Interruptor de desconexión de alta tensión AC según la norma IEC 62271-102
Interruptores de desconexión y conmutadores de tierra de alta tensión: Función, tipos y pruebas rutinarias
Función de los interruptores de desconexión de alta tensión
Los interruptores de desconexión de alta tensión desempeñan un papel crucial en los sistemas de potencia de alta tensión proporcionando aislamiento eléctrico y visible entre diferentes partes del sistema. Este aislamiento es esencial tanto para las operaciones diarias normales como para las actividades de mantenimiento o reparación. Las dos formas principales de aislamiento son:
Aislamiento para la operación normal: Durante la operación normal, ciertos componentes del sistema de potencia, como los reactores paralelos, pueden ser necesarios solo durante períodos de carga ligera. Estos componentes se pueden desconectar usando interruptores y luego aislar usando interruptores de desconexión cuando no son necesarios (por ejemplo, durante períodos de carga pico). Esto permite una gestión eficiente de los recursos del sistema de potencia.
Aislamiento para el mantenimiento y la reparación: Cuando las líneas de transmisión, transformadores, interruptores de circuito u otro equipo de la estación requieren mantenimiento o reparación, es crucial aislar estos componentes del resto del sistema para garantizar la seguridad. Los interruptores de desconexión de aire proporcionan una interrupción visible en el circuito, permitiendo a los trabajadores confirmar que la sección del sistema en la que están trabajando está desenergizada y segura para acceder.
Tipos de interruptores de desconexión de alta tensión y conmutadores de tierra
Los interruptores de desconexión de alta tensión y los conmutadores de tierra vienen en varios tipos y configuraciones de montaje. Los cuatro tipos más comúnmente utilizados son:
Tipo de corte vertical: En este tipo, el contacto móvil se mueve verticalmente para abrir o cerrar el interruptor. Este diseño es adecuado para aplicaciones donde el espacio es limitado, ya que requiere menos espacio horizontal.
Tipo de corte central lateral: El contacto móvil en este tipo se rompe en el centro del interruptor, con los contactos en ambos lados permaneciendo estacionarios. Este diseño proporciona una indicación visual clara de la posición abierta y se utiliza a menudo en aplicaciones de equipos de conmutación.
Tipo de doble corte lateral: Este tipo tiene contactos móviles que se rompen en ambos lados del interruptor. Proporciona un aislamiento más robusto y se utiliza comúnmente en subestaciones de alta tensión donde el aislamiento confiable es crítico.
Tipo pantógrafo: El tipo pantógrafo usa un mecanismo en forma de tijera para separar los contactos. Este diseño es particularmente útil para aplicaciones de alta tensión donde se requieren grandes distancias entre los contactos para garantizar un aislamiento adecuado.
Pruebas rutinarias de interruptores de desconexión y conmutadores de tierra de alta tensión
Las pruebas rutinarias se realizan para asegurar que los interruptores de desconexión y conmutadores de tierra de alta tensión cumplan con los estándares y especificaciones requeridos. Estas pruebas están diseñadas para revelar cualquier fallo en materiales o construcción sin afectar las propiedades o la confiabilidad del equipo. Según las normas IEC 62271-1 y IEC 62271-102, los siguientes elementos de prueba rutinaria se suelen realizar:
Prueba dieléctrica en el circuito principal: Se aplica una prueba de frecuencia de red de corta duración y seca con una frecuencia de 50 o 60 Hz al circuito principal. El voltaje de prueba se especifica en las normas IEC relevantes y debe ajustarse según el factor de altitud.
El propósito de esta prueba es verificar la resistencia a la aislación del interruptor de desconexión y asegurar que pueda soportar el voltaje nominal sin ruptura. Los valores de voltaje de prueba se proporcionan en las tablas de las normas, y el factor de altitud debe considerarse para tener en cuenta la reducción de la resistencia dieléctrica del aire a mayores altitudes.
Prueba de funcionamiento mecánico: Esta prueba asegura que el interruptor de desconexión puede funcionar correctamente bajo condiciones de operación normales. Verifica la suavidad de los mecanismos de apertura y cierre, así como la alineación de los contactos. La prueba también verifica que el interruptor de desconexión puede manejar el número especificado de operaciones sin fallar.
Prueba de elevación de temperatura: Esta prueba mide la elevación de temperatura del interruptor de desconexión bajo condiciones de corriente nominal. El objetivo es asegurar que la elevación de temperatura no exceda los límites permisibles, lo que podría llevar a sobrecalentamiento y daño potencial al equipo.
Prueba de resistencia a cortocircuitos: Esta prueba evalúa la capacidad del interruptor de desconexión para soportar los efectos térmicos y electrodinámicos de un fallo de cortocircuito. Aunque los interruptores de desconexión no están diseñados para interrumpir cortocircuitos, deben poder mantenerse intactos y aislar de manera segura la sección del sistema con fallo.
Prueba de funcionamiento del conmutador de tierra: Para los conmutadores de tierra, se realiza una prueba separada para asegurar que el conmutador pueda conectar el sistema a tierra correctamente. Esta prueba verifica la confiabilidad de la función de tierra, que es crítica para la seguridad durante las operaciones de mantenimiento y reparación.
Prueba de resistencia aislante: Esta prueba mide la resistencia aislante entre las partes vivas y la tierra para asegurar que no haya corriente de fuga. Una alta resistencia aislante indica que el aislamiento del interruptor de desconexión está en buen estado.
Inspección visual: Se realiza una inspección visual exhaustiva para verificar si hay algún daño físico, corrosión o desgaste en el interruptor de desconexión y sus componentes. Esta inspección ayuda a identificar cualquier problema que pueda afectar el rendimiento o la seguridad del equipo.
Importancia de las pruebas rutinarias
Las pruebas rutinarias son esenciales para asegurar que los interruptores de desconexión y conmutadores de tierra de alta tensión funcionen correctamente y puedan realizar de manera segura sus funciones de aislamiento. Estas pruebas generalmente se realizan en la instalación del fabricante, pero por acuerdo, también se pueden realizar en el sitio. Las pruebas ayudan a identificar cualquier defecto o debilidad en el equipo antes de que se instale o se ponga en servicio, asegurando que el sistema de potencia funcione de manera confiable y segura.
Al adherirse a las normas IEC 62271-1 e IEC 62271-102, los fabricantes y operadores pueden mantener la integridad y el rendimiento de los interruptores de desconexión y conmutadores de tierra de alta tensión, mejorando así la seguridad y eficiencia general del sistema de potencia.
Cuando el aislamiento del interruptor de desconexión y el conmutador de tierra se proporciona únicamente mediante aisladores de núcleo sólido y aire a presión ambiente, la prueba de resistencia a voltaje de frecuencia de red puede omitirse si se verifican las dimensiones entre las partes conductoras – entre fases, a través de dispositivos de conmutación abiertos y entre las partes conductoras y el bastidor – mediante mediciones dimensionales.
Pruebas dieléctricas de conmutadores de tierra y circuitos auxiliares/control en interruptores de desconexión de alta tensión
Prueba dieléctrica en conmutadores de tierra
Al realizar una prueba dieléctrica en conmutadores de tierra, el voltaje de prueba se aplica con el conmutador de tierra en la posición abierta. La prueba se realiza bajo dos condiciones específicas para asegurar un aislamiento adecuado entre diferentes partes del conmutador:
Entre terminales aislados adyacentes (con bases a tierra): El voltaje de prueba se aplica entre terminales aislados adyacentes mientras las bases del conmutador están a tierra. Esto asegura que haya suficiente aislamiento entre los terminales para prevenir cualquier cortocircuito accidental o rotura eléctrica.
Entre todos los terminales aislados conectados juntos (con bases a tierra): En esta condición, todos los terminales aislados se conectan juntos, y el voltaje de prueba se aplica entre este grupo de terminales y las bases a tierra. Esta prueba verifica la integridad aislante general del conmutador, asegurando que no haya corriente de fuga entre los terminales y la tierra.
2. Prueba dieléctrica en circuitos auxiliares y de control en el mecanismo de operación
Inspección y verificación de conformidad
Calidad de material y ensamblaje: Se inspecciona la naturaleza de los materiales utilizados en los circuitos auxiliares y de control, la calidad del ensamblaje, el acabado y cualquier recubrimiento protector contra la corrosión. Esto asegura que los componentes sean adecuados para su uso previsto y no se deterioren con el tiempo.
Aislamiento térmico: Se realiza una inspección visual para verificar la instalación satisfactoria del aislamiento térmico. Un aislamiento térmico adecuado es crucial para prevenir el sobrecalentamiento y garantizar la longevidad del equipo.
Ruteo de conductores y cables: Se verifica el ruteo de conductores, cables y calentadores para asegurar que estén instalados correctamente y no representen ningún riesgo de daño o interferencia. También se realizan comprobaciones de resistencia en los calentadores para asegurar que funcionen correctamente.
Pruebas funcionales
Funcionalidad de circuitos de baja tensión: Se realiza una prueba funcional de todos los circuitos de baja tensión, incluyendo relés, contactores e imanes de interbloqueo, para verificar que los circuitos auxiliares y de control funcionen correctamente en conjunto con otras partes del interruptor de desconexión. El mecanismo de interbloqueo también debe verificarse para asegurar que funcione como se espera.
Protección contra descargas eléctricas: Se realizan inspecciones visuales para verificar que haya una protección adecuada contra el contacto directo con el circuito principal y que las partes de los equipos auxiliares y de control, que pueden tocarse durante la operación normal, sean accesibles de manera segura. Esto asegura que los operadores estén protegidos contra descargas eléctricas.
Pruebas dieléctricas en circuitos auxiliares y de control
Pruebas de frecuencia de red: Solo se realizan pruebas de frecuencia de red en los circuitos auxiliares y de control. El voltaje de prueba es de 1 kV o 2 kV con una duración de 1 segundo a una frecuencia de 50 o 60 Hz. Esta prueba asegura que el aislamiento de los circuitos de baja tensión pueda soportar el voltaje nominal sin ruptura.
3. Medición de la resistencia del circuito principal
Para la prueba rutinaria, se mide la caída de tensión en CC o la resistencia de cada polo del circuito principal en condiciones lo más similares posible a las utilizadas durante la prueba de tipo. Específicamente: La temperatura ambiente y los puntos de medición deben ser lo más cercanos posibles a los utilizados durante la prueba de tipo.
La resistencia medida no debe exceder 1.2 × Ru, donde Ru es la resistencia medida antes de la prueba de elevación de temperatura. Esto asegura que la resistencia del circuito principal se mantenga dentro de límites aceptables, indicando que los contactos están en buenas condiciones y el circuito puede transportar la corriente nominal sin calentamiento excesivo.
4. Controles de diseño y visuales
Los interruptores de desconexión y conmutadores de tierra deben someterse a controles de diseño y visuales exhaustivos para asegurar que cumplan con la especificación de compra. Esto incluye:
Verificación de conformidad: Asegurar que todos los componentes, materiales y construcción cumplan con los requisitos especificados en el pedido de compra o contrato.
Inspección de componentes: Verificar la ausencia de defectos visibles, como grietas, corrosión o ensamblaje incorrecto, que puedan afectar el rendimiento o la seguridad del equipo.
Etiquetado y marcado: Verificar que todas las etiquetas, marcas e identificaciones necesarias estén presentes y legibles, incluyendo las clasificaciones de voltaje, instrucciones de operación y advertencias de seguridad.
5. Pruebas de funcionamiento mecánico
Se realizan pruebas de funcionamiento mecánico para asegurar que los interruptores de desconexión o conmutadores de tierra funcionen correctamente dentro de los límites de voltaje y presión de suministro especificados de sus mecanismos de operación. Estas pruebas se realizan sin voltaje o corriente fluyendo a través del circuito principal. Se verifican los siguientes aspectos:
Rendimiento del mecanismo de operación
Ángulo del eje de salida del mecanismo de operación: Se mide el ángulo de rotación del eje de salida del mecanismo de operación para asegurar que se alinee con las especificaciones de diseño. Esto asegura que los contactos se muevan a las posiciones correctas durante las operaciones de apertura y cierre.
Medición del par del eje de salida del mecanismo de operación: Se mide el par necesario para operar el mecanismo para asegurar que se encuentre dentro de los límites especificados. Un par excesivo puede indicar problemas mecánicos, mientras que un par insuficiente puede llevar a una operación incompleta.
Corriente del motor del mecanismo de operación: Se registra la corriente consumida por el motor durante la operación para verificar que se mantenga dentro del rango aceptable. Niveles anormales de corriente pueden indicar problemas con el motor o el suministro eléctrico.
Tiempos de operación: Se mide el tiempo que tarda el interruptor de desconexión o conmutador de tierra en completar un ciclo completo (cerrar-abrir). Esto asegura que el dispositivo opere dentro de los límites de tiempo requeridos, lo cual es crítico para la coordinación y protección del sistema.
Ciclos de operación
Se realizan los siguientes ciclos de operación para probar la confiabilidad y resistencia del interruptor de desconexión o conmutador de tierra:
10 ciclos de cierre-apertura a voltaje de suministro mínimo (85%): El interruptor de desconexión o conmutador de tierra se opera 10 veces a 85% del voltaje de suministro nominal para asegurar que funcione correctamente en condiciones de bajo voltaje.
10 ciclos de cierre-apertura a voltaje de suministro máximo (110%): El interruptor de desconexión o conmutador de tierra se opera 10 veces a 110% del voltaje de suministro nominal para verificar su rendimiento en condiciones de alto voltaje.
50 ciclos de cierre-apertura a voltaje de suministro nominal (100%): El interruptor de desconexión o conmutador de tierra se opera 50 veces a voltaje de suministro nominal para probar su confiabilidad y resistencia a largo plazo en condiciones de operación normales.
Durante estos ciclos de operación, se registran o evalúan las siguientes características:
Tiempo de operación: Se mide el tiempo que toma cada ciclo de cierre-apertura para asegurar consistencia.
Consumo de energía máxima: Se registra la energía consumida por el mecanismo de operación durante cada ciclo para verificar que se mantenga dentro de los límites especificados.
Operación manual (si aplica): Para interruptores de desconexión con mecanismos manuales, se registra la fuerza máxima requerida para operar el dispositivo. Esto asegura que la operación manual se encuentre dentro de límites seguros y ergonómicos.
Contactos auxiliares y dispositivos indicadores de posición
Se verifica el funcionamiento satisfactorio de los contactos auxiliares y dispositivos indicadores de posición (si los hay). Estos componentes proporcionan retroalimentación crítica a los sistemas de control y deben funcionar de manera confiable para garantizar el correcto funcionamiento del sistema.
Inspección post-prueba
Después de completar las pruebas de funcionamiento mecánico, ninguna parte del interruptor de desconexión o conmutador de tierra debe estar dañada. El dispositivo debe mantenerse en buen estado de funcionamiento, sin signos de desgaste, deformación o mal funcionamiento.
Medición de la resistencia del circuito principal
Se mide la resistencia del circuito principal tanto antes como después de la prueba de resistencia mecánica. La resistencia no debe variar más de 20% respecto al valor medido antes de la prueba. Esto asegura que los contactos no se hayan deteriorado o desalineado durante el proceso de prueba, lo cual podría afectar el rendimiento eléctrico del dispositivo.
Consideraciones especiales para equipos de alta tensión
Para interruptores de desconexión y conmutadores de tierra con un voltaje nominal de 52 kV o superior, las pruebas de funcionamiento mecánico rutinarias pueden realizarse en subensamblajes. Esto permite procedimientos de prueba más manejables, mientras se asegura que el rendimiento general del dispositivo cumpla con los estándares requeridos.
Conclusión
Al realizar estos controles de diseño y visuales exhaustivos, así como pruebas de funcionamiento mecánico, los fabricantes y operadores pueden asegurar que los interruptores de desconexión y conmutadores de tierra de alta tensión sean confiables, seguros y capaces de realizar sus funciones previstas en diversas condiciones de operación. Estas pruebas ayudan a identificar cualquier problema potencial temprano en el proceso, asegurando que el equipo esté listo para la instalación y el servicio en sistemas de potencia de alta tensión.
