Al desconectar un reactor en derivación, el interruptor puede cortar la corriente antes de su cruce natural por cero. La energía del reactor sube la tensión del lado de carga, y un reencendido puede repetir el proceso. IEC 62271-110 fija el circuito de ensayo, qué se mide y cuándo el interruptor se da por aprobado.
Respuesta corta
Un reactor en derivación absorbe potencia reactiva y se conecta y desconecta con el interruptor. Al abrir, el interruptor interrumpe una corriente inductiva pequeña. IEC 62271-110, edición 2012, la trata como un servicio propio, distinto del corte de cortocircuitos, porque el reto no es la magnitud de la corriente sino las sobretensiones que el corte puede producir. La norma aplica a interruptores de corriente alterna de 50 y 60 Hz en sistemas de más de 1 000 V, y la prueba de reactores del apartado 6.114 es para reactores conectados directamente al interruptor, sin transformador intermedio.
Qué pasa al desconectar un reactor
La norma define los términos que describen el fenómeno:
- Corte de corriente (current chopping). Interrupción brusca en un punto de la onda distinto del cruce natural por cero de la corriente del circuito (definición 3.103).
- Nivel de corte. Valor máximo registrado de la corriente cortada, en un circuito dado, a la tensión asignada y en condiciones normales de operación (3.106).
- Oscilación del lado de carga. Oscilación de la red desconectada después del corte o del cruce natural por cero (3.107).
- Pico de supresión. Primer pico de la tensión transitoria a tierra en el lado de carga del interruptor (3.108).
- Reencendido. Reanudación de la corriente entre los contactos durante la apertura, con un intervalo sin corriente menor a un cuarto de ciclo de la frecuencia industrial (3.111).
La secuencia física es la siguiente. Si el interruptor corta la corriente antes de que llegue a cero, el reactor conserva energía magnética. Esa energía se transfiere a la capacitancia del lado de carga y la tensión sube con una oscilación: el primer pico es el pico de supresión. Mientras tanto, la tensión entre los contactos aumenta con la recuperación y, si la separación todavía es pequeña, el espacio entre contactos puede ceder y la corriente reaparece. Eso es el reencendido, y puede repetirse y generar un transitorio de alta frecuencia.
Qué ensayo pide la norma
El apartado 6.114 define pruebas de tipo con circuitos normalizados que representan casos de servicio con una tensión transitoria de restablecimiento relativamente severa. Los puntos principales son estos:
- Circuitos de servicio. Hay cuatro configuraciones posibles, según el interruptor esté en el lado de la fuente o en el lado neutro del reactor y según el neutro del reactor esté aislado o a tierra. El interruptor del lado neutro solo se considera a tensiones asignadas de 52 kV o menos.
- Resultados limitados. Un cambio pequeño en los parámetros del circuito puede cambiar mucho la severidad, así que los resultados de una serie de ensayos no se aplican sin más a otras condiciones. Los resultados de campo solo valen para interruptores en circuitos similares.
- Tensión de ensayo. En ensayos trifásicos, lo más cercana posible a la tensión asignada del interruptor.
- Secuencias. Tres secuencias trifásicas o cuatro monofásicas, con los instantes de disparo repartidos a lo largo de la onda. La secuencia 4 se hace a la presión mínima funcional para interrupción y aislamiento; en interruptores de gas, este requisito aplica solo a esa secuencia.
- Corriente de ensayo. La corriente de las secuencias 2, 3 y 4 es la corriente mínima de maniobra de reactor. Si el interruptor va a maniobrar corrientes menores, el ensayo se ajusta al límite inferior del rango real, porque a menor corriente el servicio es más severo para el interruptor.
Los instantes de apertura se reparten a intervalos de aproximadamente 9 grados eléctricos en ensayos trifásicos y 18 grados en monofásicos. Es una forma de recorrer toda la onda y encontrar el peor caso.
Qué se mide
Durante el ensayo se registran, con ancho de banda y resolución de tiempo suficientes:
- La tensión de la fuente a tierra.
- La tensión entre los bornes del interruptor.
- La tensión del lado de carga a tierra, en el borne del reactor.
- La tensión del neutro, en ensayos trifásicos.
- La corriente por el interruptor.
El informe evalúa en cada ensayo:
| Magnitud | Qué es |
|---|---|
| uma | Pico de supresión: tensión a tierra en el lado de carga |
| uin | Tensión inicial, en el instante del corte |
| umr | Pico de tensión a tierra del lado de carga, si supera a uma |
| Tiempo de arco | Duración del arco antes de interrumpir |
La norma recuerda que la aplicación de los resultados para predecir sobretensiones en una instalación real se trata en IEC TR 62271-306.
Cuándo el interruptor aprueba
El apartado 6.114.11 da dos criterios:
- El interruptor interrumpe la corriente con, a lo sumo, un reencendido que conduzca otro lazo de corriente a frecuencia industrial. Se aplica a los tres polos en ensayos trifásicos. Varios reencendidos de alta frecuencia en un mismo cruce por cero cuentan como uno solo.
- La inspección visual muestra que los reencendidos ocurrieron solo entre los contactos de arco, sin perforación, descarga superficial ni trazas permanentes en los aislantes internos. El desgaste de las partes de la cámara expuestas al arco se admite si no reduce la capacidad de corte. En interruptores sellados de por vida no hay inspección visual: se hace la prueba de condición dieléctrica de IEC 62271-100.
Relación con la maniobra controlada
Los ensayos sirven también para determinar las zonas libres de reencendido. La norma señala que el propósito del ensayo de tipo incluye determinar esas zonas «para fines de maniobra controlada» y advierte tener precaución al aplicar los resultados a corrientes mayores que las ensayadas. Si se demuestra una ventana de arco sin reencendido, el parámetro de tiempo de la tensión de restablecimiento puede ajustarse a las condiciones reales de servicio.
Con la maniobra controlada (point-on-wave), el relé o el controlador elige el instante de apertura para que el tiempo de arco quede dentro de esa ventana. La selección se evalúa con la frecuencia real del sistema.
Qué comparar al seleccionar el interruptor
La cláusula 8 de la norma pide comparar los resultados con lo que se especificó:
- Si se fijaron valores máximos de sobretensión, las sobretensiones calculadas con los datos del ensayo deben compararse con ellos.
- Si se especificó una ventana de arco sin reencendido, la medida en el ensayo debe ser igual o mayor.
La norma agrega que el nivel de aislamiento de la aparamenta puede necesitar un valor mayor que el normal en casos de sobretensiones de corte altas, con reactor de neutro o con neutro aislado del reactor (apartado 4.2).
El reactor que se maniobra y sus valores asignados están en reactor en derivación: valores asignados y ensayos, y sus protecciones en protección de reactor en derivación. La maniobra de bancos de condensadores, el caso capacitivo, se trata en clases C1 y C2 para corrientes capacitivas, y la TRV en tensión transitoria de restablecimiento (TRV).
El mapa de normas para pruebas a equipos primarios ubica esta parte entre las demás de IEC 62271.
Qué no hacer
- No dé por válido un ensayo de otro circuito: la severidad cambia con pequeñas diferencias en las inductancias y capacitancias.
- No use un interruptor sin ensayo de maniobra de reactores para este servicio solo porque tiene buena capacidad de corte de cortocircuito.
- No extienda un ensayo a corrientes mayores sin revisar las condiciones: para tensiones asignadas de 52 kV y más, el ensayo vale para aplicaciones hasta 150 % de la corriente ensayada.
- No confunda esta maniobra con la protección del reactor: la protección se trata aparte.
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Referencias
- IEC 62271-110, High-voltage switchgear and controlgear - Part 110: Inductive load switching, edición de 2012, apartados 1.1, 3.103 a 3.111, 4.2, 6.1, 6.114 (6.114.1 a 6.114.12) y cláusula 8.
Preguntas frecuentes
¿Un interruptor normal tiene valor asignado para maniobrar reactores?
No de forma habitual. La norma indica que los interruptores no suelen tener valores asignados de maniobra de carga inductiva, pero los que se apliquen a este fin deben cumplir los requisitos de IEC 62271-110, que se verifican con ensayos de tipo.
¿Qué criterio debe cumplir el interruptor en el ensayo con reactor?
Debe interrumpir la corriente con, a lo sumo, un reencendido que lleve a otro lazo de corriente a frecuencia industrial, en los tres polos si el ensayo es trifásico. Además, la inspección debe mostrar que los reencendidos ocurrieron solo entre los contactos de arco, sin perforación, descarga superficial ni trazas permanentes en los aislantes internos.
¿La norma cubre también la desconexión de un transformador en vacío?
No. Su alcance excluye la corriente de magnetización de un transformador porque el núcleo es no lineal y no se puede reproducir con componentes lineales en un laboratorio. Esa maniobra puede causar sobretensiones severas en el devanado según el reencendido del interruptor.