Prueba de tiempos de operación de interruptores: qué mide

Respuesta corta

La prueba de tiempos de operación mide cuánto tarda un interruptor en abrir y cerrar desde que recibe la orden, y qué tan juntos operan sus tres polos. Revela mecanismos lentos, bobinas débiles y polos desajustados. Un interruptor lento alarga el despeje de la falla aunque el relé haya disparado a tiempo.

Qué es la prueba de tiempos de operación

La prueba de tiempos de operación registra, con un analizador de interruptores, el momento en que cada contacto cambia de estado después de una orden de cierre o de apertura. El analizador envía la orden a la bobina, mide el tiempo de cada polo y, en interruptores de extra alta tensión con varias cámaras, el de cada cámara del mismo polo. Al mismo tiempo puede registrar la corriente de las bobinas y los contactos auxiliares.

Es una de las pruebas centrales de las pruebas de interruptores de potencia, porque el interruptor es el último eslabón de la protección: el relé decide en milisegundos, pero la falla se despeja solo cuando los contactos se separan y el arco se apaga.

Qué mide y qué defecto detecta

IEC 62271-100 define las magnitudes de tiempo del interruptor, tomadas del Vocabulario Electrotécnico Internacional (IEV 441-17). Las que se miden en campo son:

Tiempo de apertura: desde que se energiza la bobina de disparo hasta que se separan los contactos de arco en todos los polos.
Tiempo de cierre: desde el inicio de la maniobra de cierre, en la práctica la energización del circuito de cierre, hasta que los contactos se tocan en todos los polos.
Tiempo de cierre-apertura (CO): en un cierre seguido de apertura, el intervalo desde que los contactos se tocan en el primer polo hasta que los contactos de arco se separan en todos los polos (IEV 441-17-42). Es lo que vive el interruptor cuando cierra sobre una falla y la protección lo dispara de inmediato.
Simultaneidad entre polos y, en interruptores de varias cámaras, entre cámaras del mismo polo.
Rebote de los contactos al cerrar.
Contactos auxiliares (52a y 52b): cuándo cambian respecto de los principales. De eso dependen el antibombeo, la discrepancia de polos y la lógica de la protección de falla de interruptor 50BF.
Corriente de bobina: la forma de la curva muestra el movimiento del núcleo y el instante en que se libera el retén del mecanismo. Lo explicamos en la guía de bobinas de disparo y de cierre.

Con esos datos se detectan mecanismos lentos por lubricación endurecida o fricción, resortes debilitados, bobinas o retenes con desgaste, polos desajustados, contactos auxiliares mal calibrados y resistencias de preinserción que no entran a tiempo. La causa exacta de un tiempo anormal se aclara con la prueba de recorrido y velocidad de contactos, que muestra cómo se mueve el mecanismo.

En mantenimiento se mide además el primer disparo: la primera apertura después de un período largo sin maniobras, antes de cualquier otra operación.

A qué equipos y niveles aplica

Nivel	Equipos	Fábrica	Puesta en servicio	Mantenimiento
BT	Interruptores de bastidor abierto con mando	Según la norma del equipo	Tiempos y funcionales, según el fabricante	Ocasional
MT	Interruptores de vacío o SF6 en celdas, reconectadores, contactores	Ensayo mecánico de rutina	Sí	Sí
AT	Interruptores de tanque vivo y muerto, interruptores GIS	Ensayo mecánico de rutina	Sí	Sí, con primer disparo
EAT	Interruptores de varias cámaras, mando monopolar, resistencias de preinserción	Ensayo mecánico de rutina	Sí, por cámara	Sí, con primer disparo

En extra alta tensión pesa más la simultaneidad entre cámaras y la entrada de las resistencias de preinserción; ver interruptor de extra alta tensión.

En interruptores GIS

En una GIS los terminales del interruptor están dentro de la envolvente y no se pueden tocar: los canales de tiempo y la inyección de corriente llegan a los contactos a través de las cuchillas de puesta a tierra de cada lado del interruptor. Trabajar con las dos cuchillas cerradas es la condición más segura, pero entonces el lazo de tierra queda en paralelo con el contacto y el analizador puede no ver el cambio de estado. Para esa condición existen técnicas de medición con ambos lados a tierra, por ejemplo con un sensor que detecta la corriente del lazo, o se retira el puente de tierra desmontable de un lado si el diseño y el procedimiento de seguridad lo permiten. La resistencia de contactos medida por el mismo camino se explica en la prueba de resistencia de contactos.

En la puesta en servicio de un interruptor GIS, la prueba de tiempos se hace después del llenado de gas, con la densidad de SF6 en su valor nominal, y antes de la prueba de tensión en sitio. A los tiempos se suman tres verificaciones del control que dependen del mismo mecanismo:

Tensión mínima de operación: que la bobina de cierre opere dentro del rango de IEC 62271-1 (desde el 85 % de la tensión nominal de alimentación) y la de apertura en corriente continua desde el 70 %. Una bobina que solo opera con la tensión plena falla justo cuando el banco de baterías está bajo.
Antibombeo: con una orden de cierre sostenida y una apertura, el interruptor abre y no vuelve a cerrar hasta que se retira y se repite la orden de cierre. Se prueba en mando local y remoto.
Bloqueos y supervisión: alarma y bloqueo por baja densidad de SF6, supervisión de los circuitos de disparo, discrepancia de polos y enclavamientos con los seccionadores de la bahía.

En mantenimiento, la prueba se repite por número de maniobras, por tiempo en servicio o después de interrumpir fallas importantes, y se compara con la línea base de la puesta en servicio.

Dónde no aplica, o aplica distinto: en seccionadores y cuchillas de puesta a tierra no se habla de tiempos de interrupción; su maniobra dura segundos y lo que se verifica es que completen el recorrido y que los contactos auxiliares cambien al final. En interruptores de caja moldeada de baja tensión lo que se prueba es la unidad de disparo con inyección de corriente, no un tiempo de mecanismo con analizador. Y en interruptores con maniobra controlada, los polos operan desfasados a propósito: la referencia es el ajuste del controlador, no la simultaneidad.

Norma y criterios

IEC 62271-100 define las magnitudes de tiempo y tiene un requisito de simultaneidad de polos durante el cierre y la apertura, además de la secuencia nominal de maniobra, por ejemplo O–0,3 s–CO–3 min–CO para interruptores con recierre rápido. IEEE C37.09 establece los procedimientos de prueba de interruptores en la práctica norteamericana. IEC 62271-1 fija los rangos de operación de los disparadores: el de cierre debe operar entre el 85 % y el 110 % de la tensión nominal de alimentación, y el de apertura en corriente continua entre el 70 % y el 110 %.

Los criterios de campo son:

Valores del fabricante: cada modelo tiene sus rangos de tiempo de apertura, cierre y diferencia entre polos.
Línea base: los tiempos de puesta en servicio son la referencia para el mantenimiento. Un aumento sostenido indica un mecanismo que se está degradando.
Comparación entre polos y con interruptores iguales.
Coordinación con la protección: el tiempo real de apertura debe ser compatible con los tiempos que asumió el estudio y con el ajuste de la 50BF.

Qué puede falsear el resultado

Tensión de control distinta de la nominal: el tiempo cambia con la tensión de la bobina. Registre la tensión en cada maniobra.
Orden enviada desde un relé o un tablero en lugar de directo a la bobina: se suman los tiempos de relés auxiliares.
Temperatura ambiente y del mecanismo.
Maniobrar antes de medir el primer disparo.
Ambos lados a tierra: con las cuchillas de tierra cerradas, el lazo de tierra enmascara el cambio de estado del contacto si no se usa un método preparado para esa condición.
Condensadores de gradación y resistencias de preinserción en paralelo con las cámaras, que el analizador puede leer como contacto cerrado.
Tensiones inducidas en subestaciones al aire.

Qué hacer si sale mal

Se repite la maniobra a tensión nominal y directo a las bobinas para descartar la medición, y se revisa la resistencia de contactos si hubo intervención en los polos. Si persiste, se analiza la curva de corriente de bobina y la curva de recorrido para ubicar la causa: bobina, retén, resortes, amortiguador o fricción. El mantenimiento del mecanismo sigue el manual del fabricante, y luego se repiten los tiempos para dejar una nueva línea base. Un interruptor fuera de tiempos no debe quedar en servicio sin revisar el efecto sobre la coordinación de protecciones.

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Guías relacionadas

Referencias

IEC 62271-100:2021, High-voltage switchgear and controlgear – Part 100: Alternating-current circuit-breakers.
IEC 62271-1:2017, High-voltage switchgear and controlgear – Part 1: Common specifications for alternating current switchgear and controlgear.
IEC 60050-441, International Electrotechnical Vocabulary – Part 441: Switchgear, controlgear and fuses (sección 441-17, magnitudes de tiempo).
IEEE Std C37.09, IEEE Standard Test Procedure for AC High-Voltage Circuit Breakers Rated on a Symmetrical Current Basis.
ANSI/NETA MTS, Standard for Maintenance Testing Specifications for Electrical Power Equipment and Systems.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el tiempo de apertura de un interruptor?

Es el intervalo entre el instante en que se energiza la bobina de disparo y el instante en que se separan los contactos de arco en todos los polos. El tiempo de corte suma a ese valor el tiempo de arco hasta la extinción.

¿Por qué se mide el primer disparo antes de cualquier otra maniobra?

Porque un interruptor que pasó mucho tiempo sin operar puede tener la lubricación endurecida. La primera apertura sale lenta y las siguientes ya salen normales, así que si se maniobra antes de medir se pierde justo el dato que importa.

¿Cuánta diferencia de tiempo se acepta entre los polos de un interruptor?

La que declare el fabricante. IEC 62271-100 tiene un requisito de simultaneidad de polos para cierre y apertura que sirve de referencia cuando no hay otro valor. En interruptores de mando monopolar para maniobra controlada, la diferencia entre polos es intencional.