Interruptores de Potencia + Santiago Cantillo Soto + Alfredo Dovale Pérez + Álvaro González Castellanos
Consideraciones Consideracion es - Descripción •
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Arco Eléctrico Eléctrico Tensión de Arco Tensión Transitoria de Restablecimiento
Consideraciones Consideracion es - Descripción •
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Arco Eléctrico Eléctrico Tensión de Arco Tensión Transitoria de Restablecimiento
Fenómeno de Interrupción •
Métodos para para favorecer la Extinción del Arco Eléctrico •
Grandes distancias mediante interrupción múltiple.
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Enfriamiento intensivo del arco.
Tipos de Interruptores Hay diferentes formas de interruptores, los criterios son:
diferenciar
1. El nivel de tensión 2. Sitio de instalación 3. Características de diseño externo 4. Medio y mecanismo de operación
los
Interruptores según el sitio de instalación Uso en interiores: generalmente se usan en estructuras o compartimientos a prueba de agua y manejan una tensión entre 4.6kV y 34.5kV pero lo mas usual es que se diseñen para estar en celdas blindadas. •
Uso en exteriores: sin los mas utilizados ya que muchas sub estaciones se manejan a la intemperie, y la única diferencia entre ambos casos es la estructura exterior. •
Interruptores según diseño externo
El interruptor de tanque muerto consiste en una capsula aterrizada que contiene el medio de interrupción y el cual en su parte superior tiene aisladores de porcelana que es por donde se conecta con el sistema a alta tensión. •
El interruptor de tanque vivo se caracteriza por tener el dispositivo de interrupción dentro de tanques de diámetro pequeño denominados polos, los cuales están sobre soportes aislantes. Los polos se conectan al sistema de alta tensión por lo tanto no se encuentran a potencial de tierra.
Diferencias entre ambos tipos El interruptor de tanque El interruptor de tanque muerto se usa con norma vivo se usa norma IEC, ANSI, algunas ventajas son: algunas ventajas son: Instalación de TCs en bujes Tienen un costo inferior del equipo (sin transformadores de corriente) Tiene una silueta un poco más compacta y baja Menos requerimientos de espacio Su construcción compacta ayuda contra sismos Utiliza menor cantidad de medio de interrupción Salen ensamblados de la •
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Medio de interrupción (historia) •
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1890 : Interruptores de tipo cuchilla Accionados a mano, se quemaban los contactos(reemplazados por resortes) 1900 : Interruptores en tanque de aceite El aceite funciona como medio aislante y enfriado del arco eléctrico 1930 : Interruptor de pequeño volumen de aceite Pequeñas cantidades de aceite con cámaras de interrupción pequeñas, el arco se extingue por inyección del compuesto.
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1940 : Interruptor de aire comprimido Usa aire comprimido y seco para el enfriamiento de los arcos, 1950 1960 : Interruptores SF6 SF6: hexacloruro de azufre Estos interruptores aprovechan las propiedades aislantes del compuesto el cual puede extinguir arcos de corriente 100 veces mas fuertes de lo que podría uno con aire. –
Interruptor de aceite •
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Al presentarse un arco eléctrico el aceite se vaporiza rápidamente formando una burbuja de gas el cual desioniza el ambiente creando condiciones favorables para la extinción del arco. Se utilizan aceites naftenicos derivados del petróleo, uno muy utilizado es el tipo 10-C el cual presenta una resistencia dieléctrica y buena capacidad térmica.
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Estos interruptores de aceite se dividen en 2 tipos, los de gran volumen de aceite y los de pequeño volumen:
El interruptor de gran El interruptor de pequeño volumen de aceite es un volumen de aceite es interruptor de tipo tanque desarrollado gracias a el muerto, tiene las siguientes alto costo y al riesgo que tenia el de gran volumen de desventajas: aceite. Requiere gran volumen de aceite •
Existe riesgo de explosión dentro del recipiente •
Se requiere regeneración del aceite constante gracias a la carbonización del mismo. •
Interruptores de aire comprimido
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Este interruptor fue el mas utilizado hasta la aparición del interruptor SF6, fue el único apropiado para operar a tensiones mayores de 345kV, y con el desarrollo de este se elimino el riesgo de explosión de los interruptores de aceite. Los interruptores de aire que trabajan entre 72,5kV y 800kV son de tipo tanque vivo, este lanza un chorro de aire comprimido que barre el aire ionizado del arco y de este modo extinguiéndolo.
Las desventajas interruptor de básicamente son:
del aire,
1. Alto costo de instalaciones neumáticas 2. Frecuente mantenimiento debido a la cantidad de válvulas y equipos de compresión que manejan 3. Fuerte ruido de operación por altas presiones del aire.
Interruptor SF6 (hexacloruro de azufre) •
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Las propiedades químicas del compuesto SF6 lo hacen un medio excelente de aislamiento y enfriamiento del arco eléctrico dejando a los demás interruptores rezagados. En temperaturas frías hay que tener especial cuidado ya que este compuesto se puede licuar a temperaturas de -25°C y 6.1 bar o -5°C y 11.2 bar Estos interruptores se hacen tanto en tanque muerto como en tanque vivo.
Mecanismos de operación. •
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Estos son los mecanismos para que los dispositivos de interrupción funcionen, usan energía almacenada de una manera especifica ya sea para abrir o cerrar el flujo de energía que pasa por el interruptor. Cabe anotar que el 90% de las fallas ocurren por fallas en los mecanismos de operación. Hay 3 clases de mecanismos de operación o almacenamiento de energía: resortes, neumatico e hidraulico y el SF6.
Resortes •
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Este mecanismo funciona cargando resortes, tanto para su apertura como para el cierre del interruptor. La principal ventaja de este mecanismo es que al accionarse el cierre del interruptor se asegura la energía para el paso de apertura, este es cargado mediante un motor, pero trae un sistema de volante para recargarlo manualmente. Para interruptores de 245kV se usa esa clase de mecanismos ya que son económicos comparado con los demás.
Neumático •
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Se utiliza aire comprimido para el funcionamiento de este tipo de mecanismos, lo cual nos dice que funciona para interruptores de aire comprimido aprovechando así de ambas maneras el sistema de compresión. Se mantiene la presión constante por medio de un motor, en algunos casos también se usa en interruptores de aceite y SF6
Hidráulico
Este funciona igual que el mecanismo neumático pero como su nombre lo indica opera en base a presión de aceite Se utiliza cuando se requiere una rápida reacción de operación.
SF6 •
este usa su propio gas aislante bajo presión como acumulador de energía para la maniobra
Interruptores según el sitio de instalación Uso en interiores •
Generalmente se usan en estructuras o compartimientos a prueba de agua y manejan una tensión entre 4.6kV y 34.5kV pero lo mas usual es que se diseñen para estar en celdas blindadas.
Uso en exteriores •
Son los mas utilizados ya que muchas subestaciones se manejan a la intemperie, y la única diferencia entre ambos casos es la estructura exterior.
Normas Técnicas •
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Interruptores de Alta Tensión: IEC 62271-100 / VDE 0671-100 (No define la resistencia eléctrica de los interruptores tipo E). Según su tipo: IEC 60265 / VDE 0670-301. Pruebas sintéticas de interruptores de Alta Tensión: IEC 60427. Interruptores para cargas inductivas: IEC 61233. SF6: IEC 60376. Dimensionamiento de interruptores de Alta Tensión basado en corrientes simétricas: ANSI C37.12, IEEE Std C37.04 (diseño), IEEE Std C37.06 (estándares y capacidades asignadas), IEEE Std C37.09 (pruebas).
Accesorios •
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Dispositivos para igualar tensiones: Uso de condensadores en paralelo con los contactos, para igualar las tensiones aplicadas a cada cámara. Resistencias de cierre y apertura: Instaladas en paralelo a las cámaras de los interruptores.
Funciones de las Resistencias de Preinserción •
Características comunes a otros equipos de patio •
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Corriente asignada de servicio continuo [A] Frecuencia asignada [Hz] Duración asignada de cortocircuito [s]
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Corriente de corta duración admisible asignada [kA] Valor de cresta de corriente admisible asignada [kA]
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Elevación de temperatura [°C]
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Tensión asignada [kV]
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Línea de fuga [mm]
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Tensión soportada asignada al impulso tipo rayo [kV] Tensión soportada asignada al impulso tipo maniobra [kV] Tensión soportada asignada de corta duración a frecuencia industrial [kV] Tensión asignada de alimentación de los dispositivos de apertura y cierre de los circuitos auxiliares. Presión asignada del gas comprimido para operación e interrupción.
Características específicas de los interruptores IEC 62271-100
Capacidad de Interrupción Simétrica y Asimétrica
Capacidad o corrientes de cierre asignadas Componente de c.a.: 1-1.25-1.6-2-.2.5-3.15-4-5-6.3-8kA y sus productos por múltiplos de 10. Componente de c.c.: •
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Poder de Corte = 2.54 Tensión transitoria de restablecimiento El factor de amplitud toma un valor de 1.4 para fallas en terminales y en líneas cortas.
Tensión transitoria de restablecimiento para diferentes tipos de falla o maniobras •
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Falla en terminales o bornes Falla en líneas cortas Interrupción de pequeñas corrientes capacitivas Interrupción de corrientes inductivas
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Condiciones de discordancia de fases Recierre de líneas Falla evolutiva
Otras Características •
Otras Características •
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Tiempo de apertura máximo (ciclos). Tiempo entre el cierre (o separación) de los contactos del primero al ultimo polo.
Otras Características •
Características relativas a la resistencia de cierre: Reducción de sobretensiones asociadas a la energización de líneas largas. a) Valores óhmicos. b) Tiempo de inserción (6 u 8 milisegundos).
Número de operaciones mecánicas: a) Normal, M1: 2000 sec. de operación. b) Extendida, M2: 10000 sec. de operación. •
Pruebas Los ensayos de importancia comercial realizados sobre interruptores pueden clasificarse en: 1. De tipo 2. De rutina 3. De prototipo •
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También pueden dividirse en pruebas de laboratorio o de campo.
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Estos ensayos se realizan sobre una unidad escogida al azar entre un lote de interruptores idénticos dentro de un pedido, estas son las pruebas de tipo Las pruebas de rutina se realizan a todas las unidades adquiridas para saber su correcto funcionamiento Mientras que las pruebas de prototipo son los que se realizan sobre una unidad que no esta dentro del lote del pedido pero que es igual a estos. Estas pruebas se realizan para demostrar la funcionalidad del producto antes de la compra.
Pruebas de tipo Estas son pruebas descritas por la publicación IEC 62271-100 o las referidas a la publicación IEC 60694 de equipos de alta tensión: 1. Pruebas dieléctricas 2. Pruebas de elevación de temperatura 3. Medida de la resistencia del circuito principal 4. Pruebas mecánicas y ambientales 5. Pruebas de corriente critica •
Pruebas de prototipo Con estas pruebas como ya se había mencionado se puede ver el comportamiento de el dispositivo a adquirir. 1. Pruebas de interrupción de fallas evolutivas 2. Prueba de interrupción de fallas con operación de interruptores en paralelo 3. Prueba de apertura de transformador en vacio •
Pruebas de rutina Estas pruebas son para revelar fallas en la construcción del pedido, se rigen por la publicación IEC 62271-100 1. Pruebas de tensión a frecuencia industrial en seco sobre el circuito principal 2. Pruebas de tensión de circuito de control y auxiliares 3. Pruebas de operación mecánica •
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Otras pruebas de complemente se encuentran en la norma IEEE Std C37.09
