Guía completa de los mecanismos de operación en interruptores de circuito de alta y media tensión
¿Qué es el mecanismo de muelle en los interruptores de alta y media tensión?
El mecanismo de muelle es un componente crítico en los interruptores de alta y media tensión. Utiliza la energía potencial elástica almacenada en los muelles para iniciar las operaciones de apertura y cierre del interruptor. El muelle se carga mediante un motor eléctrico. Cuando el interruptor opera, la energía almacenada se libera para impulsar los contactos móviles.
Características principales:
El mecanismo de muelle utiliza la energía elástica almacenada en los muelles.
Inicia las operaciones de apertura y cierre del interruptor.
El muelle se carga con un motor y libera su energía almacenada durante la operación para impulsar los contactos móviles.
¿Cómo funciona el mecanismo hidráulico de operación en los interruptores de alta tensión?
El mecanismo hidráulico de operación en los interruptores de alta tensión se utiliza para abrir o cerrar los contactos del interruptor. Funciona basándose en la dinámica de fluidos hidráulicos para controlar el movimiento del interruptor. Cuando se requiere la operación, se libera la presión hidráulica, lo que causa que los contactos se abran o cierren según sea necesario. La incompresibilidad y fluidez de los sistemas hidráulicos los hacen ideales para proporcionar el movimiento rápido y potente requerido en el conmutado de alta tensión.
Nota: El diagrama a continuación ilustra el principio de un mecanismo hidráulico-muelle. La serie HMB es un pionero bien conocido en esta tecnología.
Características principales:
El mecanismo hidráulico utiliza la dinámica de fluidos para controlar la operación del interruptor.
La presión hidráulica se libera para abrir o cerrar los contactos cuando sea necesario.
Las características de incompresibilidad y flujo del sistema lo hacen adecuado para operaciones rápidas y de alta fuerza en aplicaciones de alta tensión (AT).
¿Cuál es el papel de los mecanismos de operación accionados por motor en los interruptores de alta tensión?
Los mecanismos de operación accionados por motor se utilizan en los interruptores de alta tensión para controlar las operaciones de conmutación. Este mecanismo utiliza un motor eléctrico para cargar el muelle o impulsar directamente las partes móviles. El motor gira para enrollar el muelle o mover componentes, abriendo o cerrando así el circuito. Este diseño ofrece alta precisión y control, esenciales para manejar sistemas de alta tensión.
Nota: Después de que ABB introdujo el mecanismo accionado por motor, varias empresas nacionales (por ejemplo, PG) desarrollaron diseños similares hace más de una década. Sin embargo, la mayoría de estos proyectos fueron finalmente discontinuados y rara vez se ven hoy en día.
Características principales:
El mecanismo accionado por motor utiliza un motor eléctrico para controlar la operación del interruptor.
El motor carga el muelle o mueve directamente los componentes para abrir o cerrar el circuito.
Proporciona alta precisión y control, necesarios para aplicaciones de alta tensión.
Mecanismos de operación magnéticos en interruptores de media tensión
El mecanismo de operación magnético en interruptores de media tensión utiliza la fuerza magnética para operar el interruptor. Involucra un solenoide, un bobinado que genera un campo magnético cuando fluye corriente a través de él. Cuando se energiza, el campo magnético separa rápidamente los contactos, interrumpiendo el circuito. Este mecanismo es altamente confiable y proporciona una actuación rápida, lo que lo hace particularmente adecuado para aplicaciones de media tensión (MT).
Características principales:
El mecanismo magnético utiliza la fuerza generada por un campo magnético para operar el interruptor.
Involucra un solenoide (bobinado) que produce un campo magnético cuando se energiza.
La fuerza magnética separa rápidamente los contactos, permitiendo una operación rápida y confiable ideal para sistemas de MT.
¿Cómo afecta la elección del mecanismo de operación al rendimiento del interruptor?
La elección del mecanismo de operación tiene un impacto significativo en el rendimiento del interruptor. Cada tipo —muelle, hidráulico, accionado por motor y magnético— tiene ventajas únicas y se adapta a diferentes niveles de voltaje y aplicaciones.
Los mecanismos de muelle son ampliamente utilizados debido a su simplicidad y confiabilidad.
Los mecanismos hidráulicos ofrecen control preciso y de alta potencia, ideales para aplicaciones de alta tensión.
Los mecanismos accionados por motor proporcionan alta precisión y programabilidad.
Los mecanismos magnéticos son altamente confiables con tiempos de respuesta rápidos, ideales para interruptores de vacío de media tensión.
En última instancia, la selección depende de los requisitos específicos de la aplicación, incluyendo el nivel de voltaje, las condiciones de carga y factores ambientales.
Resumen:
La elección del mecanismo de operación afecta significativamente el rendimiento del interruptor.
Cada tipo (muelle, hidráulico, accionado por motor, magnético) tiene ventajas distintas para diferentes voltajes y usos.
La selección debe basarse en las necesidades específicas de la aplicación, no solo en el costo.
Tendencias futuras en mecanismos de operación de interruptores
A medida que avanza la tecnología, podemos esperar innovaciones que darán forma al futuro de los mecanismos de operación:
La ciencia de materiales puede llevar a muelles más duraderos y eficientes para los mecanismos de muelle.
Las mejoras en la tecnología hidráulica podrían producir sistemas más precisos y confiables.
La tecnología de motores puede permitir mecanismos accionados por motor más pequeños y de mayor eficiencia energética.
La tecnología magnética podría ser mejorada para una actuación más rápida y robusta.
Estos avances llevarán a mecanismos de operación más eficientes, compactos y confiables.
Resumen:
El progreso tecnológico dará forma al futuro de los mecanismos de operación.
Avances en materiales, hidráulica, motores y magnética mejorarán el rendimiento.
Los mecanismos futuros serán más eficientes, confiables y compactos.
Requisitos de mantenimiento para diferentes mecanismos de operación de interruptores
Los requisitos de mantenimiento varían según el tipo de mecanismo:
Mecanismos de muelle: Requieren inspecciones regulares y lubricación para asegurar la integridad del muelle y la suavidad mecánica.
Mecanismos hidráulicos: Necesitan comprobaciones periódicas de fugas de aceite y estado del fluido; los sellos y válvulas pueden degradarse con el tiempo.
Mecanismos accionados por motor: Requieren inspección de la salud del motor, cepillos (si corresponde) y conexiones eléctricas.
Mecanismos magnéticos: Generalmente de bajo mantenimiento, pero el solenoide y las conexiones eléctricas deben inspeccionarse periódicamente.
Resumen:
Los requisitos de mantenimiento dependen del tipo de mecanismo.
Los mecanismos de muelle e hidráulicos requieren más mantenimiento mecánico; las unidades accionadas por motor necesitan comprobaciones eléctricas.
Los mecanismos magnéticos son de bajo mantenimiento, pero aún así requieren inspecciones periódicas.
¿Cómo afecta el mecanismo de operación al costo del interruptor?
El tipo de mecanismo afecta directamente el costo del interruptor:
Los mecanismos de muelle son generalmente de menor costo debido a su diseño simple y robusto.
Los mecanismos hidráulicos, accionados por motor y magnéticos son más complejos y generalmente más caros.
Sin embargo, la selección no debe basarse únicamente en el costo. Factores como el nivel de voltaje, el perfil de carga, las condiciones ambientales y los requisitos de confiabilidad deben considerarse. Los mecanismos de muelle generalmente tienen un menor consumo de energía operativa, mientras que los mecanismos hidráulicos proporcionan una mayor fuerza de operación.
Resumen:
El tipo de mecanismo afecta el costo total.
Los mecanismos de muelle son rentables; los tipos hidráulicos, accionados por motor y magnéticos son más caros.
La elección debe basarse en los requisitos técnicos, no solo en el costo inicial.
Impacto ambiental de diferentes mecanismos de operación de interruptores
Diferentes mecanismos tienen impactos ambientales variables:
Mecanismos de muelle: Impacto ambiental mínimo —dependen de la energía mecánica sin fluidos ni emisiones.
Mecanismos hidráulicos: Riesgo de fuga de aceite, que puede causar contaminación del suelo y agua. El desecho del fluido hidráulico debe gestionarse cuidadosamente.
Mecanismos accionados por motor: Consumen energía eléctrica, contribuyendo al uso de energía operativa y la huella de carbono.
Mecanismos magnéticos: Generalmente ecológicos, pero se requiere energía para generar el campo magnético.
Resumen:
El impacto ambiental varía según el mecanismo.
Los sistemas hidráulicos presentan riesgos de fuga; los sistemas accionados por motor aumentan el consumo de energía.
Los mecanismos magnéticos son ecológicos, aunque el uso de energía debe considerarse.
Resumen: Confiabilidad de los mecanismos de muelle en aplicaciones de alta tensión (35 kV y superior)
Para los interruptores de alta tensión (35 kV y superior), los mecanismos de muelle son estructuralmente simples y teóricamente más confiables. Sin embargo, la experiencia reciente en la operación de redes eléctricas muestra que los mecanismos de muelle no están exentos de problemas, incluyendo:
Fatiga del muelle que lleva a aperturas/cierres incompletos
Bloqueo de componentes de enganche que causa fallas en la operación
Deformación de orificios de eje que altera las características de disparo, resultando en mal funcionamiento o falla
Además, las series BLK de muelles enrollados han mostrado casos de fractura de muelles debido a una mala tolerancia ambiental (por ejemplo, temperatura, humedad).
Para detectar defectos en los interruptores y sus mecanismos durante las pruebas rutinarias, se ha realizado una extensa investigación a nivel mundial. Aunque existen muchos dispositivos de prueba y métodos analíticos, el uso de señales de prueba y análisis avanzados para evaluar y mejorar la confiabilidad de los mecanismos sigue siendo una tarea desafiante y en curso.
