SISTEMA DE PROTECCIONES DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA En aplicaciones de Baja Tensión (como son los circuitos eléctricos de las casas), la protección de circuitos se realiza fundamentalmente con interruptores automáticos (los diferenciales no tienen como misión proteger circuitos sino personas). En Alta Tensión, el Sistema de Protección de un circuito no es solo un interruptor, es necesario un conjunto de elementos con funciones específicas: -
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Transformadores de medida: son elementos que permiten obtener información del circuito a proteger, en forma de señales de tensión e intensidad proporcionales a las magnitudes primarias (por ejemplo, un transformador de tensión mide el valor de tensión del cable, 20 kV, y envía una señal de 50 V; si el cable tiene 22 kV, la señal es de 55V;…) Relés de protección: son elementos que reciben la información de los transformadores de medida y son capaces de saber si ese valor es normal o anormal. Cuando el relé detecta una situación anormal, inicia una acción (opera), generalmente mandando señales a otros aparatos (de menor inteligencia, biestables normalmente) con el fin de que el circuito se abra. Interruptores: Dispositivos que cumplen la función de aislar o desconectar el circuito donde se instalan, ya sea por operación de las protecciones o por las personas que manejan el sistema eléctrico. Circuitos de control: conjunto de elementos que interconectan los tres elementos anteriores. Estos son: cables, switches, relés auxiliares, lámparas de información, …
Ilustración 1.-Sistema de protección de un circuito
En la figura anterior se muestra el esquema fundamental de un Sistema de Protecciones de un circuito de Alta Tensión. En Baja Tensión el interruptor automático (uno como el que existe en una vivienda) hace todas esas funciones él solo, es decir, es un todo en uno. La idea mental que hay que tener en cuanto a un Sistema de Protección de un circuito: -
Baja Tensión: Se emplea un aparato ‘muy listo’ llamado interruptor automático (o magnetotérmico) que sabe cuando el circuito está en peligro y abre. Alta Tensión: Se tiene un conjunto de aparatos ‘tontos’ y el relé que es el aparato m ismo no sabe ‘inteligente’. El interruptor solo abre cuando se lo ordena el relé, por él mismo cuando tiene que abrir.
INTERRUPTORES En Media y Alta Tensión la operación de un interruptor obedece a la señal de un relé encargado de vigilar el correcto funcionamiento del circuito donde están instalados ambos. Está compuesto por un contacto fijo y otro móvil. La apertura de los contactos se realiza por un mecanismo manipulado por el sistema de control mediante señales del relé. El diseño de los interruptores es difícil puesto que deben cumplir condiciones antagónicas de operación, en función de la situación. Cuando están cerrados deben conducir la corriente de la mejor forma posible. Cuando están abiertos deben impedir totalmente el paso de la corriente sin presentar fugas importantes. El principio básico de funcionamiento es el siguiente: un contacto que se encuentra fijo y un contacto móvil se separa de éste en forma rápida para crear un espacio no conductor entre ellos. El cambio ha de ser muy rápido, pero no instantáneo para evitar problemas asociados a la instantaneidad de la ruptura de corriente: sobretensiones, las cuales son dañinas para los equipos (motores, PCs, …) En esa separación de contactos se limita la superficie de paso de la corriente. Esto implica que la densidad de corriente aumenta mucho. Debido a esto se calienta mucho el entorno, con lo que se produce la ionización del gas del entorno. Un gas ionizado permite el paso de corriente a su través, y de ahí se forma un arco eléctrico. La idea del arco eléctrico se muestra en la figura adjunta, donde se observa el arco entre los dos contactos de un interruptor al aire libre. Según la disposición constructiva del interruptor el medio en el que se forma el arco puede ser: aceite, aire, aire a presión, vacío, SF6 (éstos últimos son muy buenos y los más empleados hoy en día).
Ilustración 2.-Visualización del arco eléctrico
INTERRUPTORES NEUMÁTICOS Son interruptores en el que el medio de extinción del arco eléctrico, formado cuando el contacto fijo se separa del móvil, es aire. Las ventajas son:
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No hay riesgos de incendio o explosión Operación muy rápida, tienen alta capacidad de ruptura (corta corrientes muy elevadas) Fácil acceso a los contactos.
Las desventajas que presentan son: -
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Necesidad de una compleja instalación debido a la red de aire comprimido, que incluye, compresor, calderín,… , por lo tanto los costes de instalación y mantenimiento son altos. Necesidad de personal especializado para su mantención. Riesgo de reaparición del arco. Fugas de aire en las conexiones de los elementos. El carácter explosivo de la operación con aire comprimido los hace ser bastante ruidosos.
INTERRUPTORES DE AIRE COMPRIMIDO En este tipo de interruptores el arco se apaga estirándolo y enfriándolo con ayuda de un chorro de aire que se fuerza a pasar entre los contactos en el proceso de apertura.
