MODERNIZINTERR INTERRUPTORES

7/22/2019 MODERNIZINTERR INTERRUPTORES

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INSTITUTOPOLITECNICONACIONAL

ESCUELASUPERIORDEINGENIERAMECNICAYELCTRICAUNIDADPROFESIONAL

ADOLFOLPEZMATEOS

MODERNIZACINDEINTERRUPTORESDEPOTENCIADE400KVENLASUBESTACINELCTRICATEXCOCO

T E S I SQUEPARAOBTENERELTTULODE

INGENIEROELECTRICISTAP R E S E N T A:

RODRIGOBARAJASARREOLA

MEXICO, D.F. 2010


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RESUMEN

La cantidad de energa elctrica que se consume en el pas, es un indicador de snivel econmico, las fuentes para crear esa energa y el equipamiento para desarrollalas redes de transformacin, transmisin y distribucin cuando se realizapropiadamente tambin permiten reconocer aspectos de la actualizacitecnolgica en su infraestructura industrial y de capital humano.

Operativamente, para que un Sistema Elctrico conserve su estabilidad manteniendla continuidad del servicio con calidad a todos sus consumidores, se requiere que loprocesos productivos de Generacin, Transmisin y Distribucin cuenten con equipoactuales que cumplan y mantengan las exigencias de demanda de energacaracterizada por la acelerada evolucin tecnolgica en los diferentes sectores de leconoma.

En el caso de Mxico la robustez se ha estado construyendo a travs de

enmallamiento de las redes elctricas. Derivado de que los centros de Generaciestn lejanos en relacin con los grandes ncleos de consumo que se encuentran eel centro de nuestro territorio, por lo anterior, su control operativo es ms complejen la conexin y desconexin de grandes bloques de energa; as tambin es mvulnerable ante agentes externos e internos que puedan provocar contingencias disturbios, y para minimizar sus efectos, se requiere aislar adecuadamente el puntde falla, para lograr ese objetivo un equipo esencial es el interruptor, el cual es uelemento en un circuito elctrico que tiene la responsabilidad del manejo del flujo dpotencia y evitar en cierta medida que alteren los parmetros fundamentales de

usuario final como son tensin y frecuencia.

Ante la importancia sealada que tiene el interruptor de potencia para un sisteminterconectado, es elemental que este equipo primario cuente con los requerimientode confiabilidad dentro de estndares competitivos, ya que por ser un equipo de graimportancia, se incorporan nuevas tecnologas tanto en su diseo como en suprocesos constructivos y materiales de manufactura, por lo que se hace imperativo ereemplazo de estos equipos cuando se encuentran cerca del trmino de su vida ticuando sus caractersticas nominales ya no son las adecuadas para operar dentro de

sistema al que se encuentran interconectados, as como cuando sufren una avergrave al interrumpir una falla.

Con el propsito de hacer eficiente y seguro el desempeo de los interruptores, srecomienda mantener la poblacin de interruptores con los debidos mantenimientopreventivos y correctivos y usar las tecnologas ms recientes y adecuadas paroperar en el punto de la red en donde se realicen proyectos nuevos.


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NDICE

RESUMEN ----------------------------------------------------------------------------------

NDICE ------------------------------------------------------------------------------------

NDICE DE FIGURAS---------------------------------------------------------------------- vNDICE DE TABLAS ------------------------------------------------------------------- vi

CAPTULO 1 INTRODUCCIN

1.1 INTRODUCIN ------------------------------------------------------------------------------- 1

1.2 ALCANCE DEL PROYECTO -------------------------------------------------------------------- 1

1.3 OBJETIVOS GENERALES ---------------------------------------------------------------------

1.4 OBJETIVOS PARTICULARES ----------------------------------------------------------------- 2

1.5 JUSTIFICACIN --------------------------------------------------------------------------------

CAPTULO 2 ESTADO DEL ARTE DEL INTERRUPTOR DE POTENCIA

2.1 ANTECEDENTES DE LOS INTERRUPTORES DE POTENCIA ----------------------------------

2.1.1 REPOTENCIACION ---------------------------------------------------------------------------

2.2 DEFINICIN DE INTERRUPTOR---------------------------------------------------------------

2.3 CLASIFICACIN DE LOS APARATOS DE CORTE ---------------------------------------------

2.3.1 SECCIONADORES ---------------------------------------------------------------------------

2.3.2 INTERRUPTORES ---------------------------------------------------------------------------

2.3.3 INTERRUPTORES SECCIONADORES --------------------------------------------------------

2.3.4 DISYUNTORES O INTERRUPTORES DE POTENCIA ----------------------------------------

2.3.5 CONCEPTOS RELACIONADOS CON LOS INTERRRUPTORES ------------------------------

2.4 TAREAS FUNDAMENTALES DE LOS APARATOS DE CORTE --------------------------------- 1

2.5 PRINCIPIO DE OPERACIN DEL INTERRUPTOR -------------------------------------------- 13

2.6 MTODOS DE EXTINCIN DEL ARCO ELCTRICO ------------------------------------------ 1

2.7 TCNICAS PARA AUMENTAR LA RESISTENCIA DEL ARCO --------------------------------- 14


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2.8 EL CIRCUITO PRINCIPAL------------------------------------------------ -------------------- 16

2.9 EXTINCIN EN CORRENTE ALTERNA ------------------------------------------------------- 1

2.10 PROCESO DE CIERRE ----------------------------------------------------------------------- 1

2.11 PROCESO DE APERTURA ------------------------------------------------------------------- 19

2.12 CARACTERSTICAS NOMINALES ----------------------------------------------------------- 20

2.13 TIPOS DE INTERRUPTORES ---------------------------------------------------------------- 20

2.14 MEDIOS DE EXTINCIN DEL ARCO ELECTRICO ------------------------------------------ 23

2.15 INTERRUPTORES DE SOPLO DE AIRE (NEUMATICO) ------------------------------------- 24

2.15.1 PRINCIPIO DE OPERACIN -------------------------------------------------------------- 24

2.16 INTERRUPTORES EN HEXAFLUORURO DE AZUFRE (SF6) -------------------------------- 25

2.16.1 HEXAFLUORURO DE AZUFRE ------------------------------------------------------------ 26

2.16.2 PRINCIPALES USOS DEL SF6 POR LA INDUSTRIA ELCTRICA ------------------------- 28

2.17 MECANISMOS DE OPERACIN ------------------------------------------------------------- 29

2.18 TENSIN TRANSITORIA DE RESTABLECIMIENTO ---------------------------------------- 34

2.19 CONDICIONES DE OPERACIN ------------------------------------------------------------ 35

2.19.1 INTERRUPCIN DE CARGAS CAPACITIVAS --------------------------------------------- 35

2.19.2 INTERRUPCIN DE CORRENTES INDUCTIVAS ----------------------------------------- 3

2.20 CRITERIOS DE APLICACIN --------------------------------------------------------------- 37

2.21 MANTENIMIENTO Y PRUEBAS A INTERRUPTORES DE POTENCIA ------------------------ 39

2.22 NORMATIVIDAD DE INTERRUPTORES DE POTENCIA ------------------------------------- 4

2.23 INVENTARIO DE INTERRUPTORES DE POTENCIA----------------------------------------- 43

2.24 INDICES DE FALLA-------------------------------------------------------------------------- 44

2.25 HISTORIALES DE FALLA-------------------------------------------------------------------- 47


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CAPTULO 3 APLICACIN DE INTERRUPTORES DE POTENCIA A REDEELCTRICAS

3.1 INTERRUPTORES DE POTENCIA PARA ALTA TENSIN ------------------------------------- 49

3.2 VALORES NOMINALES ESTNDARES PARA INTERRUPTORES DE POTENCIA ------------- 51

3.3 VALORES NOMINALES PARA CICLOS DE CIERRE APERTURA ----------------------------- 5

3.4 DETERMINACIN DE VOLTAJES TRIFSICOS EQUIVALENTES Y VALORES DINTERRUPCIN ----------------------------------------------------------------------------------- 52

CAPTULO 4 CARACTERSTICAS DE CAPACIDAD INTERRUPTIVA DE LA STEXCOCO DEBIDO A CAMBIOS DE TOPOLOGA DE LA RED

4.1 CARACTERSTICAS DE LA SE TEXCOCO CON RESPECTO A LA RED ELCTRICA NACIONA----------------------------------------------------------------------------------------------------- 54

4.2 NIVELES DE CORTO CIRCUITO EN LA SE TEXCOCO ANTERIORES ------------------------ 5

4.3 NIVELES DE CORTO CIRCUITO DE LA SE TEXCOCO ACTUALES Y FUTUROS ------------- 57

4.4 VALORES REQUERIDOS ---------------------------------------------------------------------- 5

CAPTULO V EL INTERRUPTOR DE POTENCIA BBC TIPO DLF Y EINTERRUPTOR DE POTENCIA DE 400 kV Marca SIEMENS Tipo 3AP2-FI-420

5.1 EL INTERRUPTOR DE POTENCIA BBC TIPO DLF -------------------------------------------- 5

5.1.1 DESCRIPCIN ------------------------------------------------------------------------------ 5

5.1.2 VALORES FUNCIONALES ------------------------------------------------------------------ 61

5.1.3 DESCRIPCIN DE LOS ESQUEMAS Y DISPOSITIVOS DE CONTROL Y PROTECCIN DEINTERRUPTOR BBC TIPO DLF -------------------------------------------------------------------- 6

5.2 EL INTERRUPTOR DE POTENCIA DE 400 kV Marca SIEMENS TIPO 3AP2 ---------------- 62

5.2.1 DESCRIPCIN ------------------------------------------------------------------------------ 6

5.2.2 VALORES FUNCIONALES ------------------------------------------------------------------ 63

5.2.3 DESCRIPCIN DE LOS ESQUEMAS Y DISPOSITIVOS DE CONTROL Y PROTECCIN DEINTERRUPTOR SIEMENS Tipo 3AP2-FI-420 --------------------------------------------------- 65


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CAPTULO 6 CRITERIOS DE SELECCIN DE INTERRUPTORES EN LASUBESTACIN ELCTRICA TEXCOCO BASADO EN CLCULOS POR CAMBIO DCAPACIDAD INTERRUPTIVA Y NORMATIVIDAD

6.1 INTERRUPTORES DE C.A -------------------------------------------------------------------- 67

CAPTULO 7 ANLISIS DE RESULTADOS OBTENIDOS -------------------------- 7

CAPTULO 8 CONCLUSIONES ------------------------------------------------------- 74

REFERENCIAS-------------------------------------------------------------------------- 75


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NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Cuchillas AEG tipo pantgrafo--------------------------------------------------

Figura 2.2 Partes constitutivas de un interruptor de potencia con capacitor de gradienty resistencias de preinsercin --------------------------------------------------------------

Figura 2.3 Comportamiento del arco en c.a. (histresis del arco) -------------------- 14

Figura 2.4 Elongacin del arco elctrico por la accin del empuje trmico --------- 14

Figura 2.5 Representacin esquemtica de la tcnica de enfriamiento del arco en uinterruptor neumtico ------------------------------------------------------------------ 15

Figura 2.6 Representacin esquemtica de la divisin del arco. ---------------------- 15

Figura 2.7 Representacin esquemtica de la contriccin del arco ------------------ 16

Figura 2.8 Contactos principales de un interruptor de SF6---------------------------- 17

Figura 2.9 Comportamiento de las tensiones durante el proceso de interrupcin -- 18

Figura 2.10 Proceso de interrupcin de la corriente: a) Extincin; b) Reencendido - 19

Figura 2.11 Interruptor de tanque muerto -------------------------------------------- 21

Figura 2.12 Interruptor tipo T hidrulico de tanque vivo, con medio de extincin d

SF6. -------------------------------------------------------------------------------------- 22

Figura 2. 13 Curvas de la tensin de ruptura de la rigidez dielctrica entre dos contactos -- 2

Figura 2. 14 Disyuntores de soplo de aire ----------------------------------------------- 24

Figura 2. 15 Estructura qumica del SF6 ----------------------------------------------- 26

Fig. 2. 16 Variacin de la presin del SF6 en funcin de la temperatura ------------- 27

Figura 2. 17 Interrupcin de circuitos en alta tensin --------------------------------- 29

Figura 2. 18 Aislamiento de subestaciones encapsuladas en SF6 -------------------- 29

Figura 2. 19 Funcionamiento del mecanismo con resorte ------------------------------- 3

Figura 2. 20 Imagen de un mecanismo neumtico ------------------------------------ 31


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Figura 2. 21 Mecanismo de accionamiento hidrulico ----------------------------------- 32

Figura 2. 22 Principio de maniobra de accionamiento de gas dinmico -------------- 34

Figura 2. 23 Circuito capacitivo ---------------------------------------------------------- 35

Figura 2. 24 Transformador o reactor monofsico ------------------------------------ 37

Figura 2. 25 Transitorio generado por el recierre de un interruptor en vaco --------- 39

Figura 2.26 Fallas por localizacion del interruptor de potencia en 400 kV en el a2008--------------------------------------------------------------------------------------- 4

Figura 2.27 Falla de interruptores de potencia por marca en el ao 2008------------ 45

Figura 2.28 Porcentaje de fallas a interruptores de potencia de 400kV por el tipo d

origen de la falla-------------------------------------------------------------------------- 4

Figura 2.29 Porcentaje de falla del interruptor del ao 2008 por sus componentes--4

Figura 2.30 Historial de falla de interruptores por su extincin del arco en 400 kV---47

Figura 2.31 Historial de porcentaje de falla de interruptores por su mecanismo en 40kV----------------------------------------------------------------------------------------- 48

Figura 4.1 Diagrama unifilar de la Subestacin Elctrica Texcoco -------------------- 55

Figura 4.2 Anillo Metropolitano de 400 kV. ------------------------------------------- 56Figura 5.1 Interruptor de potencia neumtico BBC Tipo DLF ------------------------ 60

Figura 5.2 Interruptor de potencia en SF6, con mecanismo de accionamiento dresorte marca SIEMENS 3AP2-FI ------------------------------------------------------- 6


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NDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Voltajes nominales y voltajes mximos de diseo (IEC) ------------------ 9

Tabla 2.2 Valores recomendados de elevacin de temperatura ----------------------- 1

Tabla 2.3 Total de interruptores al mes de Diciembre del 2008----------------------- 43Tabla 2.4 Crecimiento de interruptores de potencia en el ao 2008------------------ 44

Tabla 2.5 ndices de falla nacionales del 2008----------------------------------------- 44

Tabla 3.1 Corrientes nominales de operacin y corrientes de interrupcin ---------- 50

Tabla 3.2 Tensiones nominales y mxima de diseo ---------------------------------- 51

Tabla 3.3 Tensiones nominales y valores de pruebas dielctricas -------------------- 53

Tabla 4.1 Valores de Corriente de Corto Circuito de la Subestacin Elctrica Texcocdel ao 2006, 2007 y 2008. ------------------------------------------------------------ 57

Tabla 5.1 Datos de placa del interruptor BBC Tipo DLF ------------------------------- 6

Tabla 5.2 Capacidad de aislamiento del interruptor SIEMENS 3AP2 FI ------------ 64

Tabla 5.3 Datos elctricos del interruptor SIEMENS 3AP2 FI ------------------------ 65

Tabla 5.4 Tiempos de conmutacin ----------------------------------------------------- 6

Tabla 6.1 Capacidades nominales preferida para interruptores al aire libre (la base dla capacidad nominal es la corriente simtrica) --------------------------------------- 69

Diagrama 1 Procedimiento para el reemplazo de un interruptor de potencia ---------7


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CAPTULO 1INTRODUCCIN

1.1 INTRODUCCIN

El Sistema Elctrico Nacional est integrado principalmente por las Centrale

Generadoras, Lneas de Transmisin y Subestaciones de Potencia, estas ltimadesempean una funcin muy importante ya que son los nodos de recepcin y envde los paquetes de energa los cuales se distribuyen y regulan a pequeos y grandeconsumidores ubicados en muchos casos a grandes distancias.

Los interruptores de potencia que forman parte del Sistema Interconectado, tienen misin de conectar y desconectar equipos primarios de la red, as como tambin tienla funcin de aislar a los mismos cuando se encuentren en condiciones anormales y dfalla.

Considerando la problemtica del Sistema Interconectado Nacional que enfrentan lacompaas suministradoras por el crecimiento de la red, y los requerimientos dconfiabilidad dentro de estndares competitivos, se hace necesario que todos loEquipos Elctricos Primarios que la conforman y los sistemas de protecciones, contry comunicaciones, operen y se mantengan en ptimas condiciones de servicio.

Por la importancia que tienen los Interruptores de potencia, constantemente sincorporan nuevas tecnologas tanto en su diseo como en sus procesos constructivoy materiales de manufactura, adems el crecimiento de demanda en puntoespecficos del sistema se ha incrementado provocando esto un incremento en loniveles de corriente de corto circuito, por lo que se hace necesaria la modernizacide los interruptores que ya no cumplen con los requisitos de capacidad y calidad, parque el sistema opere con la suficiente confiabilidad y seguridad.

Por ello en este trabajo se mencionan los criterios principales que se debeconsiderar para la eleccin correcta de un interruptor de potencia, analizando dforma mas concreta la eleccin por aumento de capacidad interruptiva.

1.2 ALCANCE DEL PROYECTO

Este proyecto presenta el anlisis realizado durante el proceso de cambio dinterruptores de potencia para incrementar la capacidad interruptiva (repotenciacinel caso analizado es la repotenciacin de los interruptores de 400kV en la SubestaciElctrica Texcoco de la CFE. Esta subestacin tiene una importancia relevante, ya quest conectada al anillo de 400 kV, que alimenta a la Zona Metropolitana, el Valle dMxico y los estados de Puebla, Tlaxcala, Morelos e Hidalgo.


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1.3 OBJETIVOS GENERALES

Analizar el marco terico y prctico para realizar el cambio de capacidad interruptiven interruptores de potencia de 400kV en la Subestacin Elctrica Texcoco, y probar eficiencia de su aplicacin as como tambin analizar los beneficios que se obtienecon el cambio de estos interruptores de potencia.

1.4 OBJETIVOS PARTICULARES

Comparar las caractersticas interruptivas y justificar el cambio de interruptor dpotencia de 400kV, marca BBC Tipo DLF, con otro de la Marca SIEMENS Tipo 3AP2-FI

1.5 JUSTIFICACIN

La aplicacin de interruptores de potencia en los sistemas elctricos de potenc(SEP), es esencial para una operacin flexible y confiable de la red elctrica nacional

cual es necesario para la continuidad del servicio.

La aplicacin de cada tipo de interruptor depende en gran medida de las condicionede operacin del punto de la red donde se va a instalar, por lo tanto influyen variofactores para su diseo como son el nivel de tensin, tipo de dispositivos primarioconectados, capacidad interruptiva, etc. Aunque existen bastantes tipos dinterruptores, sin duda los ms utilizados son los de medio de extincin SF6 y evaco. En este trabajo el interruptor considerado es del tipo de SF6en 400 kV.

El interruptor de potencia es el elemento encargado de interrumpir la corrientelctrica en condiciones normales o de falla y en ambos casos debe de cumplir cocaractersticas especiales para lograr su objetivo, esto es, su diseo, funcionamientoaplicacin, etc. que en mucho depende del lugar y condiciones en que se vaya operar.

Los interruptores de potencia son diseados para trabajar bajo ciertos lmites dcapacidad interruptiva por lo que con el paso de los aos y el incremento en consumo de energa elctrica dicha capacidad interruptiva se aumenta de manerconsiderable, ante est consideracin se debe considerar un cambio de interruptore

de potencia de mayor capacidad interruptiva, con el fin de asegurar que econdiciones normales o de falla el interruptor opere correctamente. Sin embargdebido al costo tan elevado de cada interruptor, se debe realizar un estudio detalladde las caractersticas necesarias de los mismos de tal manera que se logre un ptimcosto beneficio. Lo anterior ser el objeto de estudio de este trabajo.


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CAPTULO 2ESTADO DEL ARTE DEL INTERRUPTOR DE POTENCIA

2.1 ANTECEDENTES DE LOS INTERRUPTORES DE POTENCIADesde el momento en el que un flujo de la corriente elctrica se estableci poprimera vez, los efectos producidos por los mismos fueron notorios, por lo que hubo necesidad de crear un dispositivo que fuera capaz de detener y reanudar el flujo de corriente elctrica. Fundamentalmente existen dos formas por las que el flujo de corriente puede ser detenido, una es reducir el potencial de conduccin a cero y otra es fsicamente, colocando un par de contactos creando una brecha entre loconductores que transportan la corriente elctrica.

El interruptor de potencia es un elemento de un sistema elctrico de potencfundamental, ya que en caso de falla o condiciones normales de operacin de se

capaz de interrumpir la corriente que fluye sobre el mismo. Este dispositivo debe dfuncionar en diversas condiciones de operacin, lo que implica una gran cantidad dconfiguraciones del interruptor lnea o equipo primario, por ello desde que einterruptor comenz a utilizarse, siempre ha sido un elemento de preocupacindebido a que hay que prever su funcionamiento en cualquier condicin. Por lo tanto ela puesta en servicio de un interruptor de potencia hay que considerar todos lofactores, como son: capacidad interruptiva, el medio de interrupcin, mecanismo doperacin, etc. Debido a que el diseo de los interruptores depende de cadfabricante, hay que tener presentes todos los resultados de las pruebas que se le

aplicaron y los resultados que se obtuvieron para garantizar un ptimo desempeo dlos interruptores.

Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla es inevitabla presencia del arco elctrico, lo que sin duda es una condicin desfavorable, en operacin de interruptores. Durante la presencia del arco se mantiene la circulacin dcorriente en el circuito de potencia. Las caractersticas del arco dependen, entre otracosas de:

La naturaleza y presin del medio ambiente donde se induce.

La presencia de agentes ionizantes o des ionizantes.

La tensin entre los contactos y su variacin en el tiempo.

La forma, separacin y estructura qumica de los contactos.

La forma y composicin de la cmara de interrupcin.


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Sistema de extincin del arco.

La generacin del arco se debe a la ionizacin del medio entre los contactoshacindolo conductor, lo que facilita la circulacin de corriente. La presencia de ionese origina por la descomposicin de las molculas que conforman el medio entre lo

contactos, producto de colisiones entre stas y los electrones aportados por corriente.

2.1.1REPOTENCIACINSe entiende como repotenciacin, al incremento en una subestacin existente, tanten los equipos como en los sistemas existentes.

La ampliacin se define como el incremento en circuitos (alimentadores) y los equiporelacionados.

La factibilidad para repotenciar o ampliar una subestacin elctrica est determinadnormalmente por el costo, como un primer factor cuando se compara entre construccin de una nueva subestacin y la repotenciacin o ampliacin de unsubestacin existente.

Cuando se considera la repotenciacin del equipo, slo se incrementa la capacidad,nivel de voltaje permanece igual, normalmente la localizacin de los circuitoentrantes y salientes es la misma, an cuando se pueden cambiar los calibres dconductor para incrementar su ampacidad.

La repotenciacin del equipo primario contempla los siguientes elementos:

Al transformador de potencia

Interruptores

Transformadores de corriente

Trampas de onda

Transformadores de potencial tipo capacitivo

El sistema de barras (buses)

Cuchillas desconectadoras

Sistemas de canalizaciones

Sistemas auxiliares


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Proteccin y medicin

2.2 DEFINICIN

El interruptor es un dispositivo, cuya funcin es asegurar el flujo continuo de corrienten una red elctrica bajo condiciones normales de operacin e interrumpirlo cuando s

presentan condiciones anormales o fallas. Se utiliza para controlar el flujo de corrienty como medio de proteccin para el personal y el equipo. Se conecta en serie con circuito que se va a proteger.

2.3 CLASIFICACIN DE LOS APARATOS DE CORTE

2.3.1 SECCIONADORES

Son los dispositivos utilizados para abrir o cerrar un circuito cuando no es recorrido

por una corriente y destinado especficamente para aislar una red bajo tensin, unamquina elctrica, un conjunto de equipos o la seccin de una lnea, ya sea para finesde mantenimiento o reparacin [4].

En el caso de una subestacin un tipo de seccionador son las cuchillas de lnea, de buo de transferencia, en la fig. 2.1 se muestran unas cuchillas de lnea tipo pantgrafo.

Figura 2.1 Cuchillas AEG tipo pantgrafo


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2.3.2 INTERRUPTORES

Es el equipo encargado de interrumpir y conectar circuitos en condiciones normales dcarga nominal o en caso de falla.

2.3.3 INTERRUPTORES SECCIONADORES

Es aquel tipo de interruptor que en posicin de apertura, responden a las condicionesimpuestas por los seccionadores (combinacin de ambos) [4].

2.3.4 DISYUNTORES O INTERRUPTORES DE POTENCIA

La funcin de un disyuntor (interruptor) consiste en conectar e interrumpir, una repetidas veces, en condiciones normales y anormales de trabajo, diferentes circuitoelctricos (Ver fig.2.2). Al establecer o deshacer el contacto de los elementos dinterrupcin, hay una etapa transitoria de arqueo entre los contactos, regida por la

descargas elctricas que ocurren entre ellos. Si la corriente est pasando por ucircuito, antes de que est sea abierto por el interruptor en el instante de separacise forma un arco entre los contactos y la corriente puede continuar por el circuithasta que cese la descarga.

La descarga en los disyuntores de corriente alterna, que generalmente se efecta eforma de arco, ocurre en dos formas. Cuando se estn separando los contactos, arqueo es posible an cuando la fem del circuito se encuentre considerablementabajo del voltaje mnimo de la interrupcin, esto a causa del gran incremento loc

del voltaje debido a la auto inductancia del circuito. En el segundo mtodo el arco sextingue cada vez que la corriente pasa por cero y puede restablecerse solamente si voltaje transitorio de recuperacin entre los electrodos ya separados, que continaseparndose, alcanza un valor lo suficientemente alto, conocido como voltaje dinterrupcin.

La capacidad nominal de un disyuntor se refiere a los valores caractersticos qudefinen las condiciones de trabajo para las cuales est diseado y construido. Lointerruptores deben poder transmitir en forma contina la corriente de plena carga suna elevacin excesiva de temperatura y deben de soportar las fuerza

electrodinmicas. Adems, deben de estar en posibilidad de interrumpir, econdiciones de seguridad, las corrientes de falla. Las capacidades de las diferenteclases de interruptores aparecen en las diversas especificaciones de estndarenacionales e internacionales, como lo es el IEC, IEEE, normas de CFE y LFC, etc.


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Figura 2.2 Partes constitutivas de un interruptor de potencia con capacitor de gradienty resistencias de preinsercin [14].

A continuacin se mencionan las partes constitutivas del interruptor, de acuerdo a fig. 2.2:

1. Tapa de resistencias de preinsercin2. Cmara de resistencias de preinsercin3. Discos metlicos de soporte de resistencias4. Calotas de contactos de resistencias5. Barra de accionamiento contacto mvil de resistencia de preinsercin6. Distanciador de Al de resistencias7. Cilindro de cermica

8. Contacto mvil de resistencia de preinsercin9. Cilindros de las resistencias de preinsercin10. Resorte de paquete de resistencias11. Cmaras de extincin12. Cilindro envolvente de fibra de vidrio13. Capacitores de graduacin14. Tubo de la bomba de soplado


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15. Contacto mvil principal16. Tobera aislante17. Contacto fijo principal18. Tapa de contacto principal19. Filtro

20. Brida gua de barra aislada21. Barra de maniobra aislada22. Columna soporte23. Brida se sujecin24. Barra metlica de accionamiento25. Cilindro del sistema neumtico26. Anillo de retencin27. Pistn de accionamiento neumtico28. Tuerca - seguro de fijador de pistn

29. Indicador de posicin2.3.5 CONCEPTOS RELACIONADOS CON LOS INTERRRUPTORES

Un interruptor de C.A. tiene los siguientes conceptos de capacidad nominal:

1.Tensin nominal, corriente nominalLatensin nominales el voltaje eficaz (R.M.S.) de operacin del sistema entre fases evolts a la frecuencia nominal.

En condiciones normales de operacin, el voltaje no es constante en ningn punto de red, por lo se debe garantizar la correcta operacin del interruptor al voltaje nominamximo o voltaje mximo de diseo.

El voltaje mximo de diseode un interruptor es el mximo valoreficaz (R.M.S.) dvoltaje entre fases para el cual el interruptor est diseado y representa el lmitsuperior del voltaje del sistema al cual el interruptor puede operar en forma continuaEn la tabla 2.1 se pueden observar los valores nominales y mximos de diseo segla IEC.


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TABLA 2.1 VOLTAJES NOMINALES Y VOLTAJES MAXIMOS DE DISEO (IEC)

VOLTAJE NOMINAL(KV),

VOLTAJE MAXIMO DE DISEO(KV)

2.2 2.2

4.16 4.16

13.8 15.5

23.0 24.6

34.5 38.0

69.0 72.5

115.0 123.0

138.0 145.0

161.0 170.0

230.0 245.0

400.0 420.0

La corriente nominal de un interruptor, es el valor eficaz (R.M.S.) de la corrientexpresada en amperes, para el cual est diseado y que es capaz de conduc

continuamente a la frecuencia nominal, sin exceder los valores recomendados delevacin de temperatura, mostrados en la tabla 2.2


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Tabla 2.2 Valores recomendados de elevacin de temperatura

COMPONENTE TEMPERATURAMXIMACONTACTOS Temperaturatotal

(C)

Elevacindetemperaturacon

temperaturaambientemenora40C

(C)

Enaire

75

35

EnSF6 105 65Cobre

sin

recubrimiento

Enaceite 80 40

Enaire(notas1.2) 105 65

EnSF6 105 65

Deplata,niqueladosoplateados

Enaceite(nota2) 90 50

Enaire 90 50

EnSF6 90 50

Estaado

Enaceite 90 50

CONEXIONESEn

aire

90

50

EnSF6 115 75

Cobre

Enaceite 100 60

Enaire 115 75

EnSF6 115 75

Deplata,niqueladosoplateados

Enaceite 100 60

Enaire 105 65

EnSF6 105 65

Estaado

Enaceite 100 60

TERMINALES EXTERNASACONDUCTORESSin

recubrimiento

90

50

Plata,nqueloestaadas 105 65

PARTESMETALICASQUEACTANCOMORESORTE Vernota4 Vernota4MATERIALESAISLANTES(nota5)ClaseY(materialesnoimpregnados) 90 50

ClaseA(materialesimpregnadososumergidosenaceite) 105 65

ClaseE 120 80

ClaseB 130 90

ClaseF 155 115

ClaseH 180 140

Baseaceite

100 60

Sintticoenaire 120 80

Esmalte

Sintticoenaceite 100 60

METALOMATERIALAISLANTE ENCONTACTOCONACEITE,EXCEPTOCONTACTOS 100 60ACEITEAISLANTEPARAINTERRUPTORES 90 50


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NOTAS DE LA TABLA 2.2

1) Cuando se aplica una elevacin de temperatura de 65C se debe asegurar que no se ha causado dao a los materialaislantes adyacentes.

2) La calidad de la cubierta de plata ser de tal clase que despus de las pruebas de cortocircuito y mecnicas, todava tenga ucapa de plata en los puntos de contacto y debe considerarse como NO CUBIERTO DE PLATA".

3) Los valores de temperatura y de elevacin de temperatura son vlidos para conductores con o sin recubrimiento.

4) La temperatura no debe alcanzar un valor donde se afecte la elasticidad del material (reblandecimiento). Para cobre puro lmite de temperatura es de 75C.

5) Se utilizan las siguientes clases de materiales aislantes:

CLASE "Y" (90 C) Algodn, seda y papel sin impregnacin.

CLASE A (105 C) Algodn, seda y papel impregnados, cubiertos o sumergidos en un lquido dielctrico como el aceite.

CLASE E (120 C) Barnices de terminacin e impregnacin, compuestos de poliuretano, compuestos epxicos y resinas.

CLASE B (130 C) Mica, fibra de vidrio, asbesto, etc., o combinacin de ellos, construidos con varias sustancias orgnicas.

CLASE F(155 C) Mica, fibra de vidrio construidos con varias substancias de otros materiales no necesariamente inorgnicos.

CLASE H (180 C) Nomex, Mylar laminado, mica, fibra de vidrio, barniz, resilam, DMD 180, Kapton, Pyromid, Pyroglas

Pyrolam.

2.Frecuencia nominalLa frecuencia nominal de un interruptor es la frecuencia de la red para la que interruptor fue diseado y a la que corresponden las otras caractersticas nominales. Enuestro pas a partir de 1976 se normalizo 60 hertz.

3. Capacidad nominal de interrupcin, simtrica y asimtrica.Se define como la mxima intensidad de corriente, medida en el instante en que sseparan los contactos, que puede ser interrumpida por el interruptor con una tenside recuperacin de frecuencia fundamental.

La capacidad nominal queda definida por dos valores:

La capacidad interruptiva simtrica, Expresada por el valor eficaz (rms) de componente de corriente alterna de la corriente total interrumpida por el interruptoY se obtiene con la sig. Formula:

La capacidad interruptiva asimtrica o total, expresada por el valor eficaz (rms)de corriente total, que comprende las componentes de corriente alterna y corrientdirecta, interrumpida por elinterruptor.


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4.Tensin transitoria de restablecimiento (TTR)Es el lmite de la TTR prevista de los circuitos que el interruptor debe podeinterrumpir en caso de un cortocircuito en sus terminales. La forma de onda de laTTR vara de acuerdo con la configuracin de los circuitos.

5.Corriente nominal de tiempo corto o mxima duracin del corto circuitoEs el tiempo mximo de sostenimiento de la corriente de corto circuito para el cufue diseado el interruptor.

6.Nivel Bsico de Aislamiento al Impulso (NBAI)Este requerimiento est basado en el hecho de que las sobretensiones producidas porayos son una de las causas principales de salidas del sistema y de fallas en el equipde potencia. La magnitud y la forma de la onda del impulso dependen del nivel daislamiento de la lnea y de la distancia entre el punto de origen del impulso y el puntde la lnea que est bajo consideracin.

7.Secuencia nominal de operacin.La secuencia nominal de operacin de un interruptor de potencia consiste en una serde operaciones de apertura (desconexin) y cierre (conexin) o ambas a la vez. Lotiempos asociados a las maniobras son de gran importancia, tanto desde el punto destabilidad del sistema, como desde de las condiciones por calentamiento severo dlos contactos. Mientras ms tarde el interruptor en despejar la corriente de fallamayor ser el dao que la misma causar al sistema o as mismo.

2.4 TAREAS FUNDAMENTALES DE LOS APARATOS DE CORTE

Se requiere que cualquier aparato de corte, sin considerar su aplicacin, efectucuatro operaciones fundamentales:

1. Cerrado, debe de ser un conductor ideal

2. Abierto, debe ser un aislador ideal

3. Cerrado, debe de ser capaz de interrumpir la corriente a la que fue diseado,rpidamente y en cualquier instante, sin producir sobretensiones peligrosas queafecten al sistema

4. Abierto debe de ser capaz de cerrar rpidamente y en cualquier instante, bajocorrientes de falla, sin soldar los contactos por las altas temperaturas


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2.5 PRINCIPIO DE OPERACIN DEL INTERRUPTOR

La operacin de los contactos de un interruptor se realiza por medios mecnicos.

Cuando los contactos se separan se forma un entrehierro entre ellos, constituido de umedio dielctrico e interruptivo (aire, gas SF6, vaco, aceite). En este medio se form

el arco elctrico, a travs del cual la corriente fluye de un contacto a otro. En estentrehierro es donde el circuito es vulnerable a ser interrumpido, ya que la corrientabandona su trayectoria original (contactos) para formar un arco en el medio aislante interruptivo, cuando se logra disminuir la conductividad de esta trayectoria hastextinguir el arco, la corriente deja de fluir.

Por lo tanto, la interrupcin de un circuito elctrico comprende dos pasoconsecutivos:

En el primero se consigue intercalar un entrehierro a la trayectoria original, y

segundo, consiste en eliminar la conductividad del entrehierro. El principfundamental de este proceso es la velocidad de restablecimiento del medio dielctricen el entrehierro. Para un entrehierro con un medio aislante gaseoso, el gas esemiconductor a altas temperaturas y en funcin de su enfriamiento se vuelvaislante.

2.6 MTODOS DE EXTINCIN DEL ARCO ELCTRICO

En trminos generales, se conocen tres mtodos de extincin del arco elctrico en losinterruptores:

Interrupcin por alta resistencia.En este caso, el objetivo es incrementar la resistencia del arco en funcin del tiempo reducir la corriente hasta lograr la extincin. La desventaja principal de este mtodde interrupcin es la gran cantidad de energa disipada, por lo tanto, slo se usa einterruptores de baja y mediana tensin, as como en interruptores de corrientdirecta [4].

Interrupcin por baja resistencia.Este mtodo se emplea para la interrupcin de arcos de corriente alternaprovechando que el arco se extingue por s solo, 120 veces por segundo en usistema de 60 Hz, cada vez que la corriente cruza por cero. Este fenmeno srepresenta en la Fig. 2.3 y es ms conocido como HISTRESIS DEL ARCO.


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Figura 2.3 Comportamiento del arco en c.a. (histresis del arco)

Interrupcin en vacoEl vaci tiene dos propiedades sobresalientes:1).- Rigidez dielctrica mayor que cualquier otro medio, y2).- Cuando se interrumpe un circuito de CA mediante la separacin de contactos evaci, la interrupcin ocurre en el primer cruce por cero de la onda de corrientpresentndose inmediatamente un incremento de rigidez dielctrica a travs de locontactos, mucho mayor a la del interruptores en aire, gas SF6 o aceite.

2.7 TCNICAS PARA AUMENTAR LA RESISTENCIA DEL ARCO

Para incrementar la resistencia del arco se emplean las tcnicas siguientes:Elongacin del arco. Como la resistencia del arco es aproximadamente proporciona su longitud, alargando el arco su resistencia aumenta, ver Fig. 2.4

Figura 2.4 Elongacin del arco elctrico por la accin del empuje trmico


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Enfriamiento del arco. La tensin requerida para mantener la ionizacin aumentacuando la temperatura disminuye, por lo que enfrindolo su resistencia aumenta, verFig. 2.5

Figura 2.5 Representacin esquemtica de la tcnica de enfriamiento del arco en uninterruptor neumtico

Divisin del arco. Cuando se establece un arco, existe una tensin apreciable entrelas superficies de los contactos. Si el arco se divide en arcos pequeos, en serie, sereduce la tensin de la columna, ver Fig. 2.6

Figura 2.6 Representacin esquemtica de la divisin del arco.

Contriccin del arco. Esta tcnica consiste en confinar el arco en un canal muangosto, aumentando su resistencia hasta lograr su extincin, ver Fig. 2.7


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Figura 2.7 Representacin esquemtica de la contriccin del arco

2.8 EL CIRCUITO PRINCIPAL

El circuito principal, comprende los elementos que estn energizados a la tensinominal y bsicamente son: contactos de potencia, contactos auxiliares de arqueocontactos deslizantes y terminales.

Todo ste conjunto est contenido dentro de un recipiente que los mantienensamblados. En el caso de los Interruptores tanque vivo este contenedor es dporcelana (llamado cmara interruptiva); y en el caso de los de Tanque muerto, estcontenidos dentro de un tubo de material aislante, el cual a su vez est alojado dentrde un tanque metlico aterrizado.

Los interruptores en vaco, carecen de contactos auxiliares de arqueo.

Los componentes del circuito principal, complementados con algunos elementoadicionales como las toberas para orientar el flujo del medi de enfriamiento y aislante

el cilindro de soplado, entre otros, conforman la cmara interruptiva, para proporcionaun medio donde, se desarrolle y se controle la dinmica del arco elctrico,durante apertura, fenmeno necesario para interrumpir cualquier corriente, sin que se originesobretensiones y llevarlo a la condicin de aislador. En la Fig. 2.8 se muestran locontactos principales de un interruptor en SF6 [5].


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Figura 2.8 Contactos principales de un interruptor de SF6 [14]

Contacto fijoContacto fijo Contacto mvilContacto mvil

Partes cmara de extincinPartes cmara de extincin

Un elemento importante a considerar es el a i s l am i e n t o i n t e r n o y a t i e r r a .aislamiento interno, es el medio aislante que existe entre los contactos cuando estseparados, en posicin de abiertos, que puede ser aire, aceite, gas SF6 o vaco. aislamiento interno, es el responsable de asegurarse que las dos partes de una red o losistemas interconectados a travs del Interruptor permanezcan separados mientras mismo se encuentre abierto.

El aislamiento a tierra, es el medio aislante que existe entre el circuito principal y referencia de tierra. Dicho aislamiento, adems de evitar la fuga de energa a tierra

permite que el personal est expuesto a niveles de tensiones no soportables por el sehumano.

2.9 EXTINCIN EN CORRENTE ALTERNA

La extincin del arco elctrico en corriente alterna est relacionada con el cruce pocero de la corriente. La recuperacin de la rigidez dielctrica del entrehierro, inicia eel momento en que el arco se extingue (cuando la corriente cruza por cero). La rigidecrece linealmente en funcin del tiempo, hasta alcanzar su estabilizacin.

Si la tensin en el interruptor (Usent) en algn instante excede a la tensin drecuperacin Ur, ocurre un reencendido. En caso contrario, si la tensin drecuperacin Ur se incrementa ms rpidamente que la tensin en el interruptor, nse produce el reencendido. Este fenmeno se ilustra en la Fig. 2.9.

El comportamiento anterior vara si se considera un circuito inductivo o capacitivoEstos circuitos son muy importantes, porque los sistemas de transmisin de energ


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suelen tener reactores en derivacin o bancos de capacitores en serie. Adems, desconexin de un transformador operando en vaco representa una inductancia.

En los circuitos inductivos o capacitivos, el cruce por cero de la corriente coincidesegn el caso, con el valor mximo de la tensin. En este tipo de circuitos es com

que se presenten reencendidos. Esto se debe al extinguirse el arco al cruzar corriente por cero, la tensin del circuito excede a la tensin de recuperacin.

Estos circuitos tienen un comportamiento oscilatorio por la presencia simultnea dinductancias y capacitancias. La tensin transitoria tiende a oscilar y puede alcanzar la tensin de recuperacin. Sin embargo, la mayora de las veces se logra la deionizacin del entrehierro y, por lo tanto, la interrupcin exitosa [5].

Figura 2.9 Comportamiento de las tensiones durante el proceso de interrupcin

2.10 PROCESO DE CIERRE

Los interruptores deben cerrar e interrumpir los circuitos, esto puede ocasionar ciertoproblemas, particularmente, si el interruptor cierra en condiciones de falla.

Cuando el interruptor est abierto, la tensin en sus terminales es la tensin desistema, a esta tensin se le denomina tensin de cierre. Al valor mximo de corriente que fluye al cerrar el interruptor se le llama corriente de cierre. Lpotencia de cierre es el producto de la tensin de cierre por la corriente de cierre.

El tiempo de cierre de un interruptor es el que transcurre desde el momento denergizar la bobina de cierre hasta la conexin fsica de los contactos principales.

Durante el cierre, existen esfuerzos elctricos entre los contactos a medida que stose acercan, establecindose arcos de preencendido que ocasionan desgaste adicionade los contactos.


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El caso ms crtico se presenta cuando el interruptor cierra en condiciones de falla dmxima asimetra [5].

2.11 PROCESO DE APERTURA

Si estando cerrado el interruptor se desea interrumpir el circuito, se libera

mecanismo de apertura el cual permite que los contactos principales se separen. Lseparacin de los contactos genera el arco elctrico.

La potencia de corto circuito que el interruptor es capaz de interrumpir, est dada poel producto de la corriente de corto circuito simtrica y la tensin de restablecimientoun ciclo despus de la interrupcin.El tiempo de interrupcin est dado desde el momento en que se energiza la bobinde apertura hasta la extincin del arco elctrico. Este tiempo consta de 2 partes: etiempo propio desde la energizacin de la bobina de apertura hasta la separacin fsic

de contactos y el tiempo de arco y se expresa en milisegundos o en ciclos.La interrupcin de la corriente consiste en convertir un espacio altamente ionizado eel entrehierro en un buen aislante con el objeto de que la corriente no fluya a travde l. A medida que la corriente senoidal se aproxima al cruce por cero, el medaislante ionizado pierde rpidamente temperatura con lo que recupera sus condicioneaislantes. En esta ltima condicin aparece la tensin del sistema en las terminales deinterruptor. La velocidad de transicin del medio aislante depende de los parmetroelctricos de la red.

Al interrumpirse la corriente, la razn de crecimiento de la TTR y la rigidez dielctricvaran. Si la TTR tiene una razn de crecimiento mayor a la recuperacin de la rigidedielctrica, se presenta un "reencendido" del arco. Si la recuperacin dielctrica ems rpida que la razn de crecimiento de la TTR, se tendr una interrupcin exitosaver Fig. 2.10 [5].

Figura 2.10 Proceso de interrupcin de la corriente: a) Extincin; b) Reencendido


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2.12 CARACTERSTICAS NOMINALES

Las caractersticas nominales de un interruptor de potencia estn establecidas en lanormas nacionales e internacionales aplicables. Estos parmetros nominales sconsideran los lmites mnimos de funcionamiento que el dispositivo debe cumpliTales lmites se aplican solamente dentro de condiciones de operacin especficas.

Para este caso se consideraron las caractersticas nominales ms importantecontenidas en las especificaciones CFE-V5000-01, que estn inscritas en la placa ddatos de los interruptores de potencia y otras caractersticas, de valor conceptuaimportante, mencionadas en las normas IEC, ANSI y en las Normas NMX [5].

Las caractersticas nominales ms importantes de un interruptor son las siguientes:

a) Tensin nominal y tensin mxima de diseo.b) Corriente nominal.

c) Frecuencia nominal.d) Presin nominal de operacin del gas para maniobra e interrupcin.e) Capacidad interruptiva nominal.f) Capacidad de cierre o de conexin nominal.g) Corriente nominal de tiempo corto.h) Secuencia de operacin nominal.

Asimismo, existen otros parmetros de importancia que pueden ser tomados comnominales para cada equipo. Entre estos parmetros se tienen:

a) Tensin transitoria de restablecimiento (TTR) nominal por falla en terminales.b) Corriente capacitiva nominal de interrupcin.c) Nivel bsico se aislamiento al impulso (NBAI).d) Niveles de contaminacin.

2.13 TIPOS DE INTERRUPTORES

Los interruptores se pueden clasificar de acuerdo al: nivel de tensin, lugar dinstalacin, caractersticas externas de diseo, mecanismo de accionamiento y mtody medio usado para la interrupcin de la corriente.

Tipos de interruptores por nivel de tensin

a) Interruptores de baja tensin, son los diseados para usarse en tensiones de hast1000 voltsb) Interruptores de alta tensin, son los diseados para usarse en tensionesuperiores a 1000 volts.


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Cada uno de esos grupos puede subdividirse. Para el caso de los interruptores de alttensin estos se subdividen en interruptores de 123 kV y mayores e interruptores d72.5 kV y menores. Frecuentemente, estos dos grupos son relacionados cominterruptores para transmisin e interruptores de distribucin respectivamente.

Interruptores por lugar de instalacinLos interruptores de alta tensin pueden ser usados en instalaciones tipo interior tipo exterior o intemperie. La nica diferencia entre los interruptores tipo interior tipo exterior es la envolvente externa o gabinete.

Interruptores por caractersticas externas de diseo

Desde el punto de vista de su diseo fsico estructural, los interruptores parintemperie pueden ser clasificados como interruptores de tanque muerto interruptores de tanque vivo.

Los interruptores de tanque muerto estn definidos por las normas ANSI como udispositivo de desconexin en el cual la envolvente o tanque est slidamentaterrizada y aloja las cmaras interruptivas y el medio aislante en la parte inferior dinterruptor.

En la figura 2.11 se observa un interruptor de taque muerto.

Figura 2.11 Interruptor de tanque muerto


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El interruptor de tanque vivo est definido como un dispositivo de desconexin, en ecual las cmaras interruptivas se encuentran soportadas en columnas aislantes y staquedan aislando la parte energizada del potencial a tierra [5]. En la figura 2.12 sobserva un interruptor de tanque vivo.

Figura 2.12 Interruptor tipo T hidrulico de tanque vivo, con medio de extincin deSF6.

Interruptores por mecanismo de accionamiento

Los principales mecanismos de accionamiento utilizados en interruptores son losiguientes:

- Mecanismo de accionamiento a resorte- Mecanismo de accionamiento neumtico- Mecanismo de accionamiento hidrulico- Accionamiento con gas dinmico

Interruptores por mtodo y tipo de medio de interrupcin De aire, la energa del arco se disipa por enfriamiento de las placas cermicas De aceite, la energa del arco se disipa en la descomposicin del propio aceite De soplo de aire, la energa del arco se disipa aplicando una fuerte inyeccin d

aire comprimido De gas SF6, la energa del arco se disipa en el gas.


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De vaco, la energa del arco es disipada al mantener en el estado de vapor lomateriales metlicos provenientes de los contactos.

2.14 MEDIOS DE EXTINCIN DEL ARCO ELCTRICO

El medio de extincin es aquel elemento del interruptor donde se desarrolla

dinmica del arco elctrico, que se presenta al separarse mecnicamente locontactos.

En este caso se dar prioridad a los interruptores de hexafluoruro de azufre (SF6) y dsoplo de aire, que son los dos tipos de interruptores que estn presentes en estproyecto, ver Fig. 2.13

Figura 2.13 Curvas de la tensin de ruptura de la rigidez dielctrica entre dos contactos

Estas curvas dan una indicacin indirecta de los niveles de tensin en que se puedeemplear las diversas tcnicas, en particular se observa que el vaco tiene caractersticaptimas hasta una cierta distancia entre contactos despus de la cual no se incrementla resistencia a la tensin de impulso.


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2.15 INTERRUPTORES DE SOPLO DE AIRE (NEUMATICO)

En estos se requiere de la utilizacin de energa exterior para soplar y apagar el arcTodos los interruptores de soplo de aire siguen el principio de separar sus contactos euna corriente de aire que se establece al abrir una vlvula de soplado. El arc

generalmente se sita con rapidez en un lugar central a travs de una boquilla en que se mantiene a una longitud fija y se sujeta a un arrastre mximo que ejerce corriente de aire. Los arreglos varan, pero pueden agruparse en tres tipos, como silustra en la Fig. 2.14

Figura 2.14 Disyuntores de soplo de aire

En los interruptores de soplo de aire o neumticos, adems de que utilizan la propieda

que tiene el aire comprimido para extinguir el arco al expandirse, tambin se le emplepara el mando de ellos mismos. El corte del arco por aire comprimido puede utilizarspara todas las tensiones y para todas las potencias de ruptura.

2.15.1 PRINCIPIO DE OPERACIN

En todos los diseos de interruptores de soplo de aire el proceso de interrupcin sinicia con la formacin del arco entre dos contactos, y simultneamente con la aperturde una vlvula neumtica que permite un flujo turbulento de aire a alta presin qualarga la columna del arco, sometindola a los efectos de enfriamiento del flujo de aire

El aire comprimido arrastra al arco a travs de la tobera y sta ayuda a expulsar el aircaliente y los productos del arqueo, hacia la atmsfera.

La extincin se efecta cuando se presenta el paso de la corriente por cero y cuandel flujo de aire comprimido aumenta rpidamente para restablecer la rigidez dielctricentre los contactos y soportar el voltaje de restablecimiento. El crecimiento de resistencia dielctrica es rpido y la presin del aire tan alta, que el entre hierro fina


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ocasionado por la interposicin de la capa aislante de aire entre los contactos, puedser pequeo, lo que reduce el tamao del dispositivo. La energa suministrada para extincin del arco se obtiene del aire a alta presin y es independiente de la corrientque se va a interrumpir. [5]

2.16 INTERRUPTORES EN HEXAFLUORURO DE AZUFRE (SF6)

En este tipo de interruptores tambin se utiliza la energa exterior para soplar y apagel arco. A partir de 1975, se instalan en nuestro pas los primeros interruptores quutilizan el gas SF6 como medio de aislamiento y extintor de arcos elctricos. Hasta fecha, este es el nico gas que posee las propiedades fsicas, qumicas y dielctricafavorables para la extincin del arco elctrico, motivo por el cual se analizabrevemente sus propiedades ms sobresalientes.Los interruptores en hexafluoruro dazufre, se pueden dividir de la siguiente manera:

INTERRUPTORES EN GAS SF6 DE UNA PRESION (AUTOSOPLADO)

Como su nombre lo indica, estos interruptores utilizan una sola presin (por lo generade tres a siete bars). Algunas modalidades constructivas emplean con gran acierto movimiento del contacto mvil para crear una presin elevada y momentnea durantel proceso de la maniobra.El interruptor en SF6, tipo monopresin, se emplea satisfactoriamente hasta tensionede 525 KV. En las subestaciones encapsuladas se le usa en forma exclusiva.

INTERRUPTOR EN SF6 DE DOS PRESIONES

Estos interruptores consisten bsicamente en un aislamiento a base de SF6, el cugarantiza el aislamiento contra tierra de las partes energizadas, con una presicomprendida entre 3 y 6 Bars, y de una presin superior (hasta 18 y 22 Bars), la cuse utiliza en la cmara de extincin para combatir el arco elctrico.

Desde el punto de vista del funcionamiento, los interruptores a dos presiones se puedeconsiderar aparatos de tipo neumtico que trabajan en ciclo cerrado. En efecto, el gas alta presin, que en cada operacin se expande en el tanque de baja presin, s

reutiliza envindolo nuevamente al tanque de alta presin por medio de un compresoAlgunas modalidades constructivas tienen a los tres polos conectados al mismo tanqueUn solo compresor sirve para aspirar el gas desde los tanques de baja presicomprimirlo y llevarlo a los tres tanques de alta presin.


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INTERRUPTORES EN GAS SF6 (CON CAMARA RUPTORA DE AUTOCOMPRESIDINMICA)

Este tipo de interruptor en gas SF6 es la tecnologa ms reciente, la diferencia bsicen comparacin con los diseos anteriores es que en estos tienen la particularidad d

retraer el contacto fijo de arqueo en la fase final del movimiento de apertura. Y acierre regresar a su posicin original.

2.16.1. HEXAFLUORURO DE AZUFRE

El SF6 es un compuesto qumico sinttico muy estable, de alta densidad, no txico, ninflamable, considerado como no biodegradable, con excelentes propiedadedielctricas. Presenta la siguiente estructura qumica mostrada en la Fig. 2.15

Figura 2.15 Estructura qumica del SF6

Sintetizado por primera vez en 1890, Se obtiene a partir de una reaccin electrolticaS + 3 F2SF6+ 262 kcal

Subproductos de reaccin:Fluoruros de azufre de valencia inferior, tales como:SF4, SF2, S2F2, S2F10[1]

PROPIEDADES FISICAS

El SF6 es aproximadamente cinco veces ms pesado que el aire (6.139Kg/m3) econdiciones normales o estndar (760 torr, 20 C). El gas SF6 es inodoro, incolor

no txico e incombustible y pasa directamente de la fase slida a la gaseosa; nexiste en forma lquida sino es bajo presin. En las subestaciones encapsuladas y elos interruptores de potencia hay que tomar en cuenta la temperatura ambiente, yque el gas sometido a presin (hasta 18 bars) este puede licuarse a partir de 10 sobre cero.


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Puesto que su temperatura crtica es de -45.6 C, puede ser licuado por compresin temperatura ambiente. En la Fig. 2.16 se observa el efecto que ejerce la temperatursobre la presin del SF6. [5]

Fig. 2.16 Variacin de la presin del SF6 en funcin de la temperatura

PROPIEDADES QUMICAS

El SF6 es qumicamente estable hasta los 2000 C, condicin bajo la cual no reaccioncon metales, plsticos u otros materiales, normalmente utilizados en la construccide los interruptores. A la temperatura del arco elctrico, el gas SF6 se descomponen fluoruros de azufre inferior, pero el grado de descomposicin es muy pequeo, qugeneralmente se recombinan para formar SF6. Durante el paso del arco, se producefluoruros metlicos, los cuales se depositan como polvo blanco, pero debido a quposeen una gran rigidez dielctrica, no causan perturbacin desde el punto de vist

elctrico.

Los productos de descomposicin, reaccionan con el vapor de agua y el oxgenoproduciendo cidos que reaccionan con los componentes de la cmara, por ejempcon los contactos de cobre-tungsteno, con el tefln de las toberas y empaquetadura[5]

PROPIEDADES DIELCTRICAS

La rigidez dielctrica del SF6, a presin atmosfrica es ms del doble de la del aire, rigidez dielctrica es un 30% menor que la del aceite a presin atmosfrica, peraumenta rpidamente con el incremento de la presin. La rigidez dielctrica del SF6 eaproximadamente un 15% mayor que la del aceite.

El Hexafluoruro de azufre es un gas electronegativo, es decir, tiene la propiedad dcapturar o absorber electrones y formar iones negativos. En vista de la poc


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movilidad, es decir, energa cintica insignificante de estos iones negativos, se puedafirmar que los electrones capturados dejan de participar en el proceso de ionizacidel medio. Es esta cualidad excepcional del SF6, la que le otorga sus excelentepropiedades dielctricas y tambin su gran poder de extincin del arco, ya que scarcter electronegativo se mantiene aun a temperaturas muy elevadas (varios mile

de K).Tambin el SF6 tiene una caracterstica trmica favorable que es funcin de temperatura, es decir, la conductividad trmica es baja, entre 3000 K y 7000 Kmientras que es alta debajo de 3000 K. [5]

2.16.2 PRINCIPALES USOS DEL SF6 POR LA INDUSTRIA ELCTRICA

Es un gas inerte qumicamente estable, no txico, no inflamable, incoloro e inodorose utiliza como aislamiento en equipos como interruptores (volumen mnimo) subestaciones aisladas en gas SF6 (gran volumen).

Otra funcin es la de extinguir el arco elctrico durante la interrupcin de corriente(involucra volumen mnimo de SF6). Este proceso se efecta espordicamente y eperiodos de corta duracin (aprox. 50 milisegundos). Los procesos de llenado, vaciady tratamiento, del gas SF6se hacen mediante equipos especiales que evitan fugas dgas al medio ambiente. Adems del aire atmosfrico el Hexafluoruro es preferido pola industria elctrica para el aislamiento elctrico y para la extincin del arco elctricy la interrupcin de corriente en equipo usado en la transmisin y distribucin de energa elctrica.

Generalmente existen cuatro tipos de equipos que utilizan SF6 para su aislamiento y/

propsito de interrupcin:

Interruptores de circuitos aislados en gas y equipo para interrupcin de corrientetransformadores aislados en gas, lneas de transmisin aisladas en gas subestaciones encapsuladas en SF6. Se estima que para estas aplicaciones la industrutiliza cerca del 80% del gas producido mundialmente, siendo la aplicacin einterrupcin de circuitos la que lleva el mayor porcentaje.

Este ofrece un ahorro considerable en el uso de terreno, estticamente aceptabletiene emisiones de ruido muy bajas y permite la instalacin de subestaciones en are

pobladas cercanas a la carga por ser de un tamao pequeo.

En las Fig. 2.17 y 2.18 se muestran dos ejemplos de la utilizacin de gas SF6. [4]


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Figura 2.17 Interrupcin de circuitos en alta tensin

Figura 2.18 Aislamiento de subestaciones encapsuladas en SF6

2.17 MECANISMOS DE OPERACIN

Mecanismo de accionamiento de un interruptor, se considera al conjunto de elementoelectromecnicos que permiten almacenar y disponer energa, til para transmitir umovimiento, logrando posiciones finales de los contactos de potencia, ya sea abierto cerrados dentro de valores de tiempo de maniobra especificados, que favorezcan operacin correcta del equipo.

A continuacin se relacionan los actualmente conocidos:


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Resorte

El accionamiento a base de resorte de un interruptor de potencia contiene los siguienteelementos Fig. 2.19:

Fuente de energa, a travs de motor elctrico en sistema reductor de velocida

formado por corona y tornillo sin fin. Acumulador de energa a base de resortes. Dos mecanismos, uno de cierre y otro de apertura. que retienen la energ

proporcionada por los resortes automticamente y la liberan a voluntad, bien pocontrol local manual, bien a distancia, elctricamente mediante electroimanes.

Elemento amortiguador, hidrulico generalmente que despus de las maniobradel interruptor absorbe la energa sobrante, producto de la inercia de los resortes

Elemento de proteccin y control mecnico que impiden maniobras falsas, talecomo maniobra de cierre durante el perodo de tensado de los resortes de mando

lmites de carrera de tensado de los resortes, inversin de giro de la manivecuando se desea tensar el resorte manualmente.

Tambin cuenta con elementos que automticamente obligan de nuevo al tensaddel resorte (por motor) inmediatamente despus del cierre del interruptodejando el mando dispuesto en pocos segundos para realizar una maniobra dcierre.

Figura 2.19 Funcionamiento del mecanismo con resorte [14]


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Neumtico

Las partes principales de un sistema de accionamiento neumtico son las siguientes:

Fuente de energa formada por un grupo motor-compresor. Depsito de almacenamiento de aire comprimido.

Conjunto principal de accionamiento: vlvulas de accionamiento, vlvulas dconexin, vlvulas de desconexin, mbolo de accionamiento, etc Electroimanes de conexin y desconexin. Elementos de control y proteccin para la operacin integral del interruptor. Elementos para sealizacin de posicin del interruptor.

Los mecanismos neumticos son los usados comnmente en interruptores de soplo daire, debido a que usan aire comprimido como medio aislante e interruptivo. Esto nsignifica que este tipo de mecanismos se usen slo en este tipo de interruptores, yque tambin se usan para operar interruptores en aceite y en SF6. Esos mecanismo

generalmente abren y cierran neumticamente y en algunos casos hay solamente unconexin neumtica entre mecanismos y contactos en lugar de conexiones slidas.

La Fig. 2.20 muestra un ejemplo tpico de un mecanismo neumtico, el cual usa upistn para mover el varillaje de cierre y para cargar un juego de resortes dapertura. Estos mecanismos tienen un tanque para almacenar aire a alta presin ques utilizado para realizar al menos 5 operaciones sin necesidad de recargarlo entroperaciones.

Figura 2.20 Imagen de un mecanismo neumtico


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Para el cierre de ucontactos se aplica aire a alta presin en el pistn a travs de nvlvula de tres vas. El pistn se mueve hacia arriba transmitiendo la fuerza de cierra travs del varillaje del mecanismo.

La apertura del interruptor se realiza a travs de la energizacin de un solenoide d

disparo que libera el trinquete de disparo provocando la descarga de los resortes dapertura que hacen que los contactos se abran.

Hidrulico

Un sistema de accionamiento hidrulico consta de los siguientes elementos:

Cilindro de doble efecto diferencial (2), en el cual el lado de menor superficie estde manera permanente en comunicacin con el acumulador de energa (1).

Fuente de energa compuesta por grupo moto-bomba hidrulica (4). Acumulador de energa (1).

Vlvula principal de conmutacin (3) para control de la posicin del interruptor. Conjunto de electroimanes de cierre y disparo Y1, Y2 / Y3. Recipiente en aceite (5). Sistema de control y proteccin (6) del accionamiento hidrulico, as como para

integridad misma del interruptor. Sealizadores pticos de la posicin del interruptor.

Se representa un circuito bsico de accionamiento hidrulico en la Fig. 2.21

Figura 2.21 Mecanismo de accionamiento hidrulico


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FUNCIONAMIENTO

Del acumulador hidrulico (1) parte una tubera de aceite sometida permanentemente presin, que conduce al cilindro de accionamiento (2).

En el lado de desconexin del mbolo (2) existe siempre presin y en el lado conexi

tambin se establece una presin conmutando la vlvula principal (3); la fuerza ejercidpara la conexin resulta de la diferencia entre las superficies sometidas a presin. Lsuperficie del lado desconexin es menor que la del lado conexin, siendo la diferencentre ambas igual a la seccin del vstago del mbolo. Por tal razn, el interruptor estsiempre dispuesto para abrir. Poco antes de alcanzar cada posicin final se amortiguapor va hidrulica, el movimiento de maniobra. Estos sistemas se proveen mediantvlvulas esfricas auxiliares, de mando y principal, para asegurarse que durante movimiento de maniobra ocurra cualquier interrupcin o discontinuidad de laoperaciones de conexin y desconexin.

Gas dinmico

Cada polo del interruptor tiene un mecanismo de maniobra integrado, impulsado por gaSF6.El SF6de alta presin de la cmara de interrupcin se usa para aislar partes bajtensin, para extinguir el arco y para maniobrar el interruptor.

La energa de impulsin, que es necesaria para mover los contactos, es producida pola diferencia de presin entre los compartimentos de alta presin-cmara dinterrupcin (HP) y baja presin-compartimento del accionamiento (LP).

El SF6HP se usa para mover un pistn que est conectado mecnica y axialmente contacto mvil del interruptor. Dos grupos de vlvulas estn diseadas para permitel flujo del SF6presurizado sobre una de las caras del pistn de manera que realiza lamaniobras de abrir o cerrar el interruptor.

La cada de presin que aparece en la cmara de interrupcin despus de cadmaniobra es compensada por un compresor hermtico, que recolecta el SF6 en compartimento de LP y lo introduce en el compartimento de HP para restablecer presin nominal.

Normalmente los volmenes y presiones estn proyectados para permitir, an sin lacontribucin del compresor, un ciclo de maniobra acumulado A CA CA.

El conmutador de densidad alojado dentro del compartimento de LP est conectado aaquel de HP y tiene la tarea de controlar la presin del SF6en la cmara deinterrupcin y de comandar el compresor.


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Est equipado con 3 contactos:

1. Contactor de arranque y paro del compresor2. Contacto de bloqueo de cierre por baja presin (LP)3. Contacto de bloqueo de apertura por baja presin (LP)

Un densmetro es suficiente para controlar los compartimentos de polos (HP y LP) apartir del hecho que debe examinar una cantidad fija de gas introducido en el polo.Ver Fig. 2.22

Figura 2.22 Principio de maniobra de accionamiento de gas dinmico [14]

2.18 TENSIN TRANSITORIA DE RESTABLECIMIENTO

Inmediatamente despus de la extincin del arco, se presenta una tensin entre locontactos, que trata de restablecer la conduccin. A esta tensin se le ha designadcomo tensin de restablecimiento, y por ser de duracin extremadamente corta, dorden de fracciones de ciclo, tambin se le denomina transitoria.

La TTR puede tener dos componentes, una de frecuencia fundamental y otra de altfrecuencia. La primera causada por un desplazamiento del neutro virtual del sistemtrifsico de vectores, despus de la extincin del primer polo, que la efecta bajcondiciones de falla trifsica no aterrizada; la segunda, por un fenmeno oscilatorio dalta frecuencia que se presenta entre los parmetros capacitivo e inductivo de locircuitos y equipos que intervienen en el proceso de interrupcin [4].


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En ciertos casos, particularmente en las redes de tensin superior a 100 kV y parcorrientes de cortocircuito relativamente pequeas, comparadas con la corriente dcortocircuito mxima en el punto considerado, la TTR comprende un periodo inicial eel que la velocidad de crecimiento es elevada, y un periodo posterior durante el cual velocidad de crecimiento es ms reducida.

En otros casos, particularmente en las redes de tensin inferiores a 100 kV o bien elas redes de tensin superiores a 100 kV para corrientes de cortocircuito relativamentpequeas respecto a la corriente de cortocircuito mxima, la TTR tiene una formsemejante a la de una oscilacin amortiguada de una sola frecuencia.

2.19 CONDICIONES DE OPERACIN

2.19.1 INTERRUPCIN DE CARGAS CAPACITIVAS

Interrumpir este tipo de cargas puede ser difcil para el interruptor, por lo gener

estas cargas son generadas por: La carga de una lnea larga o cable en vaco o corriente de carga esttica de un banco de capacitores, teniendo en la mayora de locasos un valor mximo de unos cientos de amperes.

La corriente capacitiva es esencialmente interrumpida muy cerca del paso por cero de misma, enseguida de que se separan los contactos del interruptor. Despus de interrupcin, a la frecuencia nominal del voltaje alterno sobre el lado de la fuenteaparece en el interruptor una tensin de restablecimiento entre los contactos dmismo, el cual uno y medio ciclo despus de la interrupcin puede alcanzar valores de

a 3 veces el voltaje pico nominal de lnea a tierra. Un rompimiento del dielctrico entrlos contactos durante este intervalo puede producir sobre voltajes transitorios.

El circuito controlado por el interruptor puede ser representado como en la Fig. 2.23

Figura 2.23 Circuito capacitivo


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A la apertura, la tensin de restablecimiento entre contactos es causada por ladiferencia entre los voltajes de la fuente y la capacitancia desconectada.

La tensin de restablecimiento durante la apertura puede alcanzar valores de pico muyaltos, sobre:

TTR= VC

3

23

Siendo V el voltaje trifsico del Banco de Capacitores antes de la interrupcin y C valor del capacitor. El valor pico es obtenido medio ciclo despus a la frecuencia doperacin y puede exceder la rigidez dielctrica entre los contactos, dando origen a ureencendido. Estos reencendidos son muy peligrosos porque pueden originar una serde interrupciones y reigniciones con algunos incrementos de voltaje sobre el sistema eel lado carga hasta provocar la falla del aislamiento; cabe hacer mencin que esta

sobretensiones pueden limitarse mediante apartarrayos seleccionados adecuadamente[5]

2.19.2 INTERRUPCIN DE CORRENTES INDUCTIVAS

El trmino de corrientes inductivas incluye todas las corrientes que no exceden lorangos de corriente que los interruptores absorben por carga inductiva, la cual puedcausar el fenmeno conocido como corriente de interrupcin prematura (chopping) reigniciones mltiples durante la interrupcin, que consecuentemente darn picos dsobre voltajes y elevadas frecuencias.Los mejores ejemplos conocidos de pequea

corrientes inductivas son las siguientes:

Corrientes magnetizantes de transformadores sin carga. Corrientes de carga de motores de induccin y reactores shunt (Por ejemplo e

reactores para la compensacin de reactivos en el sistema) Corrientes de carga de transformadores que alimentan a reactores shunt.

Este grupo no incluye por otra parte, las corrientes de cortocircuito limitados portransformadores que tienen valores ms bajos que la corriente normal de cortocircuitoEstas corrientes no causan altos sobrevoltajes como resultado de las corrientes de

interrupcin. [5]En un sistema de alta tensin, se utilizan reactores para la compensacin de reactivoen el sistema. Estos se conectan al devanado en delta del terciario de loautotransformadores, mediante interruptores de alta tensin. Los bancos de reactorese operan, en algunas ocasiones, hasta dos o tres veces al da, por lo que lointerruptores para esta aplicacin deben de operar en forma satisfactoria un granmero de operaciones.


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Cuando un interruptor abre un circuito con corriente magnetizante de utransformador sin carga o con corriente (absorbida) de un motor de induccin evaco, puede ocasionar sobretensiones extremadamente altas en el lado carga dinterruptor. Estas sobretensiones pueden generar descargas que, si ocurren sobre loaislamientos, pueden debilitarlos o provocar falla permanente. La falla permanente s

puede manifestar en maniobras de cierre subsecuentes.

En la Fig. 2.24 se muestra el circuito equivalente de un transformador monofsico un reactor.

Figura 2.24 Transformador o reactor monofsico

2.20 CRITERIOS DE APLICACIN

La funcin principal del interruptor es la de llevar la corriente nominal de cargainterrumpir el circuito con esta misma corriente y con la de corto circuito. Se deben dtener consideradas las caractersticas especiales que requieren algunas condiciones dinterrupcin del sistema, ya que pueden ser criticas en el momento de apertura cofalla.

Se deben de tener presentes los requerimientos futuros del sistema, a fin de prevenla sobrecarga de los circuitos, as como las Icc. El interruptor debe de ser diseado la frecuencia del sistema y el tiempo de interrupcin debe de ser adecuado par

proteger al equipo y mantener la estabilidad del sistema.El lugar en donde se localizara el interruptor y donde operara, se deben de tomar ecuenta para una seleccin adecuada del interruptor.

La altitud, temperatura ambiente, contaminacin, servicio, accesibilidad y algunootros factores no menos importantes, sirven para seleccionar el interruptor con lorequerimientos correctos.


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CORRIENTES DE FALLA

El clculo detallado de corrientes de falla nos dar el alcance del interruptor, losistemas de potencia estn sujetos a los siguientes tipos de falla:

Falla trifsica no aterrizada. Falla trifsica aterrizada Falla fase a fase no aterrizada. Falla fase a fase aterrizada. Falla de fase a tierra

La falla trifsica no aterrizada crea la condicin ms severa para el interruptor. Lprimera fase del interruptor bajo esta condicin tiene frecuencia nominal y la tensin drestablecimiento es del 87% del voltaje de fase a fase. Esto es nicamente el 58% parla falla trifsica a tierra. La falla de fase tierra puede producir una gran corriente dfalla. Esto se debe considerar en la aplicacin del interruptor. Para propsitos d

aplicacin, suponemos que el cortocircuito en el sistema puede producir el mximdesplazamiento de la onda de corriente.

Esto puede ocasionar un factor importante cuando el clculo ha sido hecho para unfalla cercana al elemento ms grande de generacin. El interruptor es diseado parinterrumpir en forma satisfactoria la relacin de corriente asimtrica a corrientsimtrica.

SOBRE VOLTAJES POR MANIOBRA

A los voltajes de transmisin de 362 KV y mayores, los sobre voltajes por maniobrgenerados por la energizacin y la reenergizacin a alta velocidad de lneas dtransmisin en vaco por interruptores, introduce un factor importante en el diseo daislamiento del sistema, los cuales son limitados por la insercin de resistencias que sintercalan en serie con la lnea(Y en paralelo con la cmara) aproximadamente entre 9 12 milisegundos antes del cierre de sus contactos principales del interruptor.

La Fig. 2.25 puede de una manera muy simplificada mostrar cmo se genera unsobretensin por maniobra por el recierre de un interruptor en una lnea de transmisien vaco.


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Figura 2.25 Transitorio generado por el recierre de un interruptor en vaco

Otros efectos pueden tener lugar en la peor condicin; la lnea puede tener una cargmayor que 1.0 pu. al momento de energizarse y sucede el efecto Ferranti en lnealargas y el acoplamiento capacitivo de las fases adyacentes.

2.21 MANTENIMIENTO A INTERRUPTORES DE POTENCIA

El objeto del mantenimiento, es el de asegurar la mxima confiabilidad, disponibilidad rentabilidad del interruptor para que cumpla con sus funciones operativas nominale

previniendo o corrigiendo cuando sea necesario, condiciones que pueden poner eriesgo la operacin del mismo, del equipo o instalacin al cual est asociado, as como los equipos e instalaciones vecinas. Este mantenimiento ser efectivo cuando el equipcumpla con los requisitos de calidad desde su seleccin, especificacin y construccincomplementndose con una adecuada puesta en servicio.

En los interruptores principalmente se realizan 3 tipos de mantenimiento: preventivo, el correctivo y el predictivo.

MANTENIMIENTO PREVENTIVO.

El objeto del mantenimiento, es el de asegurar la mxima confiabilidad, disponibilidad rentabilidad del interruptor para que cumpla con sus funciones operativas nominalepreviniendo o corrigiendo cuando sea necesario, condiciones que pueden poner eriesgo la operacin del mismo, del equipo o instalacin al cual est asociado, as como los equipos e instalaciones vecinas. Este mantenimiento ser efectivo cuando el equip


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cumpla con los requisitos de calidad desde su seleccin, especificacin y construccincomplementndose con una adecuada puesta en servicio.

MANTENIMIENTO CORRECTIVO.

Este mantenimiento no suele programarse y su principal caracterstica es que sue

presentarse cuando:

El equipo ha estado sujeto a un mantenimiento preventivo incorrecto faltante y por lo tanto dicho equipo pierde una o ms funciones operativaque requieren restablecerse mediante la aplicacin de este mantenimientemergente.

El equipo durante su operacin fue sometido a esfuerzos que rebasaron sucapacidades nominales que originaron la prdida de su confiabilidad o edeterminado momento la falla de algn componente o funcin, y por lo tant

requiere se aplique una accin correctiva para restablecer su operatividad. El equipo est operando bajo una condicin insegura que se ha determinadmediante experiencias que se tienen con equipos o condiciones similarerecientes y que por lo tanto requieren de recursos no programados y eocasiones emergentes para solventar los riesgos latentes en la instalacin.

MANTENIMIENTO PREDICTIVO.

Tambin conocido como sintomtico, tiene como fundamento las ventajas que pueden ofrecelos dos tipos de mantenimiento anteriores, usando el anlisis y el control de inspeccioney pruebas peridicas, as como el historial de mantenimiento correctivo que se hayrealizado.

Este tipo de mantenimiento requiere de pruebas ms avanzadas para determinar cocerteza el estado del interruptor, con el fin de lograr una correcta planeacin y efectuaestrictamente los trabajos de manera oportuna y garantizar el buen funcionamiento dequipo.

Principalmente en un interruptor se llevan a cabo 4 pruebas:

Resistencia de aislamiento

Factor de potencia Resistencia de contactos

Simultaneidad de contactos


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RESISTENCIA DE AISLAMIENTO

El objetivo de esta prueba es verificar el grado de humedad o deterioro de loaislamientos que conforman el interruptor. La resistencia de aislamiento se define comla resistencia (en Mega ohms) que ofrece un aislamiento al aplicarle un voltaje dcorriente directa durante un tiempo dado, medido a partir de la aplicacin del mismo.

Esta prueba en este caso se le realizara a interruptores multicamara, que son aqugrupo de interruptores que estn constituido de 2 o ms cmaras de interrupcin y esttipo de construccin de interruptores es muy utilizado en interruptores de SF6, aire, gay poco volumen de aceite.

La prueba de resistencia de aislamiento en este tipo de interruptores, nos puededeterminar bsicamente condiciones de contaminacin exterior en columnas soportes columnas de mando adems, condiciones de elementos aislantes que algunofabricantes incluyen en estas columnas como son varillas de mando aislante, columnahuecas con aceite, gas o aire.

INTERPRETACION DE RESULTADOS

En estos interruptores las lecturas de resistencia de aislamiento que se obtienen, por general son muy altas y constantes sin tener absorcin ni polarizacin por estar aislamiento constituido en su mayor parte de porcelana; una lectura baja es indicacide una falla grande en estos aislamientos.

FACTOR DE POTENCIA

El objetivo de la prueba es el de determinar el grado de humedad o deterioro de loaislamientos por disipacin de energa (prdidas dielctricas). Esta prueba srecomienda para detectar contaminacin, envejecimiento y degradacin de loaislamientos, siendo una prueba ms reveladora que la de resistencia de aislamiento.

El principio fundamental de la prueba es la medicin del coseno del ngulo entre vector de la corriente de carga y el vector del voltaje aplicado, obteniendo los valoredirectos de estos factores a travs de los volt amperes de carga y el vector de voltajaplicado, obteniendo as los valores directos de estos factores a travs de la medicide volt-amperes y las prdidas en watts del aislamiento bajo prueba.

RESISTENCIA DE CONTACTOS

Los puntos de contacto metlico entre dos superficies, a travs de las cuales fluye uncorriente elctrica son muy pequeos en relacin con la superficie total. Una vecerrados los contactos despus del proceso de conexin, se debe procurar que la unise mantenga por un tiempo prolongado de cierre con una resistencia de paso lo m


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reducida posible, puesto que todo contacto constituye una forma de calor que limita scapacidad de carga.

Esta prueba es aplicable tanto a interruptores de alta tensin como a interruptores dbaja tensin, y ms que nada esta prueba nos indica el estado en el que se encuentralos contactos.

Los valores recomendados oscilan entre los 10 y los 50 , y si los valoreobtenidos en las pruebas estn dentro de estos rangos, nos indica que los contactoestn en buenas condiciones.

SIMULTANEIDAD DE CONTACTOS

El objetivo de estas pruebas es la determinacin de los tiempos de operacin dinterruptores de potencia, en sus diferentes formas de maniobra (apertura, cierredisparo libre, recierre), as como la verificacin del sincronismo y tiempos de operaci

en sus polos.La prueba de simultaneidad de contactos es aplicable exclusivamente a interruptores dpotencia de alta tensin en todos sus tipos y marcas.

Esto permite comprobar si esas caractersticas se mantienen durante su operacidentro de los lmites establecidos por las normas correspondientes, de no ser asefectuar ajustes al interruptor para recuperar sus valores originales.

La prueba de simultaneidad de contactos es aplicada exclusivamente a interruptores dalta tensin en todos sus tipos y marcas.

2.22 NORMATIVIDAD DE INTERRUPTORES DE POTENCIA

En este proyecto se utilizaran principalmente las siguientes normas que a continuacise mencionan, el uso de ellas se ir referenciando y mencionando a lo largo delproyecto.

Las normas ayudaran a comprender mejor algunos conceptos sobre interruptores depotencia.

INTERRUPTORES DE POTENCIA DE 72,5 kV A 420 kV , NRF-022-CFE-2006

IEEE APLICATION GUIDE FOR TRANSIENT RECOVERY VOLTAGE FOR AC HIGH 'VOLTAGE CIRCUIT BREAKERS RATED ON A SYMMETRICAL CURRENT BASISIEEE Std C37.011-1994

IEC 62271-100. HIGH VOLTAGE SWITCHGEAR AND CONTROL GEAR. PART 100HIGH VOLTAGE ALTERNATING CURRENT CIRCUIT BREAKERS


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2.23 INVENTARIO DE INTERRUPTORES DE POTENCIA

A continuacin se realiza un anlisis estadstico que nos permitir ver de una manems clara los principales motivos del cambio del interruptor BBC. La informacin fuobtenida de la revista Sntesis de fallas a interruptores de potencia 2008, Publicad

por la Subdireccin de Transmisin, la Coordinacin de Transmisin y la Gerencia dSubestaciones de la CFE, Mxico 2008 [9].

El anlisis es basado en la informacin que proporcionan las 9 gerencias dtransmisin a nivel nacional, con l

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