INTRODUCCIÓN Durante estos últimos 100 años, la electricidad se ha convertido en la forma de energía más rentable, flexible y fiable del mundo, es sinónimo de desarrollo y progreso para los países, y comodidad para la sociedad, de una u otra forma la demanda demanda global de la energía energía elctrica va en aumento! "on ello se ha obligado obligado a tener una infraestructura infraestructura #ue permita suministrar de forma segura y eficiente la energía eléctrica , pero el desarrollo es cada ve$ mayor y la necesidad de introducir e#uipo nuevo supone nuevos retos de operación! %o anterior ha obligado a empresas tanto de tipo gubernamental como del sector privado a invertir en una infraestructura capa$ de cumplir con la demanda creciente de energía, ya sea actual actuali$a i$ando ndo su e#uipo e#uipo obsole obsoleto to o reali$ reali$and ando o planes planes de manten mantenimi imient ento o para para prolongar la vida útil de estos! &e han visto en la necesidad de me'orar o construir líneas nuevas nuevas de alta tensión tensión para el transporte transporte de la energía, desde las grandes centrales generadoras hasta los centros de consumo, pasando por las grandes subestaciones de potencia, ya sean elevadoras o reductoras aprovechando las nuevas tecnologías! (stas tecnologías se han visto refle'adas en los diversos e#uipos, incluyendo a los interruptores y seccionadores de potencia, #ue forman parte del control control y funcionamie funcionamiento nto seguro de cual#uier red elctrica, elctrica, cuya función función es asegurar el flu'o continuo de corriente en condiciones normales de operación! &on necesarios en las centrales generadoras de energía, donde se ha de poder conectar y desconectar toda la potencia generada, de igual forma se utili$an en las redes de transmisión y distribución en las #ue es preciso controlar corrientes muy altas y altos niveles de tensión! (n el caso de falla los interruptores son capaces de interrumpir dicho flu'o de energía aislando aislando el elemento elemento de falla, falla, protegiendo al resto del e#uipo y al personal en servicio, evitando consecuencias mayores! %a necesidad de inventar y me'orar e#uipos para la conexión y desconexión de redes elctricas elctricas capaces de establecer establecer e interrumpir interrumpir el flu'o de corriente, hi$o surgir los prim primero eross dise diseños ños de inte interru rrupt ptore oress y secc seccio iona nador dores es,, los los cual cuales es fuero fueron n muy muy rudiment rudimentari arios os y estaban estaban basado basadoss en conoci conocimie miento ntoss empíri empíricos! cos! (stos (stos diseños diseños fueron me'orando en función del crecimiento de los sistemas elctricos, obligando a los diseñadores incluir el uso de herramientas sofisticadas para poder logra interruptores más confiables y de mayor capacidad! )ara #ue estos elementos realicen con xito sus funciones es necesario #ue cuente con dos cosas, un buen diseño mecánico #ue ha de cumplir con los re#uerimientos de apertura y cierre de sus contactos en tiempo y forma, y tambin deben de contar con un buen diseño elctrico para asegurar #ue los elementos soporte esfuer$os elctricos y trmicos a los #ue son sometido en su vida de operación Dado #ue estas tecnologías avan$an, los estudiantes de ingeniería deben de estar en una constate actuali$ación en los sistemas y en los e#uipos #ue se utili$an, comprendiendo y anali$ando su historia, sus principios de operación y las nuevas tendencias #ue se tienen para el me'oramiento de los sistemas elctricos de potencia, para el uso correcto y eficiente de la energía elctrica!
INTERRUPTOR DE POTENCIA (l interruptor de potencia es un dispositivo de conexión y desconexión, el cual de acuerdo con las normas *+& y (", está definido como un dispositivo capa$ de conectar, conducir e interrumpir corrientes ba'o condiciones normales y tambin conectar y conducir corrientes por tiempo determinado e interrumpirlas ba'o condiciones anormales o de falla, tales como las de corto circuito! -iene una doble función vital para la conexión y desconexión de circuitos, dado #ue su comportamiento en estado cerrado es la de un conductor con muy ba'a resistencia, en estado abierto su comportamiento debe ser la de un aislante ideal! *dicionalmente se debe considerar #ue los interruptores deben tener tambin la capacidad de efectuar re.cierres, cuando sea una función re#uerida por el sistema! (l proceso de interrupción de un circuito elctrico con lleva a la ioni$ación del medio en el cual se hace la separación de contactos, donde surge la formación de un arco elctrico con una gran liberación de energía #ue puede llegar a alcan$ar una temperatura mayor a los /0 000" y pueden generar presiones de hasta 100 )a contenidas en un volumen de menos de un litro! * 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! %os interruptores #ue se utili$aban primitivamente en los circuitos elctricos eran, generalmente de accionamiento manual y del tipo seccionador o cuchilla, con el aumento de las corrientes y de las tensiones re#ueridas en el sector industrial resulto #ue el arco #ue se formaba al abrir el interruptor dañaba o destruía los contactos, entonces se construyeron interruptores #ue abrían o cortaban rápidamente los circuitos por medio de un resorte o por acción de la gravedad, reduciendo a si la duración del arco y la magnitud del deterioro del interruptor! "olocando el interruptor en posición vertical, con ruptura hori$ontal, la corriente de aire por convección, debida al calor del arco, tiende a extender el arco hacia arriba, ale'ándolo del interruptor, así mismo la acción magntica de la espira formada por el interruptor y el arco tiende a aumentar la longitud del arco extinguindolo! (n los comien$os del desarrollo, pronto aparecieron interruptores de agua y aceite #ue operaban a niveles muy ba'os de corriente y tensión! "onforme se han incrementado las tensiones de operación y las capacidades de corto circuito de los sistemas de potencia, los interruptores de potencia de alta tensión han 'ugado un papel muy importante en dicho crecimiento! &e han desarrollado diferentes tecnologías, algunas #ue involucran el uso de medios de interrupción avan$ados y continúan siendo estudiadas para lograr e#uipos más eficientes! (n la 2rafica se muestra una línea de tiempo en la cual cómo han ido evolucionando las tecnologías para la extinción de arco elctrico en interruptores de potencia!
edios de extinción más utili$ados en los últimos cien años! 3uente4 5evista *66 178009 (l interruptor!
*lgunos de los primeros diseños han sido significativamente me'orados y algunas variaciones de este tipo de interruptores están todavía en uso, especialmente en aplicaciones de ba'a tensión, donde actualmente los interruptores de aire son el tipo dominante de interruptores! )ara aplicaciones de interiores en tensiones de / a :;<=, los interruptores en soplo de aire magntico fueron los interruptores de elección en los (stados >nidos en la poca de los años setenta, mientras #ue en (uropa y parte de %atinoamrica los interruptores de pe#ueño volumen de aceite! )or otra parte, para aplicaciones intemperie, para tensiones de 1/ a 8:0 <= fueron muy usados los interruptores de gran volumen y los de soplo de aire! "on la llegada de las tecnologías de vacío y hexafloruro de a$ufre, los diseños antiguos de interruptores han sido rápidamente sustituidos y en la actualidad son considerados como tecnologías obsoletas!
CLASIFICACIÓN DE LOS INTERRUPTORES! %os interruptores se pueden clasificar de acuerdo4
*l nivel de tensión %ugar de instalación "aracterísticas externas de diseño todo y diseño usado para la interrupción de la corriente, tripolar o monopolar
TIPOS DE INTERRUPTORES POR NIVEL DE TENSIÓN! (l nivel de tensión en el cual se va a usar los interruptores es una clasificación muy amplia #ue divide a los interruptores en4 a? nterruptores de ba'a tensión, son los diseñados para usarse en tensiones de hasta 1000 =olts! b? nterruptores de alta tensión, son los diseñados para usarse en tensiones superiores de 1000 volts! "ada uno de esos grupos puede subdividirse! )ara el caso de los interruptores de alta tensión estos se subdividen en interruptores de 18: <= y mayores e interruptores de 98!/<= y menores! 3recuentemente, estos grupos son relacionados como interruptores para transmisión e interruptores de distribución respectivamente! (sta clasificación de los interruptores de alta tensión es la #ue comúnmente es usada por las normas internacionales *+& e ("!
TIPOS DE INTERRUPTORES POR LUGAR DE INSTALACIÓN %os interruptores de alta tensión pueden ser usados en instalaciones tipo interior y tipo exterior o intemperie! %os interruptores tipo interior son a#uellos diseñados para usarse solo en el interior de edificios o en envolventes resistentes a la intemperie! )ara media tensión es el rango de @!9A<= a :@!/<= estos son de tipo interior y están diseñados para usarse en el interior de tableros o cubículos metal.clad! %a única diferencia entre los interruptores tipo interior y exterior es la envolvente externa o gabinete! %as 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 #ue utilicen la misma tecnología para la interrupción de corriente!
INTERRUPTORES POR CARACTERÍSTICAS EXTERNAS DE DISEÑO Desde el punto de vista de su diseño físico estructural, los interruptores para intemperie pueden ser clasificados como interruptores de tan#ue muerto e interruptores de tan#ue vivo! %os interruptores de tan#ue muerto están definidos por las normas *+& como un dispositivo de desconexión en el cual la envolvente o tan#ue está sólidamente aterri$ada y alo'a las cámaras interruptivas y el medio aislante! (l interruptor de tan#ue vivo está definido como un dispositivo de desconexión, en el cual las cámaras interruptivas se encuentran soportadas en columnas aislantes y stas #uedan aislando la parte energi$ada del potencial a tierra! %os interruptores de tan#ue muerto presentan ciertas venta'as sobre los interruptores de tan#ue vivo, entre las cuales se tienen4 a? &e pueden instalar transformadores de corriente tipo bo#uilla, tanto en el lado de línea, como en el lado de la carga del interruptor! b? &u construcción ofrece una capacidad de soporte sísmico mayor c? &e embarcan ya ensamblados y a'ustados desde la fábrica! d? -iene una me'or esttica! e? Bcupa menor espacio ya instalado! )or otra parte, los interruptores de tan#ue vivo comparados con los de tan#ue muerto, ofrecen las siguientes venta'as4 a? "osto menor, ya #ue no incluye los transformadores de corriente! b? >tili$an menor cantidad de fluido para interrupción! c? 5e#uiere menor espacio para instalación!
TIPO DE INTERRUPTORES POR MÉTODO Y MEDIO DE INTERRUPCIÓN.
De aire, la energía del arco se disipa por enfriamiento en las placas cerámicas! De aceite, la energía del arco se disipa en la descomposición del propio aceite! De soplo de aire, la energía del arco disipa aplicándole una fuerte inyección de aire comprimido! De gas &3A, la energía del arco se disipa en el gas, de acuerdo con las leyes de la termodinámica! De vacío, la energía del arco es disipada al mantener en el estado de vapor los materiales metálicos provenientes de los contactos!
INTERRUPTORES POR MECANISMO DE ACCIONAMIENTO. %os principales mecanismos de accionamiento utili$ados en interruptores son los siguientes4
ecanismo de accionamiento por resorte! ecanismo de accionamiento neumático! ecanismo de accionamiento hidráulico! *ccionamiento con gas dinámico
SECCIONADOR DE POTENCIA &e los conoce tambin con el nombre de separadores o desconectadores! &on dispositivos #ue sirven para conectar y desconectar diversas partes de una instalación elctrica, para efectuar maniobras de operación o bien de mantenimiento! %a misión de estos aparatos es la de aislar tramos de circuitos de una forma visible! %os circuitos #ue debe interrumpir deben hallarse libres de corriente, o dicho de otra forma, el seccionador debe maniobrar en vacío! +o obstante, debe ser capa$ de soportar corrientes nominales, sobreintensidades y corrientes de cortocircuito durante un tiempo especificado! *sí, este aparato va a asegurar #ue los tramos de circuito aislados se hallen libres de tensión para #ue se puedan tocar sin peligro por parte de los operarios! (l diseño y la construcción de los seccionadores están reglamentados de acuerdo con las normas (" A018C y A089: o las normas *+& "8C!; y "8C!C, y responden además a la (" A0AC@ en lo #ue respecta a valores nominales y de ensayos tensión resistida a impulso y /0 E$!?! %os seccionadores utili$ados habitualmente en instalaciones elctricas tienen muy variadas formas constructivas pudindose clasificarlos según su modo de accionamiento4
&eccionadores de cuchillas giratorias! &eccionadores de cuchillas desli$antes! &eccionadores de columnas giratorias! &eccionadores de pantógrafo! &eccionadores semipantógrafos o tipo rodilla!
&ea cual fuera el tipo de apertura hori$ontal o vertical y con movimiento giratorio central o lateral, pantográfico o semipantográfico? deberán permitir la observación clara y precisa de la distancia de aislamiento en aire! Dentro de esta clasificación todos pueden tener una constitución unipolar o tripolar! Dentro de esta clasificación todos pueden tener una constitución unipolar o tripolar! (l tipo de apertura deberá elegirse teniendo en cuenta las distancias elctricas adoptadas para el proyecto! %os de apertura lateral, por e'emplo, re#uieren mayores distancias entre e'es de fases #ue los de otro tipo! (sta elección ad#uiere particular importancia cuando se trata de ampliación de instalaciones existentes, cuyas distancias pueden haber sido proyectadas para otro tipo de e#uipamiento! %os seccionadores de 880 <= tendrán mando motori$ado para operación individual por polo de las cuchillas principales! (l accionamiento de la cuchilla de puesta a tierra podrá ser motori$ado o manual! %os seccionadores de 1:8 <= podrán tener un accionamiento único para las tres fases acopladas mecánicamente!
Seccionao!e" e c#c$i%%a" &i!a'o!ia". (stos aparatos son los más empleados para tensiones medias, tanto para interior como para exterior, pudiendo disponerse de seccionadores unipolares como tripolares! (n la figura se observa un seccionador de cuchillas giratorias tripolar para instalación en interior y tensión de servicio de hasta 1:,8 <=, con accionamiento por motor y cuchillas de puesta a tierra adosadas para accionamiento manual con palanca de maniobra, intensidad nominal n F A:0 *! %a constitución de estos seccionadores es muy sencilla, disponindose básicamente en una base o arma$ón metálico rígido donde apoyarán el resto de los elementos?, dos aisladores soporte de porcelana, un contacto fi'o o pin$a de contacto y un contacto móvil o cuchilla giratoria estos dos últimos elementos montados en cada uno de los aisladores de porcelana?!
"abe comentar #ue la utili$ación de seccionadores unipolares puede provocar dese#uilibrio entre las fases de una instalación, por lo #ue resultan preferibles, aun#ue sean más caros, los seccionadores tripolares donde las cuchillas giratorias de cada fase se hallan unidas entre sí por un e'e común, lo #ue permite un accionamiento con'unto de todas ellas! "uando la corriente nominal es elevada, los seccionadores están provistos de dos o más cuchillas por polo! %a principal diferencia entre los seccionadores de cuchillas giratorias para instalación en interior y para instalación en intemperie estriba en el tamaño y forma de los aisladores #ue soportan los contactos, teniendo unos aisladores de mayor tamaño y forma acampanada en los seccionadores de intemperie #ue en los de interior, consiguiendo de esta manera el aumento de las líneas de fuga en los aisladores y mayores tensiones de contorneo ba'o lluvia!
Seccionao!e" e c#c$i%%a" e"%i(an'e". "on una estructura muy similar a la de los seccionadores de cuchillas giratorias, descriptos anteriormente, poseen la venta'a de re#uerir menor espacio en sus maniobras dado #ue sus cuchillas se despla$an4 longitudinalmente, por lo #ue se puede instalar en lugares más angostos! +o obstante, dado el tipo de despla$amiento de las cuchillas, estos seccionadores tienen una capacidad de desconexión inferior en un 90 G a los anteriores! &eccionador de cuchillas desli$antes para servicio de interior! (ste modelo se dispone para tensiones de 1:,8 a :: <= y desde @00 hasta A:0 *!
Seccionao!e" e co%#)na" &i!a'o!ia". (ste tipo de seccionadores se utili$a en instalaciones de intemperie y con tensiones de servicio desde :: <= hasta 880 <=! Dentro de este tipo de seccionadores cabe distinguir dos construcciones diferentes4 Seccionador de columna giratoria central o de tres columnas por polo 4 en este tipo de seccionador la cuchilla o contacto móvil está fi'ada sobre una columna aislante central #ue es giratoria! "on esta disposición se tiene una interrupción doble, de tal suerte #ue cada punto de interrupción re#uiere una distancia en aire igual a la mitad de la total! %as dos columnas exteriores están montadas rígidamente sobre un soporte metálico de perfiles de acero galvani$ado en caliente y son las encargadas de sostener los contactos fi'os!
Seccionador de dos columnas giratorias por polo: (l seccionador dispone de dos
columnas en lugar de tres como el modelo de columna giratoria central! &iendo estas dos columnas giratorias y portadoras de cuchillas solidarias contactos móviles? #ue giran hacia el mismo costado! (n este caso se obtiene sólo un punto de interrupción a mitad de recorrido entre las dos columnas! (l campo de aplicación de este seccionador es en instalaciones de intemperie con tensiones de servicio de hasta 8@/ <= y corrientes nominales comprendidas entre ;00 * y 8!000 *! (ste seccionador puede montarse con cuchilla de puesta a tierra, en cuyo caso se impide cual#uier falsa maniobra por medio de un enclavamiento apropiado!
Seccionao!e" e *an'+&!a,o. %os seccionadores de pantógrafo han sido creados para simplificar la concepción y la reali$ación de las instalaciones de distribución de alta tensión en intemperie se suelen utili$ar para la conexión entre líneas y barras #ue se hallan a distinta altura y cru$ados entre sí?! "onceptualmente se distinguen de los anteriores seccionadores mencionados por#ue el contacto fi'o de cada fase ha sido eliminado, reali$ando la conexión del contacto móvil directamente sobre la línea en un contacto especial instalado en ella?! &on seccionadores de un solo poste aislante sobre el cual se soporta la parte móvil! Hsta está formada por un sistema mecánico de barras conductoras #ue tiene la forma de los pantógrafos #ue se utili$an en las locomotoras elctricas! %a parte fi'a, llamada trapecio, está colgada de un cable o de un tubo #ue constituyen las barras, exactamente sobre el pantógrafo de tal manera #ue al elevarse el contacto móvil, ste se conecta con la morda$a fi'a cerrando el circuito!
Seccionao!e" "e)i*an'+&!a,o" o 'i*o !oi%%a. (l seccionador tipo rodilla pertenece al grupo de los seccionadores de palanca! (l bra$o del seccionador, #ue constituye el contacto móvil, se mueve en un plano vertical y abierto genera un espacio del aislamiento hori$ontal! %a alta confiabilidad operacional y el diseño simple son venta'as típicas de este tipo constructivo! %a ca'a de mando C?, los aisladores soporte /?, el aislador rotativo A? y el mecanismo de accionamiento :? son idnticos #ue los usados para el seccionador tipo pantógrafo! (l contacto móvil 1? consiste en dos bra$os paralelos unidos entre sí y articulados en un punto rodilla?! (l contacto móvil es conducido en uno de sus extremos por el mecanismo de giro :? mientras #ue el extremo libre se introduce casi hori$ontalmente en el contacto fi'o @? y es asegurado en la posición cerrada por una guía 8? vinculada al mecanismo de giro! (l cierre confiable está garanti$ado incluso si el tiro de los conductores cambia como resultado de fluctuaciones de la temperatura o de cortocircuitos! (l mecanismo de giro acomoda en su interior el sistema de palanca para transmitir las fuer$as mecánicas y los resortes para contrapesar la masa intrínseca del contacto móvil! (l sistema de palanca alcan$a una posición central muerta en ambas posiciones finales del contacto móvil en las cuales el seccionador es blo#ueado y las partes móviles son aliviadas de carga mecánica!
