Interruptor de aceite: tipos, etiquetado y particularidades de uso
Entre los equipos de conmutación, un lugar de honor, como un veterano, lo ocupa el interruptor de aceite, utilizado tanto en subestaciones de distribución cerradas como abiertas de cualquier voltaje.
Su función principal es conectar y desconectar líneas individuales de un sistema eléctrico que funciona normalmente o en situaciones anormales. La desconexión, según las circunstancias, ocurre automática o manualmente.
En este artículo analizaremos los tipos existentes de estos dispositivos, su clasificación y marcado. También prestaremos atención a las ventajas y desventajas de dichos interruptores, las características y reglas de su uso. Para una mejor comprensión del material, hemos seleccionado esquemas, tablas, fotos ilustrativas y videoresúmenes temáticos.
Contenido del artículo:
Ventajas y desventajas de los interruptores de aceite
Estos dispositivos tienen una construcción relativamente sencilla. Poseen una buena capacidad de interrupción, no dependen de las condiciones climáticas. Cuando se producen fallas, se pueden realizar trabajos de reparación. Los IA de tanque son adecuados para instalación exterior. Existen condiciones para el montaje de transformadores de corriente integrados.
Un papel importante en el funcionamiento del IA lo juega la velocidad de separación de los contactos. Puede ocurrir una situación en la que los contactos se separan a gran velocidad y el arco alcanza instantáneamente una longitud que resulta crítica para él. En ese caso, la magnitud de la tensión de restablecimiento puede no ser suficiente para perforar el espacio entre contactos.
Las desventajas son mayores en los interruptores de tanque. La primera es la presencia de un gran volumen de aceite, por lo tanto, las dimensiones considerables de estos equipos y subestaciones de distribución. La segunda es el riesgo de incendio y explosión; en situaciones anormales, las consecuencias pueden ser las más impredecibles.
El nivel de aceite tanto en el tanque como en las entradas, así como su estado, debe mantenerse bajo control periódico. Si en las redes de suministro eléctrico atendidas hay IA, es necesario disponer de una instalación especial para el aceite.
Clasificación de los interruptores de aceite
El uso de interruptores de aceite comenzó a finales del siglo antepasado. Casi hasta mediados del siglo XX, simplemente no existían otros dispositivos de desconexión en las redes de alta tensión.
Existen dos grandes grupos de estos aparatos:
- De tanque, para los cuales es característica la presencia de un gran volumen de aceite. Para este equipo, el aceite es tanto el medio en el que se extingue el arco como el aislamiento.
- De bajo contenido de aceite o de pequeño volumen. El nombre mismo indica la cantidad de relleno. Estos interruptores contienen elementos dieléctricos, y el aceite aquí solo es necesario para la extinción del arco.
Los primeros se utilizan principalmente en instalaciones de distribución de 35 a 220 kV. Los segundos, hasta 10 kV. Los dispositivos de bajo contenido de aceite de la serie VMT se aplican también en subestaciones exteriores diseñadas para 110 y 220 kV.
El principio de extinción del arco es idéntico en ambos tipos. El arco que aparece al abrir los contactos de alta tensión del interruptor provoca una rápida evaporación del aceite. Esto conduce a la creación de una envoltura gaseosa alrededor del arco. Esta envoltura se compone de vapores de aceite (aproximadamente un 20%) e hidrógeno (H2).
El espacio del arco se desioniza como resultado del rápido enfriamiento del canal del arco mediante la mezcla en la envoltura de gases de alta y baja temperatura.
En el momento de la aparición de los arcos en la zona de contacto, la temperatura es muy alta, alrededor de 6000⁰. Dependiendo de la instalación, se distinguen interruptores para uso interior, exterior, así como para uso en KRP (dispositivos de distribución completos).
Tipo n.º 1: equipo de tipo tanque
El equipo de conmutación de este tipo puede tener un tanque o más dependiendo de la tensión. En el primer caso, hasta 10 kV, en algunos casos hasta 35. Cada fase de los interruptores que operan en instalaciones de mayor tensión está colocada en un tanque individual.
Los accionamientos tanto para los interruptores de tanque como para los de bajo contenido de aceite pueden ser manuales, automáticos montados sobre la bobina de cierre del solenoide, o de resorte. En el segundo caso, se utiliza la propiedad magnética del solenoide que permite atraer el núcleo metálico, conectado mediante un sistema especial al eje del interruptor de aceite (MV).
Al aplicar corriente continua eléctrica al devanado del solenoide, se produce el cierre del conjunto debido a la retracción del vástago del circuito magnético, seguido del giro del eje del interruptor.
Un pestillo especial mantiene el eje en esa posición. Simultáneamente con el cierre, el solenoide proporciona una posición determinada a los resortes de apertura, los cuales, al recibir un impulso eléctrico especial, desconectarán el interruptor de aceite (MV).
El proceso de apertura es iniciado por un segundo solenoide al golpear el mecanismo de rodillo (pestillo). Como resultado, el eje gira instantáneamente por el resorte y se produce la desconexión. Para el funcionamiento del accionamiento de solenoide, es necesaria la presencia de una batería para alimentarlo con corriente continua.
Cuando la batería está ausente, se aplica un accionamiento de resorte. La conexión se realiza utilizando un motor eléctrico o mediante esfuerzo muscular. La desconexión manual es posible para unidades de baja potencia con valores de corrientes de cortocircuito (CC) hasta 30 kA, para cuya desconexión se requiere aplicar un esfuerzo máximo de 25 kg.
Interruptor de aceite monotanque con arco abierto
En algunos cuadros de distribución se instalan interruptores de tanque que no tienen cámaras de extinción de arco. El arco eléctrico se extingue aquí de la manera más simple: mediante una doble apertura de contactos en un recipiente lleno de aceite. A estos dispositivos con arco abierto pertenecen los modelos nacionales VMB y VME. Están diseñados para una corriente nominal de 1,25 kA.
El símbolo 'E' indica tipo excavador, el número 6 es el voltaje nominal de 6 kV, 200 es la corriente nominal en amperios. La corriente de corte umbral para este interruptor de aceite es 1,25 kA. El tanque de este interruptor de aceite está hecho de acero y está conectado a la tapa de fundición de hierro mediante pernos. Las paredes del tanque están cubiertas con aislamiento (13).
Seis aisladores de porcelana que pasan a través de la tapa terminan en grapas de cobre, que cumplen la función de contactos fijos de trabajo. La serie VME tiene un accionamiento manual de volante.
En el travesaño o puente de contacto se encuentran los contactos móviles. También aquí están ubicados los contactos móviles de extinción de arco en forma de escuadras de latón. Las placas de cobre con punteras de latón, que se encuentran en la parte inferior en los extremos de los aisladores, son los contactos fijos de extinción de arco. La varilla aislante, a través del contacto con el mecanismo de accionamiento, transmite movimiento a los contactos móviles.
Con el travesaño en posición levantada, los contactos fijos están cerrados, el resorte responsable de la desconexión está comprimido, el interruptor de aceite está cerrado. El interruptor está conectado al eje del accionamiento del pestillo, que lo mantiene en posición de trabajo. Ante cualquier desconexión, el pestillo se libera, el resorte se descomprime, y el travesaño desciende rápidamente. Ocurre una apertura secuencial de los contactos de trabajo: 4 y 5, luego 7 y 8.
Esto provoca en cada polo del interruptor la apertura del circuito en dos puntos, la aparición del arco y la descomposición del aceite. Dentro de las envolventes 12, la presión alcanza de 0,5 a 1 MPa, activando así el proceso de desionización. En un máximo de 0,1 s los arcos se extinguen, y las envolventes, al elevarse, quedan debajo de la tapa y aumentan el volumen del colchón de aire.
Esta última actúa como un amortiguador que reduce la fuerza del impacto durante la extinción del arco. La altura normal del colchón de aire es aproximadamente el 25% del volumen. Superar este umbral puede provocar una explosión.
Estos interruptores son sencillos de operar, relativamente económicos y convenientes para su uso en subestaciones al aire libre. Sin embargo, los vapores calientes de aceite se inflaman fácilmente incluso con un simple contacto con el oxígeno.
La combustión del arco en el medio de aceite inicia un proceso de policondensación, lo que deteriora la rigidez dieléctrica del aceite. El tanque se obstruye con un sedimento compuesto de partículas de carbono. Por lo tanto, son necesarias revisiones del equipo con cambio de aceite.
Interruptores de aceite con cámara de extinción de arco
La capacidad de interrupción y la fiabilidad de funcionamiento de los interruptores de tipo tanque aumentan significativamente con la presencia de la cámara de extinción de arco. Esta se coloca en el aceite contenido en el tanque. En los interruptores de tres tanques, cada fase se dispone en un tanque separado.
La estructura es más compleja que la de un interruptor de aceite sin cámaras de extinción de arco y consta de:
- polo (1);
- transformador de corriente (2);
- cuerpo del accionamiento (3);
- varilla (4);
- contacto fijo (5);
- cámara de extinción de arco (6);
- aislamiento (7);
- elemento calefactor (8);
- dispositivo de drenaje de aceite (9).
La parte superior de la cámara está equipada con un contacto fijo. Al cerrar, un contacto móvil en forma de varilla penetra en él. Al abrir, la varilla abandona el contacto fijo, dando lugar a la aparición de un arco en la cámara. La magnitud de la presión generada en este momento es un orden de magnitud superior al parámetro correspondiente de los interruptores no equipados con cámara de extinción de arco.
La presión de 8-7 MPa reduce el diámetro del arco y aumenta la rigidez dieléctrica del intervalo después de que la corriente cruce el punto cero. Como resultado, el proceso de extinción del arco es más rápido. Tras la salida del contacto móvil de la cámara, se produce una expulsión de gases a través de la abertura libre, arrastrando parcialmente aceite.
La columna del arco se enfría rápidamente y se produce una desionización intensa. A medida que aumenta la corriente, la eficacia de funcionamiento de la cámara de extinción de arco crece. El interruptor de aceite también puede funcionar como equipo de arco abierto en caso de desconexión de corrientes pequeñas.
El tipo de soplado automático se determina por la construcción de la cámara de extinción de arco. En el primer caso, el vector de la mezcla de vapores tiene una dirección longitudinal con respecto al tronco del arco (fragmento a). En el caso de la dirección transversal, el flujo de soplado se mueve en una dirección perpendicular al tronco del arco o en un ángulo determinado (fragmento b).
En el caso de que el flujo tenga una dirección opuesta al vector de movimiento del contacto móvil con el arco, se produce un soplado en contra. A menudo, en los dispositivos de extinción de arco se utilizan combinaciones de estos métodos.
En la última etapa, se prepara la cámara para participar en el siguiente ciclo de desconexión. Para el reenganche automático (APV), esta etapa es extremadamente importante.
Tipo n.º 2: interruptores de tipo vasija o de bajo contenido de aceite
En instalaciones cerradas, los interruptores de tipo vaso se utilizan como generadores y de distribución. En las abiertas, como los de subestación y distribución. En los interruptores de este tipo, el aceite no realiza funciones de aislamiento, solo es necesario como medio para la extinción del arco.
El riesgo de incendio y explosión de los VM de bajo volumen es significativamente menor que el de los de tanque. Se instalan tanto en ORU como en ZRU de cualquier tensión hasta 110 kV. El papel de aislamiento de los polos entre sí y con respecto a tierra lo realizan dieléctricos como la porcelana, la resina moldeada y la esteatita.
El aceite en estos VM ocupa solo del 3 al 4% del volumen del polo. El pequeño volumen de aceite, la baja masa y las dimensiones convenientes son una ventaja indiscutible de este equipo. Sin embargo, se utilizan en aquellos nodos del sistema donde no se exigen altos requisitos a los interruptores.
Estas limitaciones se explican por la fuerte dependencia de la capacidad de interrupción con la corriente de corte, y la inadaptación del diseño para trabajar en condiciones de desconexiones frecuentes.
Otra razón son las dificultades en la implementación de múltiples APV de acción rápida. En los interruptores de bajo volumen se utilizan los siguientes tipos de soplado de aceite: transversal, longitudinal, mixto. Los especialistas consideran que el primero de ellos es el más efectivo.
En los interruptores de este tipo, destinados a ZRU, los contactos están colocados en un recipiente de acero. Los MV de tensión 35 kV y superior tienen una envolvente de porcelana. El equipo más utilizado es el suspendido de 6-10 kV. Su cuerpo está fijado en un bastidor común para todos los polos. Los tres polos tienen una cámara de extinción de arco, cada uno está diseñado para una interrupción de contactos, y para tensiones más altas, para 2 o más.
Según el esquema presentado, se fabrican interruptores VMP, VMG, MG, diseñados para tensiones de hasta 20 kV. Una característica de la construcción de interruptores para corrientes de alta intensidad nominal es que los contactos de trabajo están colocados en el exterior, mientras que los de extinción de arco están en el interior del tanque.
Los interruptores de la serie VMP se utilizan a menudo en dispositivos cerrados, así como en KRU de 6-10 kV. En los tableros de distribución completos se instalan interruptores de la serie VK. Están equipados con un accionamiento electromagnético o de resorte incorporado, y están diseñados para corrientes de corte de 20 – 31,5 kA y corrientes nominales de 630 – 3150 A.
Los interruptores de columna, fabricados especialmente para KRU, se caracterizan por su diseño extraíble. En instalaciones de 35 kV se instalan interruptores VM de tipo columna de las series VMK y VMUE. Los RU de 110, 220 kV se equipan con interruptores de la serie VMT. El conjunto tiene una base soldada sobre la que se colocan sus tres polos. El accionamiento es de resorte.
En el lado derecho de la foto se muestra un módulo, donde: 1 — conductor de corriente, 2 — contacto móvil, conectado al conductor de corriente a través de dispositivos de toma de corriente. La cámara de extinción de arco está marcada con el número 3, el contacto fijo con el 5. Todo lo mencionado está colocado en un aislador hueco (4) de porcelana. En su interior hay aceite de transformador, y arriba un casquete (6).
El último está equipado con un manómetro para poder controlar la presión en el módulo. Además, en la tapa hay un punto para el llenado con mezcla de gas comprimido, una válvula de escape automática, un indicador de nivel de aceite (8). El contacto móvil y el dispositivo de control están conectados mediante varillas aislantes.
El diseño del polo es idéntico para toda la serie de interruptores. En los tanques MV para corrientes nominales de 630 a 1600 A hay 5,5 kg de aceite, para corrientes superiores a 1600 y hasta 3150 A inclusive, 8 kg.
Para aumentar la fiabilidad, en el diseño de algunos interruptores se incluyen adicionalmente elementos de control y protección:
- electroimanes de disparo;
- relés de acción instantánea y con retardo ante corriente umbral;
- relés de mínima tensión;
- contactos adicionales.
Dependiendo de la disposición, existen interruptores de bajo aceite con la cámara de extinción de arco en la parte inferior y, por el contrario, en la parte superior. En el primer caso, el contacto móvil se mueve de arriba hacia abajo; en el segundo, al revés. La capacidad de corte de estos últimos es mayor.
Marcado de los interruptores de aceite
La interpretación de la identificación marcada por el fabricante en el interruptor de aceite permitirá conocer la información básica sobre el mismo. Analicemos, por ejemplo, la identificación del interruptor VMG-133. El primer símbolo 'V' indica que se trata de un interruptor.
El segundo — «M» indica el tipo de interruptor, en este caso, de bajo aceite. La letra «G» determina la pertenencia a un tipo específico — de tipo vasija. 133 — serie MV.
Reglas de operación del IA
El personal de mantenimiento, operativo y los especialistas relacionados con el servicio y la operación de los interruptores de aceite deben conocer las instrucciones correspondientes, el diseño y el principio de funcionamiento del equipo.
Los trabajadores que dan servicio a los interruptores de aceite, durante la operación deben controlar:
- El voltaje de operación y la corriente de carga. Los valores no deben exceder los límites de las tablas.
- La altura de la columna de aceite en los polos, la ausencia de fugas.
- Presencia de lubricación en las partes en fricción. Los contactos pueden perder movilidad y atascarse si la lubricación de los elementos en fricción se vuelve espesa y sucia.
- El nivel de polvo en los locales donde se encuentran los equipos de distribución.
- La conformidad de las características mecánicas de los interruptores en operación con las normas de las tablas.
Después de cada desconexión por cortocircuito, se debe inspeccionar el equipo. La información sobre estas desconexiones se registra en un libro especial. Debe haber un libro de registro de defectos para anotar las fallas detectadas durante el funcionamiento del equipo. El interruptor en el que se produjo la desconexión debido a un cortocircuito debe ser inspeccionado.
Se verifica si hay expulsión de aceite. Si esto ocurre, y en gran cantidad, indica una desconexión anormal por cortocircuito. El equipo se retira de servicio y se somete a inspección. Cuando el aceite está oscuro, se necesita reemplazo. La velocidad de apertura se ve afectada negativamente por la viscosidad del aceite, que aumenta cuando la temperatura desciende.
A veces surge la necesidad de reemplazar la lubricación vieja durante la reparación por una nueva: TsIATIM-221, GOI-54 o TsIATIM-201.
Después de sacar el interruptor de aceite de servicio, los aisladores de soporte, las varillas y el aislamiento de los tanques deben ser inspeccionados minuciosamente en busca de grietas. El aislamiento muy contaminado se limpia. La necesidad de reparaciones extraordinarias surge después de un cierto número de cortocircuitos.
La inspección periódica (PO) se realiza mensualmente. Se presta atención al grado de calentamiento del interruptor. El mantenimiento rutinario (TR) se realiza anualmente. Incluye trabajos como la verificación y corrección de defectos en los sujetadores, la cinemática del accionamiento, el nivel de aceite y los sellos. También se verifican las piezas de aislamiento para garantizar su integridad.
Después de 3-4 años de una reparación general, se realiza una reparación media (RM). Incluye todo el conjunto de trabajos de la reparación técnica (RT) más adicionalmente se realizan mediciones de la resistencia de contacto de los polos y se verifican los parámetros mecánicos y de velocidad.
En caso de detectar una discrepancia entre las características controladas y los datos de la tabla, se desmonta el interruptor, se realiza el ajuste y el conjunto completo de pruebas de alta tensión.
Durante una reparación extraordinaria, generalmente se intenta mantener el ajuste anterior sin cambios. Por esta razón, el interruptor se desmonta al mínimo. La periodicidad de la reparación general es de 6 a 8 años. En su alcance se realiza una inspección general, se retiran los cilindros del bastidor, se desconectan las barras, se repara el accionamiento, los dispositivos de extinción de arco y los contactos auxiliares.
Después de todo, se realiza el ajuste, la pintura, se conectan las barras, se realizan las pruebas. Se documentan todos los trabajos.
Además de los interruptores de tipo aceite, en las redes de alta tensión se utilizan otros dispositivos de desconexión. Por ejemplo, los de hexafluoruro de azufre (SF6) y los de vacío. En nuestro sitio web hay otros artículos donde se detallan las características y el diseño de estos tipos de interruptores, así como las particularidades de su uso:
- Interruptor de vacío: dispositivo y principio de funcionamiento + matices de selección y conexión
- Interruptores de gas SF6: pautas de selección y reglas de conexión
Conclusiones y video útil sobre el tema
Interruptor de aceite: diseño, tipos, propósito y operación:
Revisión detallada del VMP-10:
Los interruptores de aceite también cumplen con todos los requisitos principales que se exigen a los interruptores que operan en condiciones de alta tensión. La mayoría de ellos son seguros y fiables en su funcionamiento, proporcionan una desconexión rápida y son sencillos de instalar. A pesar de ello, los fabricantes se esfuerzan por garantizar un cumplimiento aún mayor de los requisitos planteados a los interruptores de aceite.
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Por favor, indíqueme ¿en qué se diferencian los interruptores de aceite VMP de los VPM?
El ámbito de aplicación del VPM (y su predecesor VMG) – es en instalaciones interiores, mientras que el VMP – en aparamenta de distribución cerrada, así como en celdas (KRU) de 6-10 kV.
Para que quede más claro, lo explicaré con un poco más de detalle. Tomando como ejemplo el VMP-10 y el VPM-10. Ambos interruptores pertenecen al tipo de bajo contenido de aceite y se implementan como aparatos de conmutación tripolares. Los VMP-10 y VPM-10 están diseñados para trabajar en instalaciones cerradas, con corriente alterna de alta tensión. La diferencia radica en las características constructivas y los métodos de montaje. Adjunto una foto.