INTERRUPTORES DE POTENCIA

El interruptor de potencia es un dispositivo de conexión y desconexión, el cual de acuerdo con las normas ANSI y IEC, está definido como un dispositivo capaz de conectar, conducir e interrumpir corrientes bajo condiciones normales y también conectar y conducir corrientes por tiempo determinado e interrumpirlas bajo condiciones anormales o de falla, tales como las de corto circuito. Tiene una doble función vital para la conexión y desconexión de circuitos, dado que su comportamiento en estado cerrado es la de un conductor con muy baja resistencia, en estado abierto su comportamiento debe ser la de un aislante ideal.

A lo largo de los años los interruptores han incorporado varios medios diferentes para disipar esta energía, tales como el agua, aceite, gases inertes, alto vacío, y aire comprimido.

Clasificación de los interruptores

Los interruptores de potencia se pueden clasificar por medio de:

Nivel de tensión, Lugar de instalación,

Características externas de diseño, así como el método y diseño usado para la interrupción de la corriente.

Interruptores por nivel de tensión:

a) Interruptores de baja tensión, son los diseñados para usarse en tensiones de hasta 1000 Volts.

b) Interruptores de alta tensión, son los diseñados para usarse en tensiones superiores de 1000 volts.

Tipos de interruptores por lugar de instalación

Los interruptores de alta tensión pueden ser usados en instalaciones tipo interior y tipo exterior o intemperie. Los interruptores tipo interior son aquellos diseñados para usarse solo en el interior de edificios o en envolventes resistentes a la intemperie.

Para media tensión es el rango de 4.76kV a 34.5kV estos son de tipo interior y están diseñados para usarse en el interior de tableros o cubículos. La única diferencia entre los interruptores tipo interior y exterior es la envolvente externa o gabinete.

Las partes internas tales como los contactos, las cámaras de interrupción y el mecanismo, en la mayoría de los casos, son los mismos para los dos tipos, siempre y cuando las características

nominales de corriente y tensión sean las mismas y que utilicen la misma tecnología para la interrupción de corriente.

Interruptores por características externas de diseño:

Interruptor de tanque muerto: es un dispositivo de desconexión en el cual la envolvente o tanque está sólidamente aterrizada y aloja las cámaras interruptivas y el medio aislante.

Interruptor de tanque vivo: un dispositivo de desconexión, en el cual las cámaras interruptivas se encuentran soportadas en columnas aislantes y éstas quedan aislando la parte energizada del potencial a tierra.

Tipo de interruptores por método y medio de interrupción. De aire, la energía del arco se disipa por enfriamiento en las

placas cerámicas.

De aceite, la energía del arco se disipa en la descomposición del propio aceite.

De soplo de aire, la energía del arco disipa aplicándole una fuerte inyección de aire comprimido.

De gas SF6, la energía del arco se disipa en el gas, de acuerdo con las leyes de la termodinámica.

Interruptor de tanque vivoInterruptor de tanque muerto

De vacío, la energía del arco es disipada al mantener en el estado de vapor los materiales metálicos provenientes de los contactos.

Interruptor Neumático :

Este tipo de interruptores se emplea en tensiones de 230 Kv.

En los interruptores neumáticos el aire se utiliza como medio para la eliminación del arco eléctrico en la cámara de extinción. Existen diversos tipos de cámaras de extinción, pero en todas ellas el arco es barrido por un chorro violento de aire, ya sea transversal o longitudinal si la tensión es elevada, el interruptor puede tener varías cámaras de extinción o intervalos de ruptura.

Los dispositivos con barrido longitudinal pueden llenarse de aire al operar o todo el tiempo estar llenos de aire a presión.

Estos interruptores abren bastante rápido con lo cual se reducen los daños al circuito y al circuito y a los contactos del propio interruptor. Emplean la carga violenta de un chorro de aire a 16 Kg. /cm²., lanzando contra el arco para barrerlo materialmente.

Interruptor de gran volumen de aceite:

La característica principal de este tipo de interruptores es que utiliza el aceite como medio aislante e interruptivo.

Estos interruptores reciben el nombre debido a la gran cantidad de aceite que contienen, generalmente se construyen en tanques cilíndricos y pueden ser monofásicos o trifásicos. Los trifásicos son para operar a tensiones relativamente pequeñas y sus

contactos se encuentran contenidos en un recipiente común separados (aislantes). Al saltar el arco eléctrico, se desprende un calor intenso que gasifica un cierto volumen de aceite: ese gas a presión sopla al arco y además sube a la parte superior del interruptor provocando una turbulencia en el aceite frío y aislante, baña los contactos e impide que el arco se encienda nuevamente.En esta operación, una parte del aceite se ha quemado por lo que el carbón negro así formado se deposita en el fondo del tanque.

Interruptor de pequeño volumen de aceite:Los interruptores de reducido volumen de aceite reciben este nombre debido a que su cantidad de aceite es pequeña en comparación con los de gran volumen. (Su contenido de aceite varía entre 1.5 y 2.5% del que contienen los de gran volumen).Se construyen para diferentes capacidades y de voltajes de operación y su construcción es básica una cámara de extinción modificada que permite mayor flexibilidad de operación.

Interruptores de agua:Usan agua no conductora desmineralizada como medio de interrupción. El arco produce gases, vapor e hidrógeno, los cuales son efectivos como el vapor

y el hidrógeno del aceite para extinguir los arcos, pero problemas de aislamiento ha limitado el uso de este medio y actualmente los interruptores automáticos ya no usan esta técnica esta idea aunque noble, tuvo poco éxito por los otros posibles medios de interrupción, en particular aire.

Interruptores en SF 6

Al ocurrir la apertura en presencia del SF6 , la tensión del arco se mantiene en un valor bajo, razón por la cual la energía disipada no alcanza valores elevados la rigidez dieléctrica de este gas es 2.5 veces superior a la del aire. Esta rigidez depende de la forma del campo eléctrico entre los contactos, el que a su vez depende de la forma y composición de los electrodos. Si se logra establecer un campo magnético no uniforme entre los contactos, la rigidez dieléctrica del SF6 puede alcanzar valores cercanos a 5 veces la del aire.Son unidades selladas herméticamente que pueden operar por largo tiempo sin mantenimiento, debido a que el gas no se descompone, además de no ser abrasivo.

I nterruptores en vacío: El interruptor de vacío es básicamente una botella o cámara de cerámica sellada de por vida. Las cámaras en vacío se fabrican por dos métodos. El más conocido de los métodos es el de estrangulamiento, en el cual las cámaras son evacuadas individualmente en una plataforma de bombeo después de que han sido ensambladas. Una tubería de evacuación se localiza en un extremo de la cámara, en un lado del contacto fijo. Una vez que se alcanza el vacío, el tubo es sellado con soldadura. Con el segundo método las cámaras son unidas y evacuadas en hornos especialmente diseñados. La ventaja de este proceso es que la evacuación se realiza a temperaturas mayores y por lo tanto se logra un mayor grado de pureza en el vacío durante el ensamble.

La presión de operación dentro de la cámara es del rango de 10-5 Torr (Torr = 1 mmHg), en el cual no se puede formar un plasma debido a la ausencia de los átomos que se requieren para la ionización.

Cuchillas seccionadoras.

Se tienen en monopolares y tripolares accionadas por medio de

pértica o por mando de disco para 24 Kv y 400 A. estas cuchillas operan sin corriente, son de tipo interior y sus aisladores de resina sintética. Se pueden instalar en Tableros de intemperie.

Cuchillas de apertura vertical.Algunas cuchillas de apertura vertical tiene un aislador giratorio que sirve para abrir o cerrar la cuchilla. Al cerrar la cuchilla el contacto móvil penetra en forma vertical al contacto fijo y luego gira sobre su eje un ángulo de 90°, de tal manera que queda presionado firmemente por la mordaza del contacto fijo.Durante la operación de apertura, la cuchilla en primer lugar gira sobre su eje 90°, con lo que se libera de la presión de las mordazas de los contactos fijos y luego se levanta verticalmente hasta su posición tope. Corresponde al tipo descrito y además de lo anterior tiene también incluida cuchilla de aterrizamiento.

Cuchillas 3DMIEstas cuchillas constan de tres cuchillas monopolares sin acoplamiento mecánico entre ellas. La operación simultánea de

los tres polos de la cuchilla se asegura por medio de un comando común.Las partes principales de cada polo de la cuchilla son una columna aislante que soporta el mando de la cuchilla, el mecanismo de apertura y giro del brazo, el aislador de mando. La segunda columna soporta sólo los contactos fijos (hembra).La columna aislante y el vástago aislado de mando están hechos de porcelana maciza. Las barras de contacto son reemplazables y están hechas de cobre con baño de plata, junto con los anillos de corona están acopladas al brazo del contacto móvil. El contacto hembra comprime al contacto móvil por medio de varilla elásticas fabricadas con una aleación de plata, cobre de alta resistencia y cromo. Los anillos de corona están acompañando a los contactos fijos.

Cuchillas giratorias : . La constitución de estos seccionadores es muy sencilla, componiéndose básicamente en una base o armazón metálico rígido, dos aisladores o apoyos de porcelana, un contacto fijo o pinzas de contacto móvil o cuchilla giratoria.La principal diferencia entre los seccionadores de cuchilla giratoria para instalación en interior e instalación en intemperie atriba al tamaño y forma de los aisladores que soportan los contactos

Cuchilla de apertura horizontal.Las cuchillas de alta tensión de apertura horizontal se caracterizan por tener un mecanismo sencillo que consiste en hacer girar las dos navajas en sentido opuesto. Las cuchillas de este tipo pueden fabricarse monopolares para luego ser armadas

en el lugar de montaje. Con esto se facilita el transporte y el manejo de las mismas. En instalaciones de intemperie tiene gran aplicación las cuchillas de apertura horizontal. Puede no tener cuchillas de aterrizamiento al hacer girar la flecha de mando las dos cuchillas giran en sentido contrario para cerrar o abrir, según sea el caso. Las cuchillas de aterrizamiento sirven para aterrizar por ambos extremos después de la apertura de la cuchilla. Son de tubo de acero, de un lado se acoplan a la flecha giratoria y en el otro extremo tienen sus contactos de latón. El aterrizamiento ocurre después de la apertura de la cuchilla, al levantarse las cuchillas de tierra y conectarse a los contactos fijos de la cuchilla.

Cuchillas tipo pantógrafo

Estos seccionadores se disponen para tensiones de servicio entre 132 y550 kV en corrientes nominales entre 800 A y 3.150 ALa parte móvil de la cuchilla (pantógrafo) se encuentra soportado por una sola columna aislante, normalmente de porcelana. La parte fija está suspendida justo arriba del pantógrafo por un tubo o cable, de tal manera que al elevarse la parte móvil se produce el cierre de los contactos.Las cuchillas de tipo pantógrafo tiene la ventaja de tener un mecanismo complejo que puede fallar en la conexión cuando se encuentra desgatado, además la altura del cable o tubo debe permanecer constante en lo posible.Si el mecanismo tiene una desviación en su trayectoria, es posible que no coincida con los contactos fijos y no se realice la conexión. Por otra parte las dilataciones térmicas dan lugar a una flecha que se modifica con el cambio de temperatura.

Cuchillas de Puesta a TierraSon las cuchillas de conexión intermedia de una bahía y el equipo de prueba para que se aislé el interruptor, banco de potencia, banco de capacitares, alimentadores, cables de potencia, etc., para garantizar la seguridad del personal que este laborando en el área de trabajo donde se estarán realizando pruebas o el correspondiente mantenimiento preventivo o correctivo de los equipos.

Cuchillas de PruebaSon las cuchillas que se utilizan en los gabinetes de control, protección y medición de los equipos instalados en las subestaciones para realizar pruebas y mediciones de corriente directa y corriente alterna., como su nombre lo indica son para realizar mediciones de corriente en los TC`s y medición de tensión en los TP’s.

Transformador de Corriente (TC’s)Se conoce como transformador de corriente (TC’s) como aquel cuya función principal es cambiar el valor de la corriente de uno más o menos elevado a otro valor con lo cual se puede alimentar el instrumento ya sea de medición, control o protección. Como ampérmetros, wátmetros, varmetros, instrumentos registradores, relevadores de sobre corriente etc.El primario del transformador se conecta en serie con el circuito cuya intensidad se desea medir y el secundario se conecta en serie con

las bobinas de corriente de los aparatos de medición y de protección que requieran ser energizados.Su construcción es semejante a la de cualquier tipo de transformador, ya que fundamentalmente consiste de un devanado primario y un secundario. La capacidad de estos transformadores es muy baja, se determina sumando las capacidades de los instrumentos que se van a alimentar, y puede ser de 15, 30, 50, 60 y 70 VA.

Tipos de transformadores de corriente según su construcción.Existen tres tipos de TC según su construcción:

Tipo devanado primario: como su nombre lo indica tiene más de una vuelta en el primario, los devanados primario y secundario están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, esta construcción permite mayor precisión para bajas relaciones.

Tipo barra: los devanados primarios y secundarios están completamente aislados y ensamblados permanentemente a un núcleo laminado, el devanado primario consiste en un conductor tipo barra que pasa por la ventana de un núcleo.

Tipo boquilla o Bushing: el devanado secundario está completamente aislado y ensamblado permanentemente a un núcleo laminado.

Tipo barraTipo Bushing

El conductor primario pasa a través del núcleo y actúa como devanado primario.

Identificación de bornes.

Los bornes de los arrollamientos primario y secundario deben poder ser identificados con fiabilidad, para ello la norma IEC 60 185 se indica el criterio a seguir para su nomenclatura, siendo aquellos bornes que empiecen con P y C, los del arrollamiento primario, y los que empiecen con S los del arrollamiento secundario.

Transformador de Potencial (T’Ps)Se denomina transformador de potencial a aquel cuya función principal es transformar los valores de tensión sin tomar en cuenta la corriente. Estos transformadores sirven para alimentar instrumento de medición, control o protección que se requiera señal de tensión.Los transformadores de potencial se construyen con un devanado primario y otro secundario; su capacidad es baja, ya que se determina sumando las capacidades de los instrumentos de medición que se van alimentar y varían de 15 a 60 VA. Los aislamientos empleados son de muy buena calidad y son en general los mismos que se usan en la fabricación de los transformadores de corriente.

Tipos de arrollamientos primario y secundario de TC.

Se construyen para diferentes relaciones de transformación, pero la tensión en el devanado secundario es normalmente 115 volts. Para sistemas trifásicos se conectan en cualquier de las conexiones trifásicas conocidas, según las necesidades. Debe tenerse cuidado de que sus devanados estén conectados correctamente de acuerdo con sus marcas de polaridad