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Sistema de Distribución de Energía Eléctrica



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1.4.3.- Características comparativas de los Interruptores
Los interruptores se pueden clasificar de acuerdo a sus características constructivas. Las
principales características constructivas de los interruptores consisten en la forma en que se
extingue el arco y a la habilidad mostrada para establecer la rigidez dieléctrica entre los contactos
para soportar en buena forma (sin reencendido del arco) las tensiones de reignición.
Las ventajas y desventajas de los principales tipos de interruptores se indican a
continuación:
1.4.3.1.- Interruptores de gran volumen de aceite.
Ventajas
Desventajas
Construcción sencilla
Posibilidad de incendio o explosión
Alta capacidad de ruptura
Necesidad de inspección periódica de la
calidad y cantidad de aceite en el estanque
Pueden usarse en operación manual y
automática
Ocupan una gran cantidad de aceite mineral
de alto costo
Pueden conectarse transformadores de
corriente en los bushings de entrada
No pueden usarse en interiores
Son grandes y pesados
Los contactos son grandes y pesados y
requieren de frecuentes cambios
1.4.3.2.- Interruptores de pequeño volumen de aceite
Ventajas
Desventajas
Comparativamente usan una menor
cantidad de aceite
Peligro de incendio y explosión aunque en
menor grado comparados con los de gran
volumen
Menor tamaño y peso en comparación a los
de gran volumen
No pueden usarse con reconexión
automática
Menor costo
Requieren una mantención frecuente y
reemplazos periódicos de aceite
Pueden emplearse tanto en forma manual
como automática
Sufren de mayor daño los contactos
principales
Fácil acceso a los contactos
Capacidad de ruptura ( no hay referencia
especifica).
1.4.3.3.- Interruptores neumáticos (se usan principalmente en alta tensión).
Ventajas
Desventajas
No hay riesgos de incendio o explosión
Poseen una compleja instalación debido a la
red de aire comprimido.
Operación muy rápida
Construcción más compleja
Pueden emplearse en sistemas con
reconexión automática
Mayor costo
Alta capacidad de ruptura
La interrupción de corrientes altamente
capacitivas no presenta mayores
dificultades
Menor daño a los contactos
Fácil acceso a los contactos
Comparativamente menor peso
1.4.3.4.- Interruptores en vacío
La alta rigidez dieléctrica que presenta el vacío (es el aislante perfecto) ofrece una
excelente alternativa para apagar en forma efectiva el arco. En efecto, cuando un circuito en
corriente alterna se desenergiza separando un juego de contactos ubicados en una cámara en
vacío, la corriente se corta al primer cruce por cero o antes, con la ventaja de que la rigidez
dieléctrica entre los contactos aumenta en razón de miles de veces mayor a la de un interruptor
convencional (1 KV por µs para 100 A en comparación con 50 V/µs para el aire). Esto hace que
el arco no vuelva a reencenderse. Estas propiedades hacen que el interruptor en vacío sea más
eficiente, liviano y económico.
La presencia del arco en los primeros instantes después de producirse la apertura de los
contactos se debe principalmente a:
Emisión termoiónica.
Emisión por efecto de campo eléctrico.
En otras palabras, los iones aportados al arco, provienen de los contactos principales del
interruptor. Conviene destacar que en ciertas aplicaciones se hace conveniente mantener el arco
entre los contactos hasta el instante en que la corriente cruce por cero. De esta forma se evitan
sobre-tensiones en el sistema, producto de elevados valores de di/dt. La estabilidad del arco
depende del material en que estén hechos los contactos y de los parámetros del sistema de
potencia (voltaje, corriente, inductancia y capacitancia). En general la separación de los contactos
fluctúa entre los 5 y los 10 mm.
Ventajas
Desventajas
Tiempo de operación muy rápidos, en
general la corriente se anula a la primera
pasada por cero
Tienen capacidad de interrupción limitada
(del orden de 60 a 100 MVA).
Rigidez dieléctrica entre los contactos se
restablece rápidamente impidiendo la
reignición del arco
Generan sobre-tensiones producto del
elevado di/dt.
Son menos pesados y más baratos
Prácticamente no requieren mantención y
tienen una vida útil mucho mayor a los
interruptores convencionales
Dificultad para mantener la condición  de
vacío.
Es importante destacar la importancia que tiene el material con que se fabrican los
contactos de los interruptores en vacío. La estabilidad del arco al momento de separarse los
contactos, depende principalmente de la composición química del material con que fueron
fabricados. Si el arco es inestable, significa que se apaga rápidamente antes del cruce natural por
cero de la corriente, generando elevados di/dt con las consiguientes sobre tensiones. Para evitar
esta situación, se buscan materiales que presenten baja presión de vapor en presencia de arco.
Estos materiales no son fáciles de encontrar, pues tienen propiedades no del todo apropiadas para
uso en interruptores en vacío. Por ejemplo materiales con buena conductividad térmica y
eléctrica, tienen bajos puntos de fusión y ebullición, y alta presión de vapor a altas temperaturas.
Sin embargo, metales que presentan baja presión de vapor a altas temperaturas son malos
conductores eléctricos. Para combinar ambas características se han investigado aleaciones entre
metales y materiales no metálicos como Cobre-Bismuto, Cobre-Plomo, Cobre-Tantalio, Plata-
Bismuto, o Plata-Telorium.
1.4.3.5.- Interruptores en hexafluoruro de azufre.
El SF
6
se usa como material aislante y también para apagar el arco. El SF
6
es un gas muy
pesado (5 veces la densidad del aire), altamente estable, inerte, inodoro e inflamable. En
presencia del SF
6,
la tensión del arco se mantiene en un valor bajo, razón por la cual la energía
disipada no alcanza valores muy elevados. La rigidez dieléctrica del gas es 2.5 veces superior a la
del aire (a presión atmosférica). La rigidez dieléctrica depende de la forma del campo eléctrico
entre los contactos, el que a su vez depende de la forma y composición de los electrodos. Si se
logra establecer un campo magnético no uniforme entre los contactos, la rigidez dieléctrica del
SF
6
puede alcanzar valores cercanos a 5 veces la rigidez del aire. Son unidades selladas, trifásicas
y pueden operar durante largos años sin mantención, debido a que prácticamente el gas  no se
descompone, y no es abrasivo.
Otra importante ventaja de este gas, es su alta rigidez dieléctrica que hace que sea un
excelente aislante. De esta forma se logra una significativa reducción en las superficies ocupadas
por subestaciones y switchgear. La reducción en espacio alcanzada con el uso de unidades de SF
6
es cercana al 50% comparado a subestaciones tradicionales. Esta ventaja muchas veces compensa
desde el punto de vista económico, claramente se debe mencionar que hay un mayor costo inicial,
en su implementación.
El continuo aumento en los niveles de cortocircuito en los sistemas de potencia ha forzado
a encontrar formas más eficientes de interrumpir corrientes de fallas que minimicen los tiempos
de corte y reduzcan la energía disipada durante el arco. Es por estas razones que se han estado
desarrollando con bastante éxito interruptores en vacío y en hexafluoruro de azufre (SF
6)
1.4.4.- Especificación técnica de un Interruptor de Potencia.
La selección de un interruptor de potencia para una determinada aplicación  consiste en
definir un conjunto de valores que limitan las condiciones de operación máximas del interruptor.
Los parámetros a indicar son algunos de los  cuales deben tenerse presente:
Tensión nominal.
Frecuencia nominal.
Corriente nominal.
Rigidez dieléctrica (clase de aislación).
Ciclo de trabajo.
Corriente de cortocircuito momentánea.
Corriente de cortocircuito de interrupción.
Etc.
Cada uno de estos parámetros indica lo siguiente:
1.4.4.1.- Tensión nominal 
Es el máximo valor efectivo de tensión al cual el interruptor puede operar en forma
permanente. En general esta tensión es mayor al voltaje nominal del sistema.
1.4.4.2.- Frecuencia nominal
Es la frecuencia a la cual el interruptor está diseñado para operar. Este valor tiene
incidencia en los tiempos de apertura y cierre de los contactos además del tiempo de apagado del
arco.
1.4.4.3.- Corriente nominal
Es el máximo valor efectivo de corriente que puede circular a través del interruptor en
forma permanente, a frecuencia nominal, sin exceder los límites máximos de temperatura de
operación indicados para los contactos. La temperatura en los contactos depende del material que
están hechos (cobre, plata o equivalente), del medio en que están sumergidos, y de la temperatura
ambiente. En interruptores con contactos de cobre, las máximas temperaturas de operación, están
referidas a una temperatura ambiente máxima de 40 ºC y en caso de contactos de plata de 55 ºC.
1.4.4.4.- Rigidez dieléctrica
Define la máxima tensión que soporta el interruptor sin dañar su aislación. La rigidez
dieléctrica debe medirse entre todas las partes aisladas y partes energizadas y también entre los
contactos cuando están abiertos. Estas pruebas se realizan entre contactos y  tierra (contacto
cerrado), a través de los contactos, entre fases (con contactos cerrados).
1.4.4.5.- Ciclo de trabajo
El ciclo de trabajo normal de un interruptor de potencia se define como dos operaciones
"cerrar-abrir" con 15 segundos de intervalo. Para este ciclo de trabajo, el interruptor debe ser
capaz de cortar la corriente de cortocircuito especificada en sus características de placa.
1.4.4.6.- Corrientes de cortocircuito de momentánea.
Es el valor máximo efectivo  que debe soportar el interruptor sin que sufra un deterioro,
debe ser capaz de soportar  el paso de esta corriente en los primeros ciclos cuando se produce la
falla (1 a 3 ciclos). Entre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y asimétricos.
1.4.4.7.- Corrientes de cortocircuito de interrupción. 
Es el máximo valor efectivo medido en el instante en que los contactos comienzan a
separarse. Esta corriente corresponde a un cortocircuito trifásico o entre líneas con tensión y ciclo
de trabajo nominal. Entre estas corrientes deben especificarse los valores simétricos y asimétricos
de interrupción.
a) La capacidad de interrupción simétrica
Es la máxima corriente RMS de cortocircuito sin considerar la componente continua que
el interruptor debe ser capaz de cortar en condiciones de voltaje nominal y ciclo de trabajo
normal. Para una tensión de operación diferente al valor nominal, la corriente de interrupción está
dada por la ecuación (1.2):
I
interrupción simétrica
  =  I
interrupción simétrica nominal
  x  (V
nom
/V
op
)
(1.2)
b) La capacidad de interrupción asimétrica
Corresponde al valor RMS de la corriente total (incluida la componente continua) que el
interruptor debe ser capaz de interrumpir en condiciones de voltaje y ciclo de trabajo nominal.
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