¿Qué es un interruptor de potencia? El interruptor de potencia es un dispositivo electromecánico cuya función principal es la de conectar y desconectar circuitos eléctricos entre contactos separables bajo condiciones normales o de falla. Los interruptores deben tener también la capacidad de efectuar “recierres”, cuando sea una función requerida por el sistema.
¿Cuál es la función de un interruptor de potencia? Además de conectar y desconectar circuitos, se requiere que cualquier interruptor de potencia efectúe cuatro operaciones fundamentales: * Cerrado, debe ser un conductor ideal. * Abierto, debe ser un aislador ideal. * Cerrado, debe ser capaz de interrumpir la corriente a que fue diseñado, rápidamente y en cualquier instante, sin producir sobre voltajes peligrosos. * Abierto, debe ser capaz de cerrar rápidamente y en cualquier instante, bajo corrientes de falla, sin soldarse los contactos por las altas temperaturas. * Clasificación de los interruptores de potencia. * Los interruptores de potencia se pueden clasificar según: su medio de extinción, el tipo de mecanismo y por la ubicación de las cámaras.
Tipos de mecanismos de accionamiento accionamiento Resorte. Como su nombre lo indica, los resortes son utilizados en el interruptor para separar los contactos. Hidráulico. En este mecanismo se aprovecha la presión del aceite para accionar el interruptor. Neumático. Emplea el aire a presión para separar sus contactos en caso de falla, una de las desventajas de este tipo de mecanismo me canismo es la necesidad de un un mantenimiento frecuente. Cámaras de extinción Es la parte primordial de cualquier interruptor eléctrico, en donde al abrir los contactos se transforma en calor la energía que circula por el circuito de que se trate. Dichas cámaras deben soportar los esfuerzos electrodinámicos de las corrientes de cortocircuitos, así como los esfuerzos dieléctricos que aparecen al producirse la desconexión de bancos reactores, capacitores y transformadores. * Tanque muerto. En este tipo de interruptores las cámaras de extinción se encuentran auto retenidas en un recipiente que se encuentra firmemente aterrizado, habiendo entre este último y aquellas un medio aislante. * Tanque vivo. Las cámaras se encuentran soportadas en columnas aislantes y
éstas quedan separando la parte energizada del potencial a tierra por ejemplo, interruptores en SF6
Vacío. Utilizan como medio de extinción vacío en el cual no se puede engendrar plasma debido a la ausencia de los átomos que se requieren para la ionización. La alta rigidez dieléctrica que presenta el vacío (es el aislante perfecto) ofrece una excelente alternativa para apagar en forma efectiva el arco. En efecto, cuando un circuito en corriente alterna se des energiza separando un juego de contactos ubicados en una cámara en vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que la rigidez dieléctrica entre los contactos aumenta en razón de miles de veces mayor a la de un interruptor convencional (1 KV por µs para 100 A en comparación con 50 V/µs para el aire). Esto hace que el arco no vuelva a reencenderse. Estas propiedades hacen que el interruptor en vacío sea más eficiente, liviano y económico. Ventajas * Tiempo de operación muy rápido, en general la corriente se anula a la primera pasada por cero. * Rigidez dieléctrica entre los contactos se restablece rápidamente impidiendo la reignición del arco. * Son menos pesados y más baratos. * Prácticamente no requieren mantención y tienen una vida útil mucho mayor a los interruptores convencionales. * Especial para uso en sistemas de baja y media tensión. Desventajas: * Dificultad para mantener la condición de vacío. * Generan sobre-tensiones producto del elevado di/dt. * Tienen capacidad de interrupción limitada.
El interruptor de potencia de vacío, se diferencia de esos interruptores, porque no requiere de un medio de extinción. En contraposición a los arcos de maniobra en aire, SF6 o aceite, en el vacío falta la materia ionizable necesaria para la formación de una descarga térmica de gases. Sin embargo, después de la apertura de los contactos atravesados por una corriente, en el vacío se genera un arco de vapor metálico, al cual para abreviar, de ahora en adelante llamaremos arco en vacío El arco en vacío genera por sí mismo, los portadores de carga necesarios para transmitir la corriente a través del vacío , mediante la vaporización del material de los contactos. Es una característica propia de los interruptores de vacío que las cámaras de maniobra posean contactos planos, los que solo se tocan en sus superficies frontales. Contactos tan simples como éstos, son posibles debido a que en el vació no es posible la oxidación o la formación de capasextrañas. Por tal motivo se hace innecesario el empleo demovimientos de tales capas extrañas como es el caso en los interruptores con otros medios de extinción.
El interruptor en vacío (VI) fue comentado brevemente en el Módulo 5, Fundamentos de los Interruptores
Básicamente el interruptor en vacío es un par de contactos separables (“contactos primarios”) que se encuentran en una envoltura hermética. La Envoltura misma es un material de cerámica, con una placa extrema metálica soldada en cada extremo. Las placas metálicas sellan los extremos y ofrecen soporte para las partes internas. De los dos contactos (se conocen también como “electrodos”), uno es fijo. El otro es móvil, a través de una conexión de tipo fuelle. Varias tapas en la e nvoltura ofrecen diferentes tipos de protección a las partes del interruptor. La Figura 8 muestra los fenómenos importantes de arqueo e interrupción en un vacío.
Cuando el interruptor está cerrado, los contactos en el interruptor se tocan, permitiendo el flujo de la corriente. Cuando ocurre una falla y se requiere de una interrupción, los contactos son rápidamente separados y se forma un arco. Se forma un arco debido al hecho que la tensión intenta mantener la corriente en movimiento.
El arco arde en el vapor de metal que se evapora de los puntos calientes en las superficies de contacto. Este vapor metálico sale continuamente de la región de contacto y se recondensa en las superficies de contacto y alrededor de la tapa metálica que protege la envoltura de cerámica
.En Corriente Cero, el arco se extingue, se detiene la
producción de vapor en el contacto y se restaura la condición de vacío original. La corriente cero es un punto en la onda sinusoidal de corriente CA cuando el valor es cero.
El vacío en la envoltura se considera un Dieléctrico. La Resistencia de Dieléctrico es la tensión máxima que el dieléctrico puede resistir sin romperse. El Tensión Transitoria de Ruptura (TRV) es la forma de onda más severa que el interruptor tiene que resistir. Es la razón por la cual la velocidad de recuperación de dieléctrico y la resistencia del dieléctrico dentro del interruptor son elementos críticos para una interrupción exitosa. Si el dieléctrico no alcanza una resistencia suficiente muy rápidamente, el arco se re-enciende. los interruptores en vacío para interruptores de circuito deben poder interrumpir corrientes de 12 a 50 kA (y más), en tensiones de hasta 38 kV (Figura 11).
Se está utilizando una nueva tecnología en el interruptor en vacío. Incluye la utilización de contactos de cobre-cromo de forma espiral en el tubo de vacío. Proporcionan un efecto magnético auto-inducido que desplaza la raíz del arco alrededor de la periferia de contacto. Este método de control de arco muy eficiente evita la presencia de puntos calientes, minimizando la erosión de los contactos.
