Interruptores de Potencia de Alta Tensión

Los interruptores de potencia de alta tensión forman parte de los sistemas de protección para proteger los equipos primarios de las redes eléctricas, como los transformadores eléctricos y las líneas de transmisión y de distribución.

Cuando un relé de protección detecta una falla, envía una señal de disparo al mecanismo de operación del interruptor de potencia para que interrumpa la corriente de cortocircuito tan pronto como sea posible sin que ocurran daños severos dentro del interruptor ni en el equipo fallado.

En otras palabras, la función general de un interruptor de potencia es cerrar y abrir los circuitos de la subestación tanto para despejar fallas como para conectar y desconectar partes de la red eléctrica.

¿Cuál es la Diferencia entre un Interruptor de Potencia y un Seccionador?

Los seccionadores (definidos en inglés como “switch disconnector”) tienen la capacidad de abrir la corriente normal de carga, pero no tiene la capacidad de despejar una corriente de cortocircuito. Por lo tanto, sólo se usan para aislar los equipos de la subestación durante trabajos de mantenimiento, o durante cambios en los arreglos de barra de la subestación.

A pesar de que tienen la capacidad de abrir corrientes normales de carga, para alargar la vida útil de los seccionadores es recomendable operarlos sin carga, y realizar todos los comandos de apertura y cierre de carga con los interruptores de potencia.

¿Cuáles son los Principales Tipos de Interruptores de Potencia de Alta Tensión?

Existen varios tipos de interruptores de potencia, y en este artículo definiremos los tipos más comunes hoy en día en subestaciones de alta tensión: Interruptor de Tanque Vivo, Interruptor de Tanque Muerto, e Interruptor de Desconexión (DCB).

1. Interruptor de Tanque Vivo

Los interruptores de potencia de tanque vivo son aquellos que tienen alto potencial en condiciones normales de operación, debido a que la cámara de interrupción está aislada de la tierra por un aislante de porcelana o de algún otro material compuesto. Y, debido a esto, no es posible que haya corrientes de falla entre la unidad de interrupción y la cubierta, por lo que no es necesario considerar transformadores de corriente (TC) a ambos lados del interruptor, sino que bastaría con un sólo TC externo por polo a un solo lado del interruptor.

Interruptores de Potencia de Tanque Vivo SIEMENS
Imagen Referencial: Interruptor de Tanque Vivo. Fuente: SIEMENS Energy Global.

En este tipo de interruptores, la altura de los aisladores para la cámara de interrupción está determinada por el nivel de voltaje de la subestación, y tiene los compartimientos de gas más pequeños que otros tipos de interruptores de potencia de alta tensión. En este sentido, al requerir bajo volumen de gas para su operación normal, entonces requerirá baja cantidad de gas durante los trabajos de mantenimiento, lo que conlleva a ahorros operativos en comparación con los costos de mantenimiento de los interruptores de tanque muerto.

2. Interruptores de Potencia de Tanque Muerto

Los interruptores de potencia de tanque muerto son aquellos cuya carcasa de la cámara de interrupción es de material metálico y está conectada a tierra. El interior del tanque está lleno de gas SF6 (o de otros tipos de gases de menor impacto ambiental) para aislar la carcasa de las partes vivas de los contactos internos. Adicionalmente, tiene aisladores (bushings) externos para conectar la cámara de interrupción con los terminales de alta tensión.

GE Interruptor Tanque Muerto
Imagen Referencial: Interruptor de Tanque Muerto, Marca GE Grid Solutions.

Las desventajas de este tipo de interruptores es que corren el riesgo de fallas internas a tierra o cortocircuitos dentro de la carcasa del tanque. Por lo que, para detectar las fallas internas del interruptor, se necesitan equipar los bushings de ambos lados del interruptor con transformadores de corriente que, a su vez, deberán estar conectados a los relés de protección de forma que solapen sus zonas de protección adecuadamente para discernir entre las fallas internas y externas del interruptor.

3. Interruptor de Desconexión (DCB)

El interruptor de desconexión se identifica con las siglas DCB por su descripción en inglés “Disconnecting Circuit Breaker”, y reemplaza la combinación convencional de interruptor y seccionador separados. Es decir, la función del seccionador está integrada en la cámara de interrupción, por lo que el DCB cumple con ambos requerimientos de “interrupción” y “desconexión” en un sólo equipo.

Interruptor de Potencia DCB disconnecting-circuit-breaker
Imagen Referencial: Interruptor DCB. Fuente: SIEMENS Energy Global.

La ventaja del uso del DCB es que reduce el tamaño de la subestación al ahorrar el espacio que ocuparía el seccionador típico separado del interruptor. Pero, la desventaja es que toda la barra colectora de la subestación deberá desenergizarse cada vez que se deba hacer el mantenimiento a alguno de los DCB. Porque, aunque se abra el interruptor para mantenimiento, el lado fuente del DCB siempre estará energizado al no haber un seccionador externo que desconecte todo el circuito del interruptor para gestiones de mantenimiento.

¿Cuáles son los Medios de Interrupción de los Interruptores de Potencia de Alta Tensión?

Los interruptores de potencia de alta tensión pueden clasificarse en tres tipos dependiendo del medio de interrupción: gas, vacío y aceite. En este artículo hablaremos de los más comunes, que son los de gas SF6 y los de vacío, aunque actualmente el gas SF6 está siendo sustituido por otros tipos de gases menos contaminantes, pero el principio de operación es muy similar.

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1. Interrupción en Gas SF6

El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas pesado, inerte y electronegativo. Es decir, los electrones libres son atraídos por el gas y no son libres de moverse, por lo que el SF6 tiene alta resistencia dieléctrica y aumenta con la presión, contribuyendo a una mejor propiedad de extinción del arco.

La desventaja del uso del gas SF6 como medio de interrupción es que la formación de arco puede producir una serie de subproductos de descomposición tóxicos que imponen grandes exigencias al reciclaje y la eliminación del gas. Por esta razón, los fabricantes están desarrollando nuevas tecnologías para poder sustituir el SF6 por gases que no sean tóxicos.

2. Interrupción en Vacío

Los interruptores en vacío suelen utilizarse en subestaciones de hasta 70kV, y el espacio de aislamiento es más pequeño que el de otros medios de interrupción dado que no contiene ningún gas que ionice el arco eléctrico. En este caso, las placas de contacto están formadas para conducir la corriente de una manera que crea un campo magnético que hace que el arco gire y se apague. El beneficio de que el arco gire es que el calor se distribuye uniformemente en la cámara de interrupción y los contactos de erosionan de forma uniforme.

Otras ventajas de los interruptores en vacío es que su vida útil es relativamente larga y su impacto en el medio ambiente es limitado, ya que están diseñados sin gases venenosos y requieren pocos componentes constructivos.

Conclusión

Es importante conocer las diferencias entre seccionador, interruptor de tanque vivo, interruptor de tanque muerto y DCB antes de implementarlos en la planificación y diseño de nuestros proyectos. Ya que, si conocemos las ventajas y desventajas constructivas de cada equipo, podremos garantizar la eficiencia de nuestro diseño y del presupuesto requerido para construir la subestación.

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Referencias Bibliográficas

GE Grid Solution HV Live Tank & Dead Tank Circuit Breakers.

SIEMENS Energy Global Live tank circuit breakers.

SIEMENS Energy Global Disconnecting circuit breakers.

Mitsubishi Electric HV Gas Insulated Circuit Breakers.

ALSTOM Grid. Network Protection & Automation Guide.

Megger. Circuit Breaker Testing Guide.

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