provocando una ms rpida desionizacin e incrementando la velocidad de regeneracin dielctrica del medio. Este fenmeno producido en estas cmaras de ruptura ha permitido incrementar considerablemente la potencia de ruptura y reducir el volumen de la cuba de aceite. Y como ventaja principal, con este dispositivo, la ruptura libre en el aceite que antes se produca de un modo arbitrario, pasa a estar dirigida y controlada. Existen dos grandes familias dentro de esta clase de interruptores: interruptores de gran volumen de aceite e interruptores de pequeo volumen de aceite. Interruptores de gran volumen de aceite. Fueron los primeros desarrollados, y dada la eficacia largamente probada de estos interruptores en bao de aceite con cmaras de control en Estados Unidos e Inglaterra, se siguen utilizando incluso en muy altas tensiones y a la intemperie. Para grandes tensiones y capacidades de ruptura, cada polo del interruptor va dentro de una cuba separada, aunque el estacionamiento de los polos es simultneo, mediante los mecanismos adecuados. Cada polo tiene doble cmara interruptiva, conectadas en serie, lo cual facilita la ruptura del arco al repartirse la cada de tensin en las mismas.

Interruptor gran volumen de aceite en una estacione lavadora de 110 KV.

Interruptores de pequeo volumen de aceite Surgieron como desarrollo de los anteriores. En ellos los polos estn separados y las cmaras de ruptura se disponen en el interior de tubos cilndricos aislantes, de porcelana o resina sinttica, cerrados los extremos por piezas metlicas. As prescindimos del aceite como aislante y lo sustituimos por un material aislante, limitando el volumen de aceite al necesario para llenar la cmara de ruptura, mas una reserva para renovar el que se consuma., La cantidad de aceite necesario es el orden de unas veinte veces inferior al necesario en un interruptor de gran volumen de aceite de las mismas caractersticas. Estos

10

interruptores han ido sustituyendo a los de gran volumen en Europa paulatinamente desde 1930, no quedando prcticamente ninguno en servicio en la actualidad. Se comenz utilizndolos para altas tensiones, ya que interruptores de 220 KV en bao de aceite podan contener el orden de 50 toneladas de ste, aunque ms tarde esta tcnica se empleo para tensiones menores. En la actualidad, la gama de tensiones nominales va de 7,2 KV a 525 KV con capacidad de ruptura del orden de 2500 MVA y poderes de corte de 50KA. El nmero de cmaras de corte por fase es funcin de la tensin. La tensin nominal por cmara vara entre 70 y 145KV. Para conseguir un reparto correcto de la tensin en las mismas se utilizan condensadores.

Interruptor pequeo volumen de aceite 24KV

A las cmaras de extincin, se las denomina tambin de autosoplado, porque es el propio arco el que suministra la energa necesaria para su extincin. Esta energa crece con la corriente a interrumpir, y est limitada a la robustez mecnica de las envolturas para resistir la presin interna de los gases, y por la cantidad de aceite disponible en la inmediata proximidad de arco. Eso ha llevado en los ltimos aos a realizar estudios para la mejora de estas envolturas, empleando resinas armadas con fibras, tejidos o arrollamiento de vidrio. Hay variantes constructivas ( de soplado axial, transversal, mixto) para estas cmaras, pero en todas ellas se trata de acelerar la desionizacin del arco a cada paso de corriente por cero, utilizando para ello la energa liberada por el arco, provocando un rpido desplazamiento del fluido extintor a lo largo del trayecto del arco. Esta reduccin del tiempo de ruptura determina una mayor vida de los contactos y una menor carbonizacin del aceite, lo que determina una mayor vida media de los aparatos y un menor mantenimiento. Ventajas de estos aparatos sobre los de bao en aceite son:

Desionizacin rpida del trayecto del arco ( del orden de 0,002 s).

Cada de tensin en el arco muy baja, lo que elimina el riesgo de fuertes sobretensiones en la extincin.

Mnima disipacin de energa.

Limitada carbonizacin del aceite.

Reducido deterioro de los contactos como consecuencia de la poca disipacin de energa. Elevada vida media.

Actualmente se utilizan en tensiones y potencias medianas. Han sido sustituidos en muy altas tensiones por los interruptores de hexafluoruro de azufre, que disponen de mejores cualidades dielctricas, y en el

11

rango de uso actual sus perspectivas son de una progresiva desaparicin de este tipo de ruptura a favor de los interruptores equipados con corte en atmsfera de hexafluoruro o interruptores al vaco. 5-24 Ruptura mediante aire comprimido. La utilizacin del aire comprimido, almacenado previamente en un depsito, como agente extintor del arco elctrico, se inicio en la dcada de los treinta, como consecuencia de una serie de accidentes graves provocados por la explosin y posterior incendio de interruptores automticos en bao de aceite de ruptura libre. La tensin disruptiva del aire comprimido, como en todos los gases, crece sensiblemente con la presin. As, a la presin de 10 bar la tensin disruptiva del aire es del orden de 90KV/ cm y de 135KV/cm a los 20 bar. Esta elevada rigidez del aire unida a la gran velocidad de desplazamiento son factores muy favorables para la rpida extincin del arco. Es suficiente que la presin del aire a la entrada de la cmara de extincin sea superior a 1,8 veces la presin de la salida, para que el aire alcance en la zona del arco la velocidad del sonido. Siendo ste el principio de funcionamiento de estos interruptores neumticos. En este tipo de interruptores el apagado del arco se efecta por la accin violenta de un chorro de aire que barre el aire ionizado por efecto del arco. El poder de ruptura aumenta proporcionalmente a la presin del aire inyectado, variando sta segn la capacidad del interruptor entre 10 y 14 bar para media tensin, y de 30 a 50 bar en muy alta tensin. Las cmaras de extincin de estos interruptores son de forma modular, y de acuerdo con la capacidad y tensin de la instalacin se usan: 2 cmaras para valores de tensin de hasta 80KV, 4 cmaras para 150KV y 6 cmaras en el rango de 220 KV. Se suelen insertar en paralelo, con las cmaras de corte, resistencias amortiguadoras y capacitancias que producen altas impedancias y reparten las tensiones entre las mismas. Adems, estas impedancias limitan los valores de sobretensin que aparecen en la maniobra de apertura de estos interruptores. Como resumen de este tipo de apertura se van a citar reunidas tanto sus ventajas como los inconvenientes. Ventajas:

Bajo costo y disponibilidad del aire.

Rapidez de operacin.

Aumento de la capacidad de ruptura en proporcin a la presin del aire.

Pocas probabilidades de incendio.

Ruptura definitiva a menudo en el primer paso de la corriente por cero con arcos muy cortos.

Se puede utilizar para todas las tensiones y todas las potencias de ruptura, gracias al uso de varias cmaras de corte en serie, con la reparticin equitativa entre ellas de la tensin de restablecimiento, a base de conectar en paralelo con los puntos de ruptura, resistencias o condensadores.

Inconvenientes:

Menor rigidez dielctrica que el SF6

Mayor Presin de trabajo.

La constante trmica es de unas 100 veces la del SF6 a la misma presin.

En las fallas prximas al interruptor aparecen sobretensiones muy altas, por lo que hay que intercalar resistencias de apertura.

Despus de la apertura el gas ionizado debe ser ventilado.

Necesidad de un equipo exterior que aporte el aire comprimido. Esto adems implica la necesidad de un riguroso programa de mantenimiento de ste equipo.

Ruidosos en el momento de las maniobras de apertura y cierre, como consecuencia de los gases expulsados por las toberas.

12

Por todos estos inconvenientes su utilizacin es escasa, siendo sustituidos por los de hexafluoruro de azufre en muy altas tensiones. Su aplicacin actual es escasa. 5-25 Ruptura en el hexafluoruro de azufre

Molcula de SF6

Es un gas halgeno cuya estructura molecular est formada por un tomo de azufre central, unido a seis de fluor dispuestos en los vrtices de un octaedro mediante enlaces covalentes. Su molcula es simtrica e inerte qumicamente, presentando adems una gran estabilidad debida a la elevada energa de formacin (262 Kcal/mol). A temperatura ambiente es un gas pesado, inodoro, incoloro, ininflamable y no txico. Es un gas muy estable, no ataca a ningn material a temperaturas inferiores a 500C, temperatura a partir de la cual se descompone por calor. Su coeficiente de transmisin del calor, a presin atmosfrica, es de 1,6 veces el del aire. Esta propiedad es muy importante ya que permite una rpida disipacin del calor, reduciendo el aumento de temperatura del equipo. A presin atmosfrica, la rigidez dielctrica del SF6 es el triple que la del aire. Este gas no existe en estado natural, por lo que debe obtenerse por sntesis de sus elementos. La primera vez que se desarroll fue en la facultad de Farmacia de Pars en 1990. En la apertura, el arco generado entre los contactos se estira a la vez que stos se separan. El gas SF6 contenido en el interior de la cmara de ruptura, pasando por un a boquilla de soplado, es empujado a una presin considerable sobre el arco por la accin combinada del pistn y del arco. Este chorro de gas enfra e interrumpe el arco, restableciendo el aislamiento entre los contactos y evitando, por tanto, un nuevo cebado.

Esquema interrupcin en hexafluoruro de azufre Las ventajas ms sobresalientes de este tipo de ruptura son:

13

Gran capacidad de evacuacin del calor producido por el arco. El arco queda encerrado por un estrecho conducto, de dimetro reducido, que es conductor y se halla envuelto por una corona de gas no conductora de la electricidad, pero s del calor.

5-26 Ruptura en vaco Existen una serie de condiciones en una atmsfera en la que se ha practicado el vaco, que la hacen muy interesante para realizar la extincin de arcos elctricos en su interior. El aire a un grado de vaco del orden de 10 a la menos 6 a 10 a la menos 7 mm de Hg, alcanza una rigidez superior a los 199 KV/cm. Este valor de rigidez dielctrica viene complementado por la muy baja tensin de arco en el vaco, motivada por el hecho de que los electrones desprendidos por el ctodo no encuentran ningn obstculo hasta el nodo, y que la regeneracin dielctrica del medio, al anularse la corriente, es instantnea al no existir molculas de gas ionizadas. Esta tcnica se conoca desde los aos 20 pero no se empez a aplicar hasta los aos 50, momento en que fue posible construir cmaras de ruptura aislantes, capaces de mantener el vaco de una forma permanente. En el proceso de apertura de contactos, la elevada densidad de corriente en el ltimo punto de contacto da lugar a la formacin de un nico arco muy energtico. Los vapores metlicos liberados de los contactos liberan vapores metlicos que constituyen el soporte del arco. La geometra de los contactos debe crear un campo magntico que hace girar el arco rpidamente alrededor del borde exterior del contacto, evitando el calentamiento excesivo y produciendo un desgaste uniforme en su superficie. Por debajo de cierta intensidad, la columna de arco se divide en varias de reducidas dimensiones y con niveles energticos muy inferiores, con la consiguiente disminucin de vapores metlicos liberados. En el momento en que la intensidad pasa por cero, los electrones cesan de recorrer el espacio entre contactos y el vapor metlico residual se condensa rpidamente en unas placas diseadas para este fin. De esta forma las condiciones de vaco y rigidez dielctricas vuelven a los valores iniciales en pocos microsegundos.

Seccin de un interruptor de vaco para media tensin: 1- Portatubo superior 2- Terminal superior 3- Contacto fijo 4- Contacto mvil 5- Caja de tubo 6- Fuelle. 7- Terminal inferior 8- Portatubo inferior 9- Palanca acodada 10- Biela aislante 11- Resorte de contacto 12- Resorte de contacto y desconexin. Para resumir, se pueden citar las ventajas ms sobresalientes de la ruptura en vaco:

Aislamiento e interrupcin garantizados por la ampolla de vaco.

Rpida extincin del arco, del orden de 15 mseg.

Elevada rigidez dielctrica.

Rpida desionizacin del espacio intercontactos.

Reducido recorrido de los contactos mviles (15 a 25 mm). Esto indica una muy pequea energa de maniobra.

14

Debido a la alta conductividad de la columna de vapor metlico, las cadas de tensin que se producen son pequeas, del orden de 20 a 200v.Esto unido a la rpida extincin del arco, hace que la energa liberada sea relativamente pequea Este es el motivo de la larga vida til de estos aparatos.

Idneo para realizar reconexiones rpidas y repetitivas.

Sistema muy simple.

Aplicacin en centros de transformacin y distribuciones, tanto urbanas como industriales.

Interruptor de vaco extrable para cabina de 10 KV

No obstante como inconvenientes se pueden citar:

Su aplicacin est limitada a tensiones inferiores a 50 KV

Si se pierde el vaco en la cmara, el arco puede reventarla, ya que la separacin entre contactos no permite su extincin en aire.

Debido a la rapidez de ruptura, se producen elevadas sobretensiones entre sus contactos, y stos emiten ligeras radiaciones de rayos X.

5-27 Ruptura esttica Esta tcnica se basa en las propiedades de los diodos semiconductores. No habra movimiento de partes metlicas (apertura de contactos), con lo que no se producira el arco. Se aproximara de alguna forma a lo que sera un interruptor ideal. La apertura se basara en que la resistencia elctrica de un semiconductor es reducidsima, cuando la corriente circula en sentido convencional (del nodo al ctodo) y pasa a ser infinita al invertirse la polaridad de los electrodos (en tanto la tensin inversa no pase de unos lmites, lgicamente). Esto sucede en los instantes de paso por cero en un circuito de corriente alterna. Ventajas de esta tcnica de ruptura:

Obtencin de rupturas ideales sin sobretensiones de maniobra.

Ausencia de desgaste y de entretenimiento.

Posibilidad de predeterminar las caractersticas del conductor.

nfimo consumo de energa en la ruptura. Inconvenientes:

La baja inercia trmica de los semiconductores los hace incapaces de soportar fuertes sobrecargas, incluso en tiempos muy breves.

Esto hace imposible por el momento su aplicacin. De cualquier forma, las ventajas existentes hacen que se realicen importantes estudios, con lo que muy posiblemente dispondremos de interruptores de este tipo en un futuro no muy lejano.

15

5-28 Perspectivas Algunas de las tcnicas empleadas para eliminar el arco elctrico han sido o estn siendo abandonadas como consecuencia de nuevos desarrollos. En la figura se muestra el mbito de aplicacin de cada una de las tcnicas estudiadas, as como la tendencia de su uso futuro. Ha sido incluida tambin la ruptura esttica ( en estudio) y lo que sera una hipottica ruptura ideal. 5.29 Proteccin de lneas MT 5.29.1 Fusibles El fusible es uno de los dispositivos de proteccin ms antiguos, conocindose los primeros diseos desde fines del siglo pasado. - Expulsin Construccin

Fig. Seccionador Fusible de expulsin

Sus tensiones nominales alcanzan los 132 kV, con corrientes desde 0,5 A hasta 150/200 A, se encuentran especificados en las Normas ANSI-IEEE C37-41 y en las IRAM, se denominan usualmente por la marca del fabricante, como por ejemplo Kearney, Chance, X&S, o por la nomenclatura AyEE que los llama MN 241.

Fig. Tipos de seccionadores de expulsin

Caractersticas de actuacin Estn definidas por sus curvas tiempo-corriente (TCC) (Fig. ). La curva de mnimo tiempo de fusin se elabora mediante tests elctricos. La magnitud de la corriente y el tiempo que toma para fundir son registrados y plotteados (tiempo de prearco). Luego se traza una curva ajustada a los puntos obtenidos representando una curva promedio de fusin. Luego se substrae el 10% a los tiempos, y la curva obtenida as se denomina tiempo mnimo de fusin.

16

Sin embargo, el fusible tiene un tiempo de formacin del arco asociado con l. Este tiempo es el que toma el fusible para interrumpir el circuito luego de que el fusible funda y se obtiene as mismo por test. Los tiempos de arco, los cuales se registran para diferentes magnitudes de corriente, se suman al mximo tiempo de fusin (110% del tiempo promedio de fusin). La curva resultante se denomina tiempo total de despeje. Estas dos curvas son los extremos de las caractersticas del fusible y son las curvas publicadas por los fabricantes. Tiempo (seg)

Corriente (A)

Curvas tiempo-corriente de un fusible 10K Tanto el elemento fusible como el tubo portafusible estn normalizados por ANSI C37-41 y C37-42. El elemento fusible es renovable, en cambio el tubo portafusibles (seccionador autodesconectador) soporta entre 4 y 12 operaciones el elemento, dependiendo tal nmero del valor de corriente interrumpida y del tipo de elemento empleado. A continuacin se listan los tipos de link fusibles que existen hoy en da en el mercado tambin segn otras normas (AYEE, ANSI C.37.42, IRAM 2400, NIME y NEMA):

K: Conducen hasta 200% de su In sin daos

T: Ms lentos que los K

Std: Intermedia entre los K y T; son permisivos a las fluctuaciones de corriente

H: Conducen hasta el 100% de su In sin dao; tienen caracterstica de fusin muy rpida

N: Conducen hasta el 100% de su In sin daos. Son ms rpidos an que los H.

X: Provistos de un elemento dual; son permisivos a las fluctuaciones de la corriente

Sft: Provisto de elemento dual; no actan ante fallas temporarias en trafos.

MS o KS: Respuesta ultralenta y mayor permisividad de corriente que los T; bueno como proteccin de lnea

MN241 AYEE: Conducen hasta el 130% de su In sin daos; poseen un resorte extractor necesario en los seccionadores MN241 AYEE

La diferencia de velocidades de fusin se muestra en la Fig. 48:

17

CORRIENTE EN AMPERES

Velocidades de diferentes tipos de fusibles

5.29.2 Reconectadores automticos Un reconectador es un dispositivo con la capacidad de detectar condiciones de sobrecorriente de fase y tierra, para interrumpir el circuito si tal sobrecorriente persiste luego de un tiempo predeterminado, y luego reconectar la lnea en forma automtica para reenergizarla. Si la falla que origin la operacin persiste, luego el reconectador permanecer abierto posteriormente a un nmero especificado de operaciones, aislando luego la seccin fallada del resto del sistema. - Clasificacin de los Reconectadores Las redes de distribucin area de media tensin utilizan frecuentemente Reconectadores para eliminar las fallas fugaces, provocadas por descargas atmosfricas, vientos, etc. Un importante nmero de equipos y modelos se encuentra operando satisfactoriamente desde hace varios aos, lo que motiva la necesidad de efectuar tareas de mantenimiento y puesta a nuevo en taller de estos equipos. Al mismo tiempo en algunas unidades se ha optado por sustituir completamente las unidades de control y proteccin, obtenindose un equipo mejorado que admite funciones de telecontrol y que posee mejores funciones de proteccin asociadas. El trabajo tcnico describe la forma de contratacin seguida, describiendo en particular la forma de valorizacin de los trabajos a travs de la utilizacin de unidades constructivas y los requerimientos para la calificacin y seleccin del proveedor. Se describen en general las especificaciones tcnicas para el mantenimiento y actualizacin de estos equipos. Se detallan las condiciones de diagnstico inicial, los criterios de reparacin, el control de calidad durante la produccin as como el conjunto de ensayos que garantizan la calidad del producto y la documentacin y soporte tcnico de los trabajos que se realizan. Las redes de distribucin area de media tensin de UTE, utilizan frecuentemente Reconectadores para eliminar las fallas fugaces, provocadas por descargas atmosfricas, vientos, etc. Un importante nmero de equipos y modelos se encuentra operando satisfactoriamente desde hace varios aos, lo que motiva la necesidad de efectuar tareas de mantenimiento y puesta a nuevo en taller de estos equipos.

18

Al mismo tiempo en algunas unidades se ha optado por sustituir completamente las unidades de control y proteccin, obtenindose un equipo mejorado que admite funciones de telecontrol y que posee mejores funciones de proteccin asociadas. El trabajo tcnico describe la forma de contratacin seguida, describiendo en particular la forma de valorizacin de los trabajos a travs de la utilizacin de unidades constructivas y los requerimientos para la calificacin y seleccin del proveedor. Se describen en general las especificaciones tcnicas para el mantenimiento y actualizacin de estos equipos. Se detallan las condiciones de diagnstico inicial, los criterios de reparacin, el control de calidad durante la produccin as como el conjunto de ensayos que garantizan la calidad del producto y la documentacin y soporte tcnico de los trabajos que se realizan. La tecnologa de retrofiting, que consideramos en este caso para Reconectadores, es aplicada a cualquier equipo elctrico de potencia o a conjuntos de equipos. El conjunto de equipamientos de diferentes prestaciones, a las que nos referimos, pueden ser celdas, disyuntores, contactores, tableros y transformadores. Estos equipos, o parte de equipos, tienen en general caractersticas diferentes, entre las cules podemos destacar principalmente vida til y obsolescencia. Los componentes que obsolescen ms rpidamente suelen ser sistemas de protecciones, control y comunicacin, aislamientos y medios de extincin del arco. Consecuencia de esto es que normalmente se actualizan las funciones de proteccin, comunicacin y monitoreo. Internacionalmente las tcnicas de retrofiting estn siendo objeto de amplia atencin, debido a la gran cantidad de instalaciones que permanecen en servicio a pesar de su edad. En particular IEEE y CIGRE estn discutiendo estos temas. La importancia del retrofiting radica en su menor costo respecto a la sustitucin total del equipamiento, a la posibilidad de obtener un equipamiento con tecnologa totalmente actualizada y a la creciente atencin que se presta actualmente a la seguridad de las instalaciones y personas que las operan. 2. DESARROLLO El reconectador que utiliza UTE esta formado por bushings y paletas de conexin, transformadores de corriente, interruptor de vaco, mecanismos de apertura y cierres y gabinete de control que tiene los dispositivos de comando y el rel de proteccin. Los transformadores de corriente y el interruptor se encuentran en una cuba de aceite. Estos son ubicados principalmente en estaciones intemperie 30/15kV en el interior del pas o ubicados en postes en lneas de media tensin rurales.

19

Como se ha mencionado anteriormente UTE cuenta con una gran cantidad de estos Reconectadores y en diversos estados. En general se observa que el mecanismo de apertura y cierre, los transformadores de corrientes internos, los aisladores estn en buen estado. Por otro lado el estado de las botellas de vaco vara mucho dependiendo de donde se encuentra instalado el reconectador En algunos casos estn en buen estado y en otros muy desgastadas. 2.1.1 TRABAJOS REQUERIDOS MS IMPORTANTES Los trabajos requeridos los podemos diferenciar en aquellos que hacen a la sustitucin de partes que forman el circuito de potencia (bushings, botellas de vaco, transformadores de corriente, aceite dielctrico), trabajos que hacen a los circuitos de comando y control (bobinas de apertura y cierre, cableado y electrnica en general ), trabajos relacionado con el mantenimiento mecnico del equipo (sustitucin o reparacin de mecanismos de apertura y cierre, lubricacin, cambio de juntas, mantenimiento de los gabinetes de control y mecanismos). 2.1.3 REQUERIMIENTOS NECESARIOS DEL LABORATORIO Y TALLER El laboratorio requiere estar equipado con: equipo para realizar ensayo de test dielctrico en alterna hasta 52.5kV (75% de 70kV), megohmetro, medidor de resistencia de contacto, equipo para medida de velocidad de apertura y cierre de los contactos principales, fuente de corriente de inyeccin primaria, equipo de prueba de reconectadores segn punto 11 de la norma N.MA. 71.02, la cual refiere a las especificaciones tcnicas de los reconectadores adquiridos por UTE. El taller debe contar con todas las herramientas necesarias para llevar a cabo los trabajos de reparacin de los equipos, tales como: estructura para izaje de equipos, depsito para aceite dielctrico, fuentes de corriente alterna y continua y herramientas en general. Es importante aclarar que UTE aporta el aceite dielctrico nuevo y el usado es retirado y llevado a la planta de reciclado propiedad de UTE 2.1.4 ENSAYOS DE RECEPCION Una vez finalizados los trabajos, se realizan los siguientes ensayos de recepcin a los reconectadores en taller, de acuerdo al punto 10.3 de la norma UTE N.MA. 71.02.:

1) Inspeccin visual (consiste en la verificacin del aspecto externo del conjunto y de sus

componentes, acabado, homogeneidad de las unidades del suministro y conformidad con los

diseos del material ofertado, aprobados por UTE).

2) Operacin manual (consistir en cerrar y abrir el reconectador manualmente un mnimo de 10

veces. Se verificar en cada accin la correcta continuidad o apertura respectivamente, de los

correspondientes circuitos principales).

3) Operacin automtica (consistir en efectuar automticamente ciclos completos de apertura -

reconexin hasta el bloqueo, usando una corriente igual al 110% del valor de la corriente de

disparo. Este ensayo se efecta a una frecuencia de tensin y corriente de 50 Hz).

4) Medida de resistencia de los circuitos primarios. Este ensayo se realizar de acuerdo a lo

especificado en la clusula 6.4 de la norma IEC 694.

5) Velocidad de cierre y apertura de los contactos principales

6) Discrepancias de fases en el cierre y la apertura de contactos principales

7) Se realizarn ensayos de recepcin del cincado en conformidad con la norma N.MA.22.05

Cincado.

8) Se efectuarn ensayos de recepcin de la pintura en conformidad con la norma N.MA.22.01

Pintura para transformadores

20

2.2.2 DIAGNOSTICO Se parte de un anlisis y revisin exhaustiva del equipo, ejecutado ensayos especficos para cada uno de sus componentes. La primera instancia consiste en realizar una inspeccin visual de los elementos aislantes constatando que estn en buen estado, se revisa tambin la tapa de la cuba as como tambin los aisladores pasantes, luego se comprueba el funcionamiento del mecanismo y accionamiento de los tres polos del interruptor; en esta prueba se incluye un chequeo de la carga de los resortes tanto mecnicamente como elctricamente, despus se efecta una apertura y un cierre mecnico y elctrico. A continuacin se realiza un ensayo de resistencia de contacto donde se verifica parcialmente el estado de las botellas de vaco y el conjunto pasante. Se extrae una muestra de aceite y se le realiza un ensayo de rigidez dielctrica determinando si el cumple con los valores mnimos determinados por las normas internacionales. Dependiendo del estado del aceite se extrae el mismo previo al desencube. Si el aceite esta en condiciones este es conservado en un recipiente hermticamente cerrado para evitar el contacto con el aire, si en cambio el aceite va a ser descartado este es depositados en recipientes disponibles para dicho fin y es enviado a los depsitos de la UTE para su correcta disposicin final. Se realiza el desencubado del equipo y se inspeccionan los componentes internos; estando las botellas de vaco fuera del aceite se procede a realizar un ensayo de tensin aplicada sobre los interruptores, comprobando de esta forma el correcto vaco de las ampollas. La medida de resistencia de contacto es un elemento fundamental a la hora del diagnstico, si bien el fabricante especifica valores lmites, es la experiencia acumulada por las empresa de mantenimiento y reparacin, a travs de los aos, que habilita para tomar decisiones, ya esta puede llegar a el cambio de algunos de los elementos con un costo importante innecesariamente, como puede ser el caso del cambio del interruptor de vaco. En caso de efectuarse la medida y se encontrase un valor muy alto, deber diagnosticarse cual de los elementos puede estar ocasionando dicho valor, el interruptor de vaco, las resistencias de los elementos al interruptor, los elementos de presin y regulacin. Si se tratase del interruptor de vaco deber considerarse proceder a una regulacin primaria para verificar el valor obtenido. 2.2.3 TAREAS DE REPARACION Y MODIFICACION Especial consideracin merece la construccin y ensayo de las fuentes de tensin continua que permitirn la operacin de los sistemas de control, proteccin y medida durante su operacin normal, mediante la rectificacin de la tensin alterna proveniente de los transformadores de tensin. Es fundamental adems que la energa almacenada en los condensadores permita las operaciones de apertura y reconexin necesarias para la correcta operacin del equipo, debido a que durante la falta puede no estar disponible la tensin alterna. Las fuentes deben operar tanto en corriente continua como alterna para posibilitar la instalacin del mismo equipo en diferentes instalaciones. Aspectos relacionados a la confiabilidad de las mismas implican un diseo razonablemente conservador de la tensin mxima de los mismos respecto a la tensin de operacin, y un periodo de operacin en taller, previo a su instalacin en el tablero de mando del equipo. Se desmonta totalmente el equipo y se reacondiciona la estructura, agregando los elementos necesarios de izado, y se realiza el tratamiento superficial y posterior pintado o galvanizado de los elementos metlicos. Se procede tambin al tratamiento superficial y pintado de cuba, tablero y alojamiento del mecanismo de mando, donde se sigue la norma de distribucin de pintura de UTE, que contempla someramente, el arenado de las piezas, tareas de chapa y calados, y posteriormente se somete a tratamiento anticorrosivo y galvanizado en fro, finalizndose con la aplicacin de pintura sobre la base de poliuretano.

21

Durante el montaje de los tableros se deben considerar especialmente la sealizacin de los conductores, en particular los que conectan con los equipos instalados dentro de la cuba que incorpora los elementos de potencia. Los elementos se instalan de acuerdo al proyecto y se verifican las conexiones individualmente en forma previa a la energizacin (timbrado punto a punto de las conexiones). Hay que tener en cuenta que para realizar el montaje y ajuste de los elementos del mecanismo de mando y especialmente de las ampollas de vaco se requiere de herramientas y gabaritos especiales para la colocacin y posterior ajuste de los elementos a sustituirse, dependiendo de las mismas, la garanta del cumplimiento de la vida til de los repuestos en especial aquellos que intervienen en la seguridad de maniobra del equipo. Asociado a esto es imprescindible el know-how de los tcnicos, que deben tener la capacitacin brindada por los especialistas de fbrica.

2.2.4 ENSAYOS FINALES Se conecta la alimentacin y se comienzan a ensayar las funciones del comando elctrico para verificar el buen funcionamiento apertura, cierre, carga de resortes, siguiendo las especificaciones de la planilla de ensayos incluida en el instructivo. Se verifica la correcta operacin de las distintas derivaciones de los transformadores de corriente, esta verificacin, que se realiza inyectando corriente alterna primaria, sirve de contraste de los transformadores de medida de corriente para la carga especfica que presenta el rel de proteccin y los cables de conexin. Para todas las medidas que se realizan, los instrumentos deben tener la precisin necesaria de acuerdo a la exigencia de la medida y la correspondiente calibracin vigente. Se efectan los ensayos de disparo del rel por sobrecorriente de fase y de tierra verificndose tambin la inhibicin de conexin y las llaves de conexin del circuito de tierra. Se ensayan los ciclos de reconexin ajustados en el rel, comprobndose que los tiempos que estn de acuerdo a lo programado. Medida de resistencia de contacto: La medida de resistencia de contactos se realiza aplicando el mtodo voltamperimtrico: se hace circular una corriente continua por el elemento donde se desea medir la resistencia y se mide la cada de tensin entre los extremos del elemento. Como todos los elementos poseen resistencia e inductancia, la medida debe ejecutarse utilizando corriente continua para que la cada de tensin en la inductancia sea cero. Este ensayo nos indica el valor de resistencia, no solo del interruptor de vaco, segn su ajuste, sino tambin de todo el conjunto de uniones que lo conectan a los bornes del equipo. Como se mencion es una importante herramienta de diagnstico. Durante el ensayo final ya sea que se trate de una ampolla nueva o con cierto uso, los ajustes necesarios han sido realizados, por lo cual consiste en un ensayo de comprobacin de la correcta ejecucin del trabajo. Simultaneidad de contactos : La medida de simultaneidad en el cierre y apertura de los contactos de un contactor, disyuntor o reconectador, tiene como objetivo medir el tiempo en que acta el equipo luego de la energizacin de bobinas de cierre y apertura y el tiempo entre el contacto que cierra primero y el que cierra ltimo durante el cierre. De la misma forma, la diferencia de tiempo entre el que abre primero y el que abre ltimo durante la apertura. Hay que tener en cuenta para la realizacin de este ensayo la interferencia de ruido elctrico externo, o en trminos generales estudiar la compatibilidad electromagntica del equipo para que no interfieran con las medidas, fundamentalmente durante medidas de campo. Ensayo de tensin aplicada (75% del valor eficaz del ensayo de un equipo nuevo): Para la realizacin de este ensayo se debern destacar algunos aspectos; en cuanto a la seguridad se refiere El ensayo se realizar siempre con el equipo dentro de la jaula protegida para alta tensin, se

22

verificar el correcto cierre de las conexiones de seguridad entre mamparas, se aplicarn los dispositivos previstos de sealizacin luminosa y acstica. Se conectar la masa de todos los equipos dentro de la jaula de alta tensin entre s y a la barra de tierra dispuesta dentro del recinto cerrado a tales efectos. En los equipos con cmaras de vaco no se debe exceder las tensiones indicadas por el fabricante debido al riesgo de generacin de RAYOS X. Hay dos ensayos que se le realizan a los reconectadores. El primero consta en realizarle con el interruptor abierto aplicarle tensin entre un polo y todos los dems a tierra durante 1 minuto, y as se realizan 6 ensayos uno por cada polo. El segundo es con el interruptor cerrado se realiza un puente entre los tres bushings de entrada y se aplica tensin a estos contra la cuba a tierra, tambin durante 1 minuto. Medida de corriente de bobina: La finalidad de este ensayo es poder determinar el estado elctrico de la bobina y comprobar el esfuerzo mecnico que realiza la misma cuando es energizada. El ensayo consiste en tomar una muestra de la forma de onda de la corriente para luego analizar sus parmetros como: amplitud de arranque, estudio de transitorios de la inductancia durante la variacin del entrehierro, y corriente final. Si se encuentra que la amplitud de la corriente es demasiado elevada hay que proceder a extraer la bobina y ensayarla sin carga mecnica; en caso de que persista la falla quiere decir que tenemos un problema de cortocircuito entre espiras o simplemente se trata de una inadecuada identificacin de la tensin nominal de la misma. Puede ocurrir que se trate de un problema en el mecanismo del interruptor pudiendo ser que este se encuentre endurecido o est trancado, caso en el cual el periodo de la forma de onda ser muy prolongado. Los reconectadores pueden clasificarse como sigue:

Monofsicos y trifsicos

Mecanismos de control hidrulico, electrnico y digital

Interruptores de aceite, vaco o SF6 Reconectadores monofsicos

Reconectadores Trifsicos (Fig. abajo) Se utilizan cuando hay que desconectar las tres fases antes una falla permanente, para prevenir la prdida de fase de cargas trifsicas tales como grandes motores trifsicos. Tienen dos modos de operacin:

desconexin monofsica / apertura final trifsica:

desconexin trifsica / apertura final trifsica :

Reconectador trifsico hidrulico

23

Reconectadores con control hidrulico

Reconectadores con control electrnico

Control con componente discretos Control micro procesado Tipos de controles electrnicos Tipos de interruptores Se utilizan interruptores de aceite, SF6 y vaco. Los de aceite utilizan el mismo aceite para el apagado del arco y medio de aislamiento. El uso de interruptores de vaco tiene la ventaja de requerir mnimo mantenimiento. - Instalacin y funciones de los reconectadotes

En subestaciones, para proveer proteccin primaria de circuitos

En alimentadores principales, para permitir el seccionamiento a lo largo de la lnea y de ese modo prevenir la prdida de un circuito completo debido a fallas en los extremos.

En ramas o derivaciones, para prevenir la apertura del circuito principal debido a fallas en las mismas.

Cuando se instalan reconectadores es necesario tener en cuenta los siguientes factores de aplicacin: 1. Tensin del sistema 2. Corriente mxima de falla 3. Corriente mxima de carga 4. Corriente mnima de cortocircuito en la zona protegida por el reconectador: 5. Coordinacin con otros dispositivos de proteccin localizados hacia la fuente y hacia la carga En la Fig. 52 se muestra una secuencia tpica de operacin hasta la desconexin definitiva para una falla permanente.

24

Secuencia de operacin hasta la desconexin definitiva

Curvas tiempo-corriente tpicas de reconectadores

5.29.3 Seccionalizadores Un seccionalizador es un dispositivo el cual automticamente asla las secciones falladas de un circuito de distribucin, una vez que un reconectador o rel con unidad de recierre de respaldo hayan interrumpido la corriente de falla y se instala comnmente aguas abajo del dispositivo de respaldo. Al igual que los reconectadores, los seccionalizadores se clasifican en:

monofsicos y trifsicos

control hidrulico o electrnico Seccionalizadores con control hidrulico

25

Seccionalizadores con control electrnico

Fig. 55

Caractersticas de los seccionalizadores Incluyen reseteo del conteo, deteccin de fallas a tierra, y diversas restricciones que previenen operaciones o bloqueos indeseadas o innecesarias, por ej., distinguir entre la operacin de los dispositivos de proteccin del lado de carga o del lado de fuente. Factores de aplicacin de los seccionalizadores Para seleccionar un seccionalizador deben considerarse los siguientes aspectos:

Tensin del sistema

Corriente mxima de carga

Corriente mxima de cortocircuito

Coordinacin con otros dispositivos instalados aguas arriba y abajo 5.29.4 PROTECCION DE TRANSFORMADORES MT - Fusibles de Alta capacidad de ruptura Tales fusibles provienen de los aos cuarenta, se denominan normalmente como HH, nombre derivado de sus iniciales en idioma alemn, Hochspannung Hochleistung, responden a las normas IEC 282-1 y fundamentalmente a las DIN 43625 -VDE 0670, estando normalizadas sus caractersticas constructivas y de respuesta.

Fig. 60

Su capacidad de ruptura mxima es de 900 MVA, disponiendo de modelos intermedios con 300 y 600 MVA. Al operar en forma cerrada, conteniendo en su interior todos los productos de la extincin, sin tener manifestacin externa alguna, puede ser instalado en gabinetes o tableros, existiendo adems un diseo algo ms complejo, para su uso a la intemperie.

26

Mecanismo de operacin

Fig. Oscilograma de operacin de un fusible limitador El fabricante se ve obligado en consecuencia a construir curvas cuyos puntos provienen de determinar experimentalmente el mximo pico posible para cada valor de corriente eficaz, independientemente del grado de asimetra, que solo depende del momento de conexin, o sea del azar y de cada tipo de fusible. En la Fig. se muestra las caractersticas tpicas de un fusible limitador de corriente.

Fig. Grfica de limitacin de corriente

5.29.5 COORDINACIN ENTRE DISPOSITIVOS DE PROTECCIN En la coordinacin de las caractersticas tiempo-corriente de los distintos tipos de dispositivos de proteccin, deben emplearse los siguientes criterios bsicos:

1. La proteccin principal debe despejar una falla permanente o temporaria antes de que opere la proteccin back-up, o continuar operando hasta que el circuito sea desconectado. Sin embargo, se ver luego el caso especial de coordinacin entre un reconectador y un fusible.

2. La prdida de suministro causada por una falla permanente debera restringirse a la menor parte posible del sistema por el tiempo ms corto posible.

27

5.29.6 Coordinacin fusible-fusible El mecanismo inicial de operacin de un fusible es la fusin del elemento. Este mecanismo depende de los tres siguientes factores:

Magnitud de la corriente

Duracin de la corriente

Propiedades elctricas del elemento La caracterstica del fusible es definida en realidad por dos curvas: la de mnimo tiempo de fusin y la de tiempo total de despeje (fig. 61):

Curvas de tiempo mnimo y mximo de fusin

Criterio de coordinacin de fusibles t1

28

El tiempo total del fusible debe ser menor que la curva lenta del reconectador; el reconectador debe tener al menos dos o ms operaciones con retardo para evitar la prdida de servicio en caso que el reconectador dispare cuando el fusible opera.

La aplicacin de estas dos reglas se ilustra en la fig.

Criterio de coordinacin fusible lado carga reconectador 5.29.7 Coordinacin reconectador-seccionalizador Tambin mediante el uso de seccionalizadores y reconectadores se consigue una funcin de reconexin econmica y desenganches definitivos y selectivos. En la fig. 64 se observa un ejemplo con un sistema anlogo al anterior. Frente a una falla F abre el reconectador en curva A (aunque ahora no interesa realmente la velocidad de operacin) y el seccionalizador cuenta una interrupcin de la corriente de falla pero no opera.

Fig. 64 Coordinacin entre reconectadores y seccionalizador

El reconectador vuelve a conectar y si la falla persiste abre nuevamente, contando el seccionalizador la segunda interrupcin de la corriente de falla, pero tampoco en este caso opera. Si tambin ahora la falla persiste, el reconectador abre por tercera vez y el seccionalizador cuenta la tercera interrupcin de la corriente de falla. Sin embargo como el seccionalizador debe estar preparado para abrir luego de contar un nmero de interrupciones de corriente de falla una vez menor que el nmero total de aperturas del reconectador (en este caso el reconectador est programado para 4 aperturas), aqul abre el circuito en falla. El reconectador vuelve a conectar entonces, quedando el resto del sistema en servicio.

29

5.29.8 Coordinacin rel-fusible En el caso de que se intercale un rel (2) entre los fusibles (1) de lado carga y (3) de lado fuente, la curva utilizada de temporizacin del rel debe quedar por arriba de la curva de mximo tiempo de fusin de (1) y por debajo de la curva de mnimo tiempo de fusin de (3).

Coordinacin rel-fusible

PROBLEMAS FUNDAMENTALES DE LOS EQUIPOS Y MANTENIMIENTO

5-32 Problemas fundamentales de los aparatos

Los problemas que van a afectar a cualquier tipo de equipos van a ser, principalmente, los siguientes: calentamiento, aislamiento y esfuerzos mecnicos. Estos no se pueden reflejar en frmulas matemticas que nos pudieran determinar a priori, de un modo bastante fiable, los resultados de estos problemas sobre la aparamenta.

En realidad se debe contar en estos casos con la experiencia del constructor, con ensayos de laboratorio y con la experimentacin en servicio como medios para predeterminar el comportamiento de los aparatos frente a los fenmenos adversos.

5-33 Calentamiento

El problema del calentamiento comporta el estudio de los fenmenos que dan lugar en la aparamenta a la produccin de calor: efecto Jou1e, iantacin alternativa, corrientes de Foucault, prdidas dielctricas, etc, as como de los medios de evacuacin del mismo.

5-34 Aislamiento

El problema del aislamiento es ya de un orden ms elevado, particularmente si se trata de altas y muy altas tensiones. Este problema comprende el estudio previo del campo elctrico, la influencia del medio ambiente y la alteracin con el tiempo de las propiedades dielctricas de los aislantes, as como el conocimiento y la aplicacin de nuevos aislantes gaseosos, lquidos y slidos.

30

En este campo, pese a lo mucho que se ha logrado, la investigacin es incesante y an hay mucho camino por andar. No en vano se ha dicho que el progreso de las mquinas y aparatos elctricos est ntimamente ligado al desarrollo de nuevos materiales aislantes.

5-35 Esfuerzos mecnicos

El problema de los esfuerzos mecnicos tiene su origen, por una parte, en las fuerzas electrodinmicas que se manifiestan entre conductores prximos cuando son recorridos por corrientes elctricas, y por otra en las dilataciones que los mismos experimentan al calentarse. De estas dos fuerzas, la ms importante es, con mucho, en la aparamenta de maniobra de baja y media tensin, la electrodinmica, por los elevados valores que en unos instantes pueden alcanzar las corrientes.

Adems, los esfuerzos electrodinmicos, cuando las corrientes son alternas, vienen expresados por funciones senoidales de pulsacin m 2m, y si las frecuencias naturales de oscilacin de los conductores tienen la misma pulsacin, pueden entrar en resonancia y dar origen a vibraciones peligrosas para el aparato que, como es lgico, deber evitarse.

5-36 Problemas adicionales a los equipos de corte

Aparte de estos problemas de los equipos generales, hay que aadir dos ms equipos de corte que son: el problema de los contactos principales y el problema de los fenmenos derivados del arco elctrico.

. El problema de los contactos principales: el problema estriba en que la superficie de contacto de los contactos principales es muy pequea, puesto que son solamente unos pocos puntos de la superficie de dichos contactos los que se encuentran realmente apoyados entre s y a travs de los cuales debe pasar la totalidad de la corriente. A esto hay que aadir que la dureza superficial y las pelculas aislantes interpuestas (que pueden ser de dcimas de micra) implican nuevas dificultades e incrementan considerablemente la resistencia de contacto, por lo que el calentamiento debido a esta resistencia de contacto no debe ser obviado.

. El problema de los fenmenos derivados del arco elctrico: el problema de la ruptura del circuito pasa, indudablemente, por la formacin de un arco elctrico entre los contactos principales, fenmeno que de por s constituye un amplio campo de estudio, ocasionndoles una serie de problemas como fusin y desintegracin del metal de los contactos debido a las elevadsimas temperaturas alcanzadas en el arco, cadas de tensin, etc...