La cámara de interrupción es la parte del interruptor donde se forma y se apaga el arco. En baja tensión el arco se alarga y se divide en placas metálicas al aire; en media tensión domina la botella de vacío, que recupera su rigidez en microsegundos tras el cero de corriente; en alta y extra alta tensión se usa SF6 con soplado o autosoplado, y en extra alta tensión varias cámaras en serie por polo. Cada maniobra con corriente desgasta los contactos de arco, y ese desgaste es lo que se vigila en el mantenimiento.
Qué es y dónde está
La cámara de interrupción es el recinto donde los contactos del interruptor se separan, se forma el arco y se apaga. Todo lo demás (mecanismo, bobinas, control) existe para llevar los contactos a esa posición a tiempo. Está dentro de cada polo: en la parte alta de la columna en un interruptor de tanque vivo, dentro del tanque puesto a tierra en un tanque muerto, y dentro de la botella de vacío o de la cámara de arco en media y baja tensión.
En las cámaras de SF6 y en muchas de baja tensión hay dos tipos de contactos: los principales, que conducen la corriente nominal con baja resistencia, y los de arco, que se separan después y reciben el arco para proteger a los principales. En la botella de vacío un solo par de contactos cumple las dos funciones.
Cómo funciona
Al abrir, en las cámaras con contactos separados los principales se separan primero y la corriente pasa a los de arco; luego se separan estos y aparece el arco. El arco es un canal de gas ionizado o de vapor metálico que sigue conduciendo. En corriente alterna, la corriente pasa por cero cada medio ciclo. La cámara tiene que lograr que, en uno de esos ceros, el medio entre contactos recupere su rigidez dieléctrica más rápido de lo que crece la tensión transitoria de restablecimiento (TTR). Si lo logra, la corriente queda interrumpida.
Cada tecnología consigue esa recuperación de una manera distinta.
| Nivel | Medio | Cómo se recupera la rigidez |
|---|---|---|
| Baja tensión | Aire, en una cámara con placas metálicas | Las placas dividen el arco en arcos cortos en serie y lo enfrían; la tensión de arco se opone a la de la red |
| Media tensión | Vacío (también hay SF6 de soplado) | En el cero de corriente el vapor metálico se condensa y la rigidez se recupera en microsegundos |
| Alta tensión | SF6 con soplado o autosoplado | El gas a presión fluye por la tobera y enfría el arco cerca del cero |
| Extra alta tensión | SF6, con varias cámaras en serie por polo | Igual que en alta tensión; los condensadores de gradación reparten la tensión entre las cámaras |
Diferencias por nivel de tensión
Baja tensión: cámara de arco en aire
El arco se desplaza hacia una cámara con placas metálicas (separadores) que lo dividen en varios arcos cortos en serie y lo enfrían. La tensión de arco crece hasta oponerse a la de la red, y la corriente se limita y se extingue. En los interruptores limitadores el corte es tan rápido que la corriente no alcanza su pico. Más detalles en la guía del interruptor de baja tensión.
Media tensión: botella de vacío
La botella es un recipiente cerámico al vacío, con un contacto fijo, uno móvil unido a un fuelle metálico y una pantalla que recoge el vapor metálico. El arco se forma solo con el vapor del material de contacto (cobre-cromo). Con corriente nominal el arco es difuso; con corrientes altas tiende a contraerse, y la geometría de los contactos crea un campo magnético que lo hace girar (campo radial) o lo mantiene difuso (campo axial) para repartir el calor. En el cero de corriente el vapor se condensa y la rigidez se recupera en microsegundos. Ver el interruptor de media tensión en vacío.
En media tensión también existen interruptores de SF6 de soplado: un pistón unido al contacto móvil comprime el gas y lo inyecta por una tobera aislante sobre el arco.
Alta tensión: SF6 con soplado o autosoplado
- Soplado (puffer): el pistón comprime el SF6 durante la apertura y lo sopla por la tobera. El mecanismo pone toda la energía.
- Autosoplado o autocompresión: el calor del arco presuriza un volumen de gas que, cerca del cero, fluye por la tobera y lo enfría. Muchos diseños combinan un pistón pequeño para corrientes bajas con el autosoplado para corrientes altas, lo que permite mecanismos de baja energía.
Algunos fabricantes ya ofrecen en alta tensión cámaras de vacío con aire limpio como alternativa al SF6.
Extra alta tensión: varias cámaras en serie
En 550 kV un fabricante usa dos cámaras de autosoplado por polo, y en 800 kV, cuatro. Para que la tensión se reparta por igual entre ellas se instalan condensadores de gradación en paralelo con cada cámara. Las resistencias de preinserción, cuando se usan, reducen las sobretensiones de cierre. Ver el interruptor de extra alta tensión.
Datos nominales
La cámara define los datos de corte de la placa según IEC 62271-100: tensión asignada, corriente de corte en cortocircuito, poder de cierre, factor de primer polo, clase de maniobra de corrientes capacitivas (C1 o C2) y, en media tensión, clase de durabilidad eléctrica (E1 o E2). También fija la presión o densidad mínima de SF6 con la que se garantizan esos datos.
Cableado con protección y control
La cámara no tiene cableado propio, pero su estado llega al control por varios caminos: el monitor de densidad de SF6, que bloquea el interruptor si falta gas; los contadores de maniobras; y las funciones de desgaste que acumulan la corriente interrumpida. En IEC 61850, el nodo de supervisión del interruptor (SCBR) tiene datos de desgaste acumulado de contactos con niveles de advertencia y alarma.
Fallas y qué revisar primero
- Resistencia de contactos alta: contactos principales gastados o mal asentados; compare con fábrica y entre polos.
- Botella de vacío con pérdida de vacío: falla la prueba de tensión entre contactos abiertos; se reemplaza la botella.
- Desgaste de contactos de arco en SF6: muchas interrupciones de falla; evalúe con el contador de corriente acumulada y con la resistencia dinámica cuando el fabricante la recomiende.
- Productos de descomposición en el SF6: arcos repetidos o internos; analice el gas.
- Reencendidos al desconectar condensadores o reactores: revise la clase del interruptor para esa maniobra y, si aplica, la maniobra controlada.
Pruebas y mantenimiento
En las pruebas de interruptores de potencia la cámara se evalúa con resistencia de contactos (estática y, si se pide, dinámica), integridad del vacío en media tensión, análisis del gas (humedad, pureza y productos de descomposición) en SF6, y la medición del desgaste según el método del fabricante. El sobrerrecorrido de los contactos de vacío debe ser mayor que la erosión prevista en toda la vida útil, y su control es parte del mantenimiento.
Pruebas y configuración con Tiza Group
En Tiza Group probamos interruptores de vacío y de SF6 en sitio, desde la resistencia de contactos hasta el análisis del gas: cuéntenos qué equipo tiene. Si quiere aprovechar las funciones de desgaste y supervisión del interruptor en su relé o controlador, hacemos la configuración remota de relés.
Referencias
- IEC 62271-100, Interruptores automáticos de corriente alterna.
- IEC 62146-1, Condensadores de gradación para interruptores de alta tensión.
- IEC 60947-2, Aparamenta de baja tensión: interruptores automáticos.
- IEC 60480, Especificación para la reutilización del SF6 y sus mezclas.
- IEC 61850-7-4, Clases de nodos lógicos compatibles (SCBR).
Preguntas frecuentes
¿Por qué el interruptor interrumpe en el cero de corriente?
Porque en corriente alterna la corriente pasa por cero dos veces por ciclo y en ese instante el arco tiene la menor energía. La cámara aprovecha ese momento: si el medio entre contactos recupera su rigidez más rápido de lo que crece la tensión transitoria de restablecimiento, el arco no vuelve a encenderse y la corriente queda interrumpida.
¿Cómo sé si los contactos de una botella de vacío están gastados?
El manual del fabricante indica cómo medirlo, normalmente por la reducción del sobrerrecorrido del contacto móvil a medida que los contactos se erosionan; cuando llega al límite, la botella se cambia. Además, algunos relés y monitores acumulan la corriente interrumpida en cada apertura para estimar el desgaste.
¿La cámara de una botella de vacío se puede abrir para mantenimiento?
No. La botella es un recipiente sellado al vacío de por vida. Se verifica su integridad con una prueba de tensión entre contactos abiertos y se reemplaza completa cuando falla esa prueba o se alcanza el límite de desgaste.