REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO SANTIAGO MARIO EXTENSION MATURIN ESCUELA DE ING. ELCTRICA

INTERRUPTORES DE POTENCIA, RECONECTADORES Y SECCIONADORES

FACILITADOR: ING. CARLOS VASQUEZ.

AUTORES: LOPEZ MIGUEL C.I 17.548.742 SANCHEZ RAULC.I 17.546.896

MATURIN, JULIO DE 2.011.

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCION INTERRUPTOR DE POTENCIA CICLO DE TRABAJO INTERRUPTOR EN GRAN VOLUMEN DE ACEITE INTERRUPTOR EN PEQUEO VOLUMEN DE ACEITE INTERRUPTOR EN VACIO INTERRUPTOR EN GAS SF6 TABLA DE CAPACIDADES DE INTERRUPTORES Y TIEMPO DE INTERRUPCION RECONECTADORES DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO DEL RECONECTADOR

SECCIONADORES CARACTERISTICAS CONSTRUCTIVAS GENERALES TIPOS DE SECCIONADORES

CONCLUSIONES ANEXO BIBLIOGRAFIA

Introduccin Desde que la demanda de energa elctrica comenz a ser mayor, las industrias productoras de energa elctrica se vieron en la necesidad de disear equipos y sistemas que permitieran que el suministro de energa fuera constante y seguro. La seguridad deba ser no solo para garantizar el suministro de energa sino tambin para proteger los equipos de los usuarios de eventuales descargas elctricas o sobre corrientes, las cuales podan durar desde unos cuantos ciclos hasta algunos segundos, de ah proviene el avance que las industria de la energa elctrica ha desarrollado dispositivos para monitorear, controlar y corregir fallas en los sistemas. Estos avances abarcan la creacin de dispositivos de proteccin de sistemas como lo son interruptores, seccionadores, reconectadores, que cumplen la finalidad de aislar circuitos en presencia de fallas cada uno con mecanismos y rangos de operacin distintos, que van a depender de los niveles de tensin en los que se requiera su empleo. Cada uno de estos dispositivos ocupa un lugar importante dentro de un sistema elctrico, debindose as conocer su correcto modo de operacin, su construccin y su tiempo de vida til a fin de optimizar el suministro de energa y hacer las operaciones ms seguras, tanto para equipos como para capital humano.

Interruptor de potencia El interruptor de potencia es el dispositivo encargado de desconectar una carga o una parte del sistema elctrico, tanto en condiciones de operacin normal (mxima carga o en vaco) como en condicin de cortocircuito. La operacin de un interruptor puede ser manual o accionada por la seal de un rel encargado de vigilar la correcta operacin del sistema elctrico, donde est conectado. Los interruptores de potencia pueden ser de tipo monopolares y tripolares, los interruptores monopolares son aquellos en los que cada fase cuenta con su tanque son capaces de interrumpir corriente en una fase, es decir; un interruptor por fase; por otro lado los tripolares son interruptores que cuentan con una sola evolvente (un solo tanque para las tres fases) permiten conexin trifsicas, es decir un solo interruptor puede ser usado para interrumpir el paso de corrientes de falla o cortocircuito en un sistema trifsico. Por lo general estos interruptores son diseados para tensiones desde 115 kV hasta 800kV y las capacidades de interrupcin pueden llegar hasta los 80 kA, pueden despejar fallas hasta en dos ciclos, empleando una resistencia limitadora para restringir las sobretensiones generadas por esta velocidad de operacin. Existe otra clasificacin u otros tipos de interruptores entre los que se encuentran tambin los interruptores de tanque vivo y tanque muerto. Los interruptores de tanque muerto son aquellos en los que el tanque y sus componentes estn al potencial de tierra y las conexiones a la carga y la fuente externa se hacen por medio de boquillas convencionales. Por otro lado los interruptores de tanque vivo son aquellos en los que partes metlicas y de porcelana que contienen el mecanismo de interrupcin se encuentran montadas sobre columnas de porcelana aislante, es decir se encuentran al potencial de la lnea Ciclo de trabajo de los interruptores de potencia El ciclo de trabajo de un interruptor consiste en una serie de operaciones (interrupciones) de apertura y cierre, o ambas a la vez, con el objeto de revisar su funcionamiento y someterlo a las condiciones de operacin. El ciclo de trabajo normalmente lo proporcionan los fabricantes con una designacin; Por ejemplo: Se designa

con A a la apertura C y al cierre. Una designacin de tipo A-3CA significa que el interruptor despus de una apertura A permanece tres minutos abierto y cierra de nuevo para abrirse inmediatamente. El nmero que se indica significa tiempo en minutos. En las designaciones estadounidenses se emplea la letra O para indicar apertura y C para cierre; as, la anterior designacin se expresara como O-3-CO. Interruptor en gran volumen de aceite Este tipo de interruptores fueron los primeros en emplearse en alta tensin y los primeros en utilizar el aceite como medio de extincin del arco elctrico. Al formarse el arco elctrico este genera un calentamiento del aceite produciendo as un gas que por diseo de su cmara lanza un chorro de aceite provocando el alargamiento del arco elctrico y su enfriamiento haciendo que la onda de corriente pase por cero, logrando as la extincin del mismo. Para tensiones y capacidades de ruptura altas cada polo del interruptor va en un tanque separado pero su mecanismo de accin de los tres polos lo realiza un mando comn. Cada polo cuenta con doble cmara interruptora, conectadas en serie para que as la tensin del arco sea distribuida entre ambas para facilitar la extincin del mismo. Se emplean resortes para lograr el incremento de la velocidad de interrupcin y amortiguadores para que el golpe al final del proceso no sea tan violento. Para su mantenimiento debe ser primero vaciado todo el aceite que contiene para la posterior apertura de las tapas que lo contienen. Interruptor en pequeo volumen de aceite Este tipo de interruptor tiene forma de columna y debido a su pequeo consumo de aceite son muy utilizados en tensiones de 230kV y 2500MVA de capacidad interruptora, son muy empleados para medianas tensiones y potencias, cabe destacar tambin que solo emplean un 5% de la capacidad de aceite del interruptor de gran volumen. El funcionamiento de este interruptor es el siguiente: 1. Al ocurrir una falla se desconecta el contacto mvil originndose un arco elctrico.

2. A medida que sale el contacto se va creando una circulacin de aceite entre las diferentes cmaras que constituyen el cuerpo. 3. Al alcanzar el contacto mvil si mxima carrera al aceite que circula violentamente extingue el arco por completo. 4. Los gases que producen escapan por la parte superior del interruptor. Estos interruptores se fabrican por lo general de tipo columna. Interruptores en vaco Son dispositivos llamados as porque sus contactos estn dentro de unas botellas especiales en las que se ha logrado un vaco casi absoluto y tienen la capacidad de abrir el circuito en un ciclo debido a la cercana de sus contactos y la pequea inercia generada entre ellos. El contacto fijo esta sellado con la cmara de vaco y por el otro lado entra el contacto mvil que se encuentra sellado en el otro extremo de la cmara, que se mueve por la accin de un fuelle que puede ser de una aleacin de latn. Al abrir los contactos dentro de la cmara de vaco no se produce ionizacin, por lo tanto no hace falta soplar el arco ni un material adicional que extinga el arco ya que despus del primer ciclo este se apaga al pasar por cero. Son muy utilizados para capacidades de 34.5kV. Este tipo de interruptor tiene como inconveniente que debido a su rapidez genera grandes sobre tensiones y a su vez rayos X, sumado a esto una prdida del vaco de la cmara (por defecto o accidente) puede permitir la entrada de aire a la misma, creando un arco que pueda explotarla. Interruptores en hexafloruro de azufre (SF6) El SF6 o hexafloruro de azufre es un gas inerte, muy estable cuya rigidez dielctrica es mucho mayor que la del aire a la misma presin, adems mantiene sus propiedades dielctricas a altas temperaturas, motivos por los que han sido muy usados en la construccin de equipos de alta tensin entre ellos los interruptores de potencia. Este tipo de interruptores se ha hecho de uso muy comn en subestaciones de alta tensin debido a su bajo costo de mantenimiento en comparacin con otros interruptores y su ventajosa forma de operacin. Actualmente se fabrica para tensiones de hasta 800kV y corrientes de corto circuito de hasta 63kA con dos cmaras de extincin por polo; aunque tambin

pueden ser con cmara sencilla 245kV-50kA, con cmara doble y una columna sencilla 245/550kV-63kA y con cuatro cmaras doble columna 800kV-63kA. El proceso de interrupcin de estos dispositivos empieza cuando los contactos dentro del mismo inician su movimiento de separacin para interrumpir el paso de la corriente, en este instante un pistn comprime el gas SF6 en la cmara de compresin, luego al formase el arco por medio de una boquilla es inyectado el gas a la cmara de extincin para as lograr disminuir la circulacin de corriente y enfriar el arco por conveccin; la inyeccin de gas sigue hasta que los contactos estn completamente separados. Tablas de capacidades de interruptores y tiempos de interrupcin Tensin nominal Valor eficaz (kV) Sistema Interruptor Corriente interruptora de cortocircuito (kA) 25 - 31,5 Tiempos de interrupcin Base: 60 Hz ciclos (ms) 3 (50)

Corrientes nominales (A) 1250 1600 2000 1250 1600 2000 1250 1250 1600 2000 2500 3150 1600 2000 2500 3150

115

123

138 161

145 170

20 - 31,5 20 31,5 31,5 40

3 (50) 3 (50)

230

245

3 (50)

400

420

31,5 - 40

3 (50)

Reconectadores El reconectador es un interruptor con reconexin automtica, instalado preferentemente en lneas de distribucin. Es un dispositivo de proteccin capaz de detectar una sobrecorriente, interrumpirla y reconectar automticamente para reenergizar la lnea. Est dotado de un control que le permite realizar varias reconexiones sucesivas, pudiendo adems, variar el intervalo y la secuencia de estas reconexiones. De esta manera, si la falla es de carcter permanente el reconectador abre en forma definitiva despus de cierto nmero programado de operaciones, de modo que asla la seccin en falla de la parte principal del sistema. La tarea principal de un reconectador entonces es discriminar entre una falla temporal y una de carcter permanente, dndole a la primera tiempo para que se aclare sola a travs de sucesivas reconexiones; si la condicin de falla sigue presente, el restaurador repite la secuencia cierre-apertura un nmero determinado de veces (por lo general son 4 como mximo). Despus de la cuarta operacin de apertura queda en posicin de abierto definitivamente. Cuando un reconectador detecta una situacin de falla, abre en un ciclo y medio. Esta rpida operacin de apertura disminuye la probabilidad de dao a los equipos instalados en el circuito en falla. Uno o uno y medio segundos despus, cierra sus contactos, energizando nuevamente el circuito. Despus de una, dos, y hasta tres operaciones rpidas el restaurador cambia a una operacin de caractersticas retardada, dando tiempo a que la falla sea despejada por el elemento de proteccin correspondiente instalado aguas abajo de la posicin del reconectador, si la falla es de carcter permanente. Descripcin del funcionamiento de un reconectador El mecanismo del reconectador ejecuta las operaciones de apertura y cierre de los contactos del interruptor al vaco en respuesta a las seales recibidas del control electrnico. La apertura de los contactos se inicia cuando se enva una seal elctrica al solenoide de disparo, el cual desplaza la traba basculante para soltar los resortes de disparo cargados. El cierre de los contactos se inicia cuando se enva una seal elctrica a un solenoide giratorio, el cual cierra el contactor de la bobina de cierre por medios mecnicos

para energizar la bobina de cierre de alto voltaje, la cual cierra los interruptores al vaco y carga los resortes de disparo. Cuando los contactos se cierran, los resortes de disparo estn completamente extendidos y el mecanismo est en la posicin de reposo (cerrado). Cuando se energiza el solenoide de disparo, su varilla desplaza la traba basculante para abrirla y permitir que los resortes de disparo desplacen la barra de contactos. Tan pronto se abre la traba basculante, los conjuntos de brazos de contactos giran sobres sus pivotes fijos y abren los contactos de los interruptores de modo instantneo. Durante el mismo movimiento, la palanca de disparo gira para cerrar la traba basculante. Este movimiento de la palanca de reposicin tambin saca el mbolo de la bobina de cierre. Al llegar a este punto el mecanismo se encuentra en la posicin abierta (disparado). Una seal enviada al solenoide giratorio cierra el contactor y energiza el solenoide de la bobina de cierre de alto voltaje. Conforme su mbolo se desplaza hacia el interior de la bobina, la palanca de reposicin es tirada hacia abajo y trabada, los contactos de los interruptores se cierran y los resortes de cierre se extienden (se cargan). El mecanismo entonces queda listo para ejecutar otra operacin de apertura. Los reconectadores pueden ser programados para un mximo de cuatro aperturas y tres reconexiones. Los tiempos de apertura pueden determinarse de curvas caractersticas tiempo-corriente, las cuales proporciona el fabricante. Cada punto de las curvas caractersticas representa el tiempo de aclaracin del reconectador para un determinado valor de corriente de falla. Es importante destacar que este dispositivo consta de dos tipos de curvas, una de operacin rpida y una segunda de operacin retardada. Existen varios modelos de reconectadores sean trifsicos o monofsicos, sin embargo todos funcionan bajo el mismo principio. Uso del reconectador en subestaciones y lneas de media tensin En subestaciones los reconectadores son empleados como dispositivos de proteccin del alimentador primario, esto con la finalidad de aislar el alimentador en caso de una falla permanente, tambin es usado en lneas de media tensin a una determinada distancia de la

S/E para seccionar alimentadores largos y as prevenir salidas del alimentador completo cuando ocurre una falla permanente cerca del final del alimentador, igualmente es usado en ramales importantes; que vienen del alimentador principal, y en ramales monofsico siempre con la finalidad de proteger el alimentador principal en caso de una falla en estas bifurcaciones. Seccionadores El seccionador elctrico es un dispositivo mecnico capaz de mantener aislada una instalacin elctrica de su red de alimentacin segn una norma. Es un dispositivo de ruptura lenta, puesto que depende de la manipulacin de un operario. Este dispositivo, por sus caractersticas, debe ser utilizado siempre sin carga o en vaco. Es decir, el proceso de desconexin debe seguir necesariamente este orden: 1. Desconexin del interruptor principal. 2. Desconexin del seccionador. 3. Colocacin del candado de seguridad en la maneta del seccionador (siempre que sea posible), de esta forma evitamos que otro operario de forma involuntaria conecte el circuito. 4. Colocacin del cartel indicativo de avera elctrica o similar. 5. Ahora se puede manipular la instalacin afectada. Para el proceso de conexin procederemos de forma inversa: 1. Conexin del seccionador. 2. Conexin del interruptor principal. Este procedimiento no se puede intercambiar, pues en primer lugar, se corre un grave peligro, y en segundo lugar, el seccionador no actuara tericamente por sus propias caractersticas constructivas.

Caractersticas constructivas principales Normalmente, dispondr: 1. De un bloque tripolar o tetrapolar de conexin, dependiendo si lleva neutro o no. 2. Una maneta o dispositivo para manipulacin manual, con ranura de candado de seguridad. 3. Uno o dos contactos auxiliares para poderlo acompaar de un contactor, en cuyo caso ser el encargado de conectar y desconectar el seccionador. La bobina del contactor estar conectada en serie con el contacto auxiliar del seccionador. De esta forma, los contactos del contactor se abren antes y se cierran despus que los polos del seccionador. El seccionador, si as lo permite, puede ir acompaado de fusibles, esto depender de sus caractersticas fsicas. Existen tambin seccionadores de puesta a tierra, seccionadores de lnea y seccionadores con soplado magntico. Los de puesta a tierra son aquellos que tienen la funcin de poner partes desconectadas de las celdas, a tierra y si se trata de seccionadores de puesta a tierra multipolares de ponerlas en cortocircuito al mismo tiempo, es decir que al seccionador cerrarse coloca los elementos conectados a el al potencial de tierra. Por otro lado los seccionadores de lnea son los empleados en lneas de transmisin o distribucin con la finalidad de seccionar o aislar una parte del sistema sin necesidad de sacar de servicio las tres fases. Los seccionadores con soplado magntico por otro lado son seccionadores que emplean un campo magntico creado por la misma corriente a cortar para alargar y extinguir el arco que se pueda crear en sus contactos. Las capacidades comerciales de los seccionadores van desde los 7.5kV hasta los 161 kV con capacidad de corriente en forma continua desde 600 A- 1200A.

Tipos de seccionadores Atendiendo a su forma constructiva y a la forma de realizar la maniobra de apertura, se distinguen cinco tipos de seccionadores empleados en alta y muy alta tensin.

Seccionador de cuchillas giratorias: como su propio nombre indica, la forma constructiva de estos seccionadores permite realizar la apertura mediante un movimiento giratorio de sus partes mviles. Su constitucin permite el uso de este elemento tanto en interior como en intemperie.

Seccionador de cuchillas deslizantes: el movimiento de sus cuchillas se produce en direccin longitudinal (de abajo a arriba). Son los ms utilizados debido a que requieren un menor espacio fsico que los anteriores, por el contrario, presentan una capacidad de corte menor que los seccionadores de cuchillas giratorias.

Seccionadores de columnas giratorias: su funcionamiento es parecido al de los seccionadores de cuchillas giratorias, la diferencia entre ambos radica en si la pieza aislante realiza el movimiento de manera solidaria a la cuchilla o no. En los seccionadores de columnas giratorias, la columna aislante que soporta la cuchilla realiza el mismo movimiento que sta. Estn pensados para funcionar en intemperie a tensiones superiores a 30 kV.

Seccionadores de pantgrafo: estos seccionadores realizan una doble funcin, la primera la propia de maniobra y corte y la segunda la de interconectar dos lneas que se encuentran a diferente altura. En este tipo de seccionadores se debe prestar especial atencin a la puesta a tierra de sus extremos.

Conclusiones El problema de Proteccin de los Sistemas Elctricos de Distribucin ha venido adquiriendo cada vez mayor importancia ante el crecimiento acelerado de las redes elctricas y la exigencia de un suministro de energa a los consumidores con una calidad de servicio cada vez mayor. En los sistemas de distribucin area, entre el 80 y el 95 % de las fallas son de tipo temporal; es decir, duran desde unos pocos ciclos hasta unos segundos. Las causas tpicas de fallas temporales son: Contacto de lneas empujadas por el viento, ramas de rboles que tocan lneas energizadas, descargas de rayos sobre aisladores, pjaros y en general pequeos animales que ocasionan un cortocircuito en una lnea con una superficie conectada a tierra, etc. Estas fallas pueden ocasionar daos en equipos de usuarios o en dispositivos del sistema elctrico, por esta razn resulta imperante la necesidad de contar con elementos como interruptores, seccionadores y reconectadores que despejen la contingencia y permitan en la medida de lo posible la restauracin del servicio en el menor tiempo posible.

ANEXOS

Interruptor de tanque vivo y tanque muerto

Interruptor en gran volumen de aceite

Interruptor de pequeo volumen de aceite

Interruptor SF6 1. Terminal superior de corriente. 2. Superficie aislante. 3. Contacto principal fijo. 4. Contacto fijo arco. 5. Movimiento contacto arco. 6. Boquilla aislante 7. Contacto principal ( movimiento). 8. Pistn (movimiento). 9. Cmara de presin. 10. Terminal inferior de corriente. 11. Barra de conexin.

12. Biela. 13. Sello. 14. Ventilacin o extraccin de residuos. 15. Canasto molecular. 16. Base.

Reconectador

ESQUEMA DE TRABAJO DE UN RECONECTADOR

Contactos cerrados

Resortes de disparo sueltos

Contactos completamente abiertos

Contactos cerrados

Esquema de aplicacin de reconectadores

RECONECTADOR

Bibliografahttp://www.energy.siemens.com/fi/pool/hq/power-distribution/medium-voltage-indoordevices/disconnecting-earthing-switches/Disconnecting%20and%20EarthingSwitches%203D/Catalogo_3DC_HG11_31_2008_es.pdf http://www.caveinel.org.ve/foroRegJunio2005/Ponencias/RafaelFerrero.pdf. http://www.inele.ufro.cl/apuntes/Protecciones/9PROTECCIONESCAPITULO6.pdf http://www.hbse.cl/index.php/productos/switchgear-distribucion/reconectadores/ FINK G. DONALD, WAYNE BEATY H., Manual de Ingeniera Elctrica tomo II, 13 Edicin. Editorial Mc Graw Hill, 2001. MARTIN JOSE RAUL, Diseo de Subestaciones Elctricas, Editorial Mc Graw Hill, 1990. HARPER ENRIQUEZ, Elementos de Diseo de Subestaciones Elctricas, Editorial LIMUSA, Segunda Edicin, 2005. HARPER ENRIQUEZ, Fundamentos de Instalaciones Elctricas de Mediana y Alta tensin, Editorial LIMUSA, Segunda Edicin, 2005.