Interruptor de potencia: partes, funciones y pruebas

Respuesta corta

El interruptor de potencia es el equipo que abre y cierra un circuito con carga y, sobre todo, interrumpe las corrientes de cortocircuito cuando la protección se lo ordena. Extingue el arco en un medio aislante, como SF6 o vacío, en el paso por cero de la corriente. Sin un interruptor que opere bien, ningún relé despeja una falla.

Qué es un interruptor de potencia

El interruptor de potencia es un equipo de maniobra capaz de establecer, conducir e interrumpir corrientes en condiciones normales del circuito, y también de establecer, conducir durante un tiempo especificado e interrumpir corrientes en condiciones anormales, como un cortocircuito. Esa última capacidad es la que lo distingue de un seccionador: el interruptor sí corta la corriente de falla.

En una subestación, el interruptor es el actuador final del sistema de protección. El relé detecta la falla y decide; el interruptor la despeja. Por eso se dice que un sistema de protección es tan confiable como su interruptor y su circuito de disparo.

Partes principales

Polos y cámara de interrupción. Cada fase tiene su cámara con contactos principales, que conducen la corriente en servicio, y contactos de arco, que reciben el desgaste de la interrupción.
Medio de extinción. En alta y extra alta tensión predomina el SF6; en media tensión, el vacío. Existen equipos antiguos en aceite o aire comprimido, y hoy se instalan alternativas sin SF6 con mezclas de gases o aire seco combinadas con vacío.
Mecanismo de operación. Almacena la energía para abrir y cerrar: de resortes, hidráulico, neumático o hidráulico con resortes. Un motor recarga la energía después de cada cierre.
Bobinas de cierre y disparo. En alta tensión es habitual tener dos bobinas de disparo por polo o por interruptor, alimentadas desde circuitos de corriente continua separados.
Gabinete de control. Contiene los contactos auxiliares (52a y 52b), la lógica antibombeo, la discrepancia de polos, el contador de operaciones, la calefacción y la supervisión de densidad del gas con sus niveles de alarma y bloqueo.
Aislamiento externo. Columnas de porcelana o compuesto polimérico, o bujes en los equipos de tanque muerto.
Accesorios de extra alta tensión. Condensadores de gradación en interruptores de varias cámaras, resistencias de preinserción y mando sincronizado para limitar sobretensiones al maniobrar líneas, bancos de condensadores, reactores o transformadores.

Cómo funciona

Al llegar la orden de disparo, la bobina libera el mecanismo y la energía almacenada separa los contactos. Entre ellos se forma un arco que sigue conduciendo hasta el siguiente paso por cero de la corriente alterna. En ese instante el medio de extinción debe recuperar su rigidez dieléctrica más rápido de lo que crece la tensión transitoria de restablecimiento (TTR) entre los contactos. Si lo logra, la corriente queda interrumpida; si no, el arco se reenciende.

Cómo interrumpe la corriente un interruptor de potencia

01Orden de disparoLa bobina libera el mecanismo
02Separación de contactosLa energía almacenada separa los contactos y entre ellos se forma un arco
03Paso por ceroEl arco sigue conduciendo hasta el siguiente paso por cero de la corriente alterna
04Recuperación dieléctricaEl medio de extinción debe recuperar su rigidez más rápido de lo que crece la TTR; si no lo logra, el arco se reenciende

En los interruptores de SF6, el gas se comprime o se calienta con la energía del propio arco y se sopla sobre él para enfriarlo. En los de vacío, el arco se sostiene con vapor metálico de los contactos, que se condensa casi de inmediato en el cero de corriente.

El interruptor se especifica con una secuencia nominal de maniobra. IEC 62271-100 define, para equipos con recierre rápido, la secuencia O–0,3 s–CO–3 min–CO. Que el mecanismo tenga energía para esa secuencia es lo que permite el recierre automático.

Tipos

Extra alta y alta tensión: SF6 de tanque vivo o tanque muerto, con mando monopolar cuando se requiere recierre monofásico en líneas de transmisión. Dentro de subestaciones encapsuladas, el interruptor va en el módulo GIS.
Media tensión: interruptores de vacío, casi siempre extraíbles dentro de celdas metálicas, o fijos en reconectadores y subestaciones de distribución.
Industria y baja tensión: además de los interruptores de vacío en celdas de media tensión, se usan interruptores de bastidor abierto y de caja moldeada con unidad de disparo propia (IEC 60947-2). Para motores de media tensión con muchas maniobras se prefiere el contactor de vacío con fusibles.

Protecciones asociadas

El interruptor recibe disparos de casi todas las protecciones de la bahía, pero algunas funciones existen para vigilarlo a él:

Falla de interruptor 50BF: si el interruptor no despeja dentro de un tiempo, dispara los interruptores adyacentes.
Recierre automático 79: vuelve a cerrar después de fallas transitorias, si el mecanismo tiene energía y el interruptor está disponible.
Verificación de sincronismo 25: permite el cierre solo si las tensiones a ambos lados son compatibles.
Discrepancia de polos, supervisión del circuito de disparo y bloqueos por baja densidad de gas o baja presión del mecanismo.

Pruebas en la puesta en servicio y el mantenimiento

Las pruebas de interruptores de potencia verifican el estado mecánico, eléctrico y dieléctrico:

Resistencia de contactos con micro-ohmímetro y corriente continua alta.
Tiempos de operación: apertura, cierre, cierre-apertura y simultaneidad entre polos y entre cámaras del mismo polo.
Recorrido y velocidad de contactos, cuando el fabricante entrega la curva de referencia.
Resistencia dinámica, para evaluar el estado de los contactos de arco sin abrir la cámara.
Corriente de bobinas y tensión mínima de operación de las bobinas de cierre y disparo.
Resistencia de aislamiento y, en tanque muerto o con condensadores de gradación, capacitancia y factor de disipación.
Gas SF6: humedad, pureza, productos de descomposición y verificación de fugas.
Funcionales del mando: antibombeo, discrepancia de polos, bloqueos y alarmas, recarga del motor.
Primer disparo en mantenimiento, antes de cualquier otra maniobra.

Los criterios de aceptación salen de los protocolos de fábrica del propio equipo y de la tendencia frente a mediciones anteriores, no de un valor universal.

Fallas comunes

Mecanismos lentos o trabados por lubricación endurecida, corrosión o resortes fatigados.
Bobinas quemadas porque un contacto auxiliar no cortó la corriente después de la maniobra.
Fugas de SF6 que terminan en alarma y bloqueo del interruptor.
Desgaste de contactos de arco después de muchas interrupciones de falla.
Contactos auxiliares desajustados, que entregan una posición falsa al relé, al controlador de bahía y al SCADA.
Motor de carga que no recarga el resorte y deja el interruptor sin capacidad de recierre.
Humedad y calefacción dañada en el gabinete de control.

Pruebas y puesta en servicio con Tiza Group

En Tiza Group probamos y ponemos en servicio interruptores de media, alta y extra alta tensión en subestaciones e industria: pruebas de tiempos, contactos, gas y mando, y verificación del circuito de disparo con las protecciones. Cuéntenos qué equipo tiene y le proponemos un plan.

Guías relacionadas

Referencias

IEC 62271-1, Equipos de alta tensión: especificaciones comunes.
IEC 62271-100, Interruptores automáticos de corriente alterna.
IEC 62271-4, Manipulación del SF6 y sus mezclas.
IEC 60947-2, Interruptores automáticos de baja tensión.
IEEE C37.04 e IEEE C37.09, especificación y pruebas de interruptores de alta tensión.
IEEE C37.2, Números de función de dispositivos.
Blackburn y Domin, Protective Relaying: Principles and Applications.

Preguntas frecuentes

¿Por qué un interruptor no abrió aunque el relé dio la orden de disparo?

Las causas más comunes son una bobina de disparo abierta o quemada, un circuito de disparo interrumpido, un bloqueo por baja densidad de SF6 o un mecanismo trabado por falta de mantenimiento. Para esos casos existe la protección de falla de interruptor 50BF.

¿Qué es la prueba de primer disparo de un interruptor?

Es medir el tiempo de la primera apertura después de un período largo sin maniobras, antes de cualquier operación de prueba. Revela mecanismos con lubricación endurecida que luego se 'sueltan' y dan tiempos normales en las maniobras siguientes.

¿Cuál es la diferencia entre un interruptor de tanque vivo y uno de tanque muerto?

En el de tanque vivo la cámara de interrupción está a potencial de línea, sobre columnas aislantes. En el de tanque muerto la cámara va dentro de un tanque metálico puesto a tierra, con bujes de entrada y salida que suelen alojar transformadores de corriente.