Pruebas de Resistencia Mecánica para Interruptores: Estándares Desafíos y Mejores Prácticas
Pruebas de Resistencia Mecánica
La resistencia mecánica de los interruptores se prueba según la IEC 62271-100, requiriendo 10.000 operaciones (clase M2). Durante las pruebas en un laboratorio extranjero, el primer prototipo falló a 6.527 operaciones debido a la fractura de un resorte de disparo. El laboratorio aceptó este fallo aislado, atribuyéndolo a problemas de instalación del resorte. Un segundo prototipo fue probado, pero también falló después de más de 6.000 operaciones debido a otra rotura del resorte de disparo. Como consecuencia, el laboratorio emitió un informe de resistencia mecánica solo para 2.000 operaciones (clase M1).
Análisis de Causa Raíz: La fractura se originó a partir de marcas de martillado mecánico en el punto de doblez del resorte durante la fabricación, creando un punto débil que falló después de miles de operaciones. Aunque el interruptor de 36 kV solo logró una clasificación de resistencia mecánica M1 (2.000 operaciones), la alta autoridad y credibilidad del informe de prueba KEMA, válido tanto para sistemas de 50/60 Hz como para sistemas con tierra o sin tierra, permitió ventas exitosas en América Latina, Europa, Sudeste Asiático y otros mercados globales.
Para interruptores de tierra e interruptores extraíbles, las diferencias en las pruebas de durabilidad mecánica se muestran en la Tabla 1. En general, los clientes de la IEC aceptan que los carros de interruptores extraíbles se utilizan solo para mantenimiento. Por lo tanto, se pueden cumplir con los requisitos de los clientes internacionales realizando solo 25 ciclos de inserción y extracción, como se especifica en la IEC 62271-200, cláusula 6.102.1.
Verificación de la Capacidad de Conmutación y Cierre
Las pruebas de conmutación y cierre de los interruptores se realizan en varias configuraciones dependiendo de la aplicación: interruptores independientes (sin carcasa), interruptores extraíbles montados en equipos de prueba o interruptores extraíbles instalados en equipos de conmutación. Cuando se prueban juntos el equipo de conmutación y el interruptor, las pruebas de conmutación y cierre se realizan dentro del equipo de conmutación ensamblado. Para pruebas de tipo independiente, se recomienda proporcionar un compartimento extraíble dedicado para la prueba.
Las pruebas de conmutación de la IEC para interruptores definen varias secuencias de pruebas. Los clientes pueden seleccionar diferentes secuencias. Por ejemplo, la Secuencia 1 consta de 274 operaciones de interrupción (130 T10, 130 T30, 8 T60 y 6 T100s). Para mejorar la eficiencia en costos y tiempo, ya que los laboratorios de pruebas cobran según la duración de la prueba, los clientes a menudo optan por la Secuencia 3, totalizando 72 operaciones (3 T10/T30, 60 T60 y 6 T100s). Aunque se reduce el número de operaciones, se aumenta la energía total. Sin embargo, en comparación con la prueba estándar de capacidad total de 50 interrupciones comúnmente utilizada en el país, la prueba de la IEC sigue siendo significativamente menos severa. La Tabla 2 muestra los recuentos de operaciones de conmutación definidos en la IEC 62271-100 para las pruebas de resistencia.
Para interruptores destinados a aplicaciones de 50 Hz y 60 Hz, la guía STL especifica las frecuencias de prueba como se muestra en la Tabla 3 para validar la idoneidad y emitir un informe de prueba de tipo. Para cumplir con los requisitos de doble frecuencia, solo se requieren pruebas básicas de conmutación (clase E1) a 50 Hz y 60 Hz. La prueba de resistencia puede realizarse a 50 Hz o 60 Hz. De manera similar, la prueba de secuencia O-0,3 s-CO-15 s-CO solo requiere pruebas básicas. Aunque los requisitos de prueba varían para diferentes sistemas de tierra neutra, esto no afecta la prueba de resistencia.
Pruebas de Arco Interno
Voltaje de Prueba: Según la IEC 62271-200, Anexo AA.4.2, la prueba debe realizarse a cualquier voltaje adecuado que no exceda el voltaje nominal. Si se selecciona un voltaje inferior al nominal, se deben cumplir las siguientes condiciones:
a) La corriente media RMS calculada debe satisfacer los requisitos de corriente en AA.4.3.1;
b) El arco no debe extinguirse prematuramente en ninguna etapa.
Se permite la extinción temporal de una fase si la duración acumulativa de las interrupciones de corriente no excede el 2% de la duración total de la prueba, y ninguna interrupción individual dura más que el próximo cero de corriente esperado. La integral de la componente de corriente alterna debe ser al menos igual al valor especificado en AA.4.3.1.
Según la guía STL, durante las pruebas de arco trifásico y bifásico, dos fases pueden alimentarse por una fuente de corriente a un voltaje inferior al nominal, mientras que la tercera fase se alimenta por una fuente de voltaje separada a Ur/√3. En las pruebas monofásicas, el arco debe iniciarse entre la fase central y la tierra. El circuito puede alimentarse por una fuente de corriente a un voltaje inferior al nominal, siempre que la fuente de voltaje tenga suficiente potencia de cortocircuito para detectar claramente la ruptura de tensión y distinguirla de las interferencias.
Para un equipo de conmutación de 17,5 kV, la prueba de fallo de arco interno se realiza a 7,1 kV, lo cual se documenta en el informe de prueba.
Condiciones de Prueba y Disposición del Equipo:
Es permisible realizar pruebas secuenciales en diferentes secciones no probadas de una sola unidad. El laboratorio no es responsable de proporcionar o organizar conductos de cable. La disposición de la prueba debe detallarse en el informe de prueba. Si un tipo de unidad funcional no está destinado a usarse como unidad final en condiciones de servicio, durante la prueba, se deben disponer dos o más unidades funcionales en la asamblea, colocando la unidad probada lo más cerca posible del lado y alejada de la pared simulada de la habitación.
El techo debe estar a al menos 200 mm ± 50 mm sobre el objeto de prueba. La trayectoria de apertura del panel de alivio de presión no debe golpear el techo. Los resultados de la prueba son válidos para todas las distancias entre el objeto de prueba y el techo mayores que la distancia de configuración de la prueba. La muestra de prueba debe probarse en su configuración operativa real. Para equipos de conmutación con aletas de ventilación abatibles, no es necesario instalar manijas de operación extraíbles, pero la aleta debe estar en posición abierta durante la prueba de arco interno. Como se muestra en la Figura 4, la disposición de la prueba de arco interno para un equipo de conmutación de 17,5 kV implica cuatro unidades de equipo de conmutación en fila. Se realiza la prueba en los tres compartimentos de alta tensión de la unidad final izquierda. La parte superior del gabinete está a 600 mm debajo del techo, con una placa reflectora instalada para prevenir la reflexión del arco desde el techo y la quema de indicadores horizontales. Un carro aislador de prueba reemplaza al interruptor para la prueba, y la placa protectora interna en la puerta de ventilación inferior está en posición abierta.
Notas Adicionales sobre las Pruebas IEC
Las pruebas de la IEC resultan en certificados de prueba de tipo separados para diferentes elementos de prueba, incluyendo:
Certificado de prueba de tipo para el rendimiento de aislamiento
Certificado de prueba de tipo para el rendimiento de conexión y desconexión de cortocircuitos
Certificado de prueba de tipo para el rendimiento de arco interno
Se deben proporcionar los siguientes dibujos y documentación del fabricante para demostrar la consistencia entre el equipo de conmutación probado y los dibujos de diseño de soporte. El laboratorio de pruebas verificará la muestra midiendo y comprobando los dibujos, las especificaciones de las barras de bus, el espaciado de soporte, etc., contra la documentación proporcionada. Se registran cualquier desviación.
a) Diagrama unifilar del equipo de conmutación y control, incluyendo nombres de tipos de componentes.
b) Dibujo de disposición general (dibujo de ensamblaje), incluyendo:
Dimensiones totales
Dimensiones del sistema de barras de bus
Estructura de soporte
Aclaraciones eléctricas
Materiales de los componentes principales
c) Dibujos de identificación del equipo de conmutación según se detalla en las pautas relevantes de STL.
