Técnicas de corte en Media Tensión

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1 Técnicas de corte en Media Tensión
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2 Equipos de Apertura Sus funciones y aplicaciones
Definición IEC Apertura Cierre Aislación Función   Seccionador de aislamiento Dispositivo de desconexión mecánico que en posición abierto garantiza satisfactoriamente la distancia de aislación bajo condiciones específicas. Intenta garantizar la seguridad de aislación de un circuito, este debe estar asociado con un seccionador de puesta a tierra. si no no si no si si Seccionador de puesta a tierra Seccionador especialmente diseñado para conectar los conductores de fase a tierra. Intenta ofrecer seguridad en caso de trabajar sobre el circuito, desenergizando los conductores activos a tierra. si no no si no si no Los principales aparatos de corte que se utilizan en MT son: seccionador bajo carga seccionador aislamiento interruptores automáticos contactores Los seccionadores son = sin carga = bajo carga = corto circuito = dependiendo del caso 

3 Equipos de Apertura Sus funciones y aplicaciones
Definición IEC Apertura Cierre Aislación Función   Seccionador bajo carga Dispositivo de desconexión mecánico capaz de abrir corrientes bajo condiciones normales del circuito, incluyendo eventualmente corrientes bajo carga en servicio. Intenta el control de circuitos (apertura y cierre). En los sistemas de distribución pública y privada de MT frecuentemente se los asocia con fusibles. si si no si si si si Contactor Dispositivo de desconexión mecánico capaz de mantener y abrir corrientes bajo condiciones normales de del circuito, incluyendo condiciones de sobretensión en servicio. Diseñado para funcionar muy frecuentemente, este es utilizado para el control de motores. si si no si si si no = sin carga = bajo carga = corto circuito 

4 Equipos de Apertura Sus funciones y aplicaciones
Definición IEC Apertura Cierre Aislación Función   Interruptor automático Dispositivo de desconexión mecánico capaz de mantener y abrir corrientes bajo condiciones normales del circuito y bajo condiciones anormales específicas del circuito tal como la duración de un cortocircuito. Dispositivo de conexión general. Además de controlar los circuitos, garantiza la protección contra fallas eléctricas. Reemplaza los contactores en el control de grandes motores de MT . si si si si si si no = sin carga = bajo carga = corto circuito 

5 Principio de Apertura El interruptor ideal
Debe permitir abrir la corriente instantáneamente, es decir pasar directamente de un estado conductor a un estado aislado. Teóricamente hablando, un interruptor ideal sería capaz de realizar una apertura instantánea de la corriente, lo cual es equivalente a pasar directamente del estado conductor al estado de aislador. La resistencia del interruptor ideal debe pasar entonces inmediatamente de cero a infinito. Considerando idealmente y de manera simplificada a L y C como la inductancia y “capacitancia distribuida” respectivamente, asociadas a las diversas impedancias puestas en juego a lo largo del circuito (de la carga, del generador, de la línea, etc), este interruptor debe ser capaz principalmente de: Evacuar (en la práctica por disipación) la energía electromagnética acumulada en el circuito antes de la apertura, es decir, ½ L i2 en el caso de un cortocircuito con Zcarga = 0. Esta condición podría evitarse si el interruptor tuviera la capacidad de realizar la apertura justo en el 0 corriente de la onda. Resistir la sobretensión (Ldi/dt) que aparece entre contactos del dispositivo, la cual tendría un valor infinito si el pasaje de aislador a conductor ocurre en un período de tiempo infinitamente pequeño. Esto llevaría inevitablemente a la ruptura dieléctrica. Asumiendo que estos problemas han sido resueltos y que la perfecta sincronización de la transición aislador-conductor del seccionador ha sido alcanzada justo sobre el pasaje natural del 0 corriente, aún entonces permanece otra dificultad a tener en consideración, la aparición de una tensión transitoria de restablecimiento (TRV) con posterioridad a la ruptura de la corriente. C Carga Este dispositivo debe ser capaz de: Absorber la energía electromagnética acumulada en el circuito justo antes de la apertura. ½ L i2 debido a la naturaleza inductiva del circuito en el caso de un cortocircuito. Resistir la sobretensión (Ldi/dt) que aparece entre los terminales del dispositivo, que debería tender a infinito si pasa de estado aislado a conductor en un periodo infinitesimalmente pequeño de tiempo. Apertura

6 Principio de Apertura Existencia, propagación y extinción del arco
Existencia del arco por: Imposibilidad de cortar la corriente cuando está se encuentra en su valor cero. La velocidad necesaria a la que debe ocurrir la separación entre contactos para que la rigidez dieléctrica se mantenga mayor que la TTR. Dos razones explican la existencia del arco: es prácticamente imposible separar los contactos exactamente en el instante de corriente “cero natural” (cero en onda de 50 c/s) debido al incierto orden de medición: para un valor eficaz de 10 kA, la corriente instantánea, 1ms antes de 0, está todavía en 3000A. La sobretensión instantánea L di/dt, la cual aparecería entre contactos del dispositivo si inmediatamente llega a ser aislado, sería infinita y llevaría a la inmediata ruptura dieléctrica en la brecha inter-contactos, la cual es todavía pequeña. La separación de los contactos debe llevarse a cabo a suficiente velocidad para que la rigidez dieléctrica entre contactos permanezca más grande que la tensión transitoria de restablecimiento. Esto requiere una energía mecánica cercana al infinito que ningún dispositivo puede proveer en la práctica. Los procesos de apertura del arco eléctrico toma lugar en tres fases: la propagación del arco la extinción del arco el post-arco la propagación del arco: Antes de alcanzar el cero de corriente la separación de los contactos origina la ruptura dieléctrica del medio inter-contacto. El arco que aparece es una columna de plasma compuesta de iones y electrones provenientes del medio inter-contacto o del vapor de metal emanados por los electrodos. Esta columna permanece conductora tanto tiempo como su temperatura se mantenga en un nivel suficientemente alto. De manera que la energía calórica que disipa el arco por efecto Joule W, promueve la sustentación del arco al mantener su temperatura. La tensión que aparece entre los dos contactos debido a la resistencia del arco más las caídas de tensión en las placas de contacto anódica y catódica, es llamada tensión de arco Ua. Su valor, que depende de la naturaleza del arco, es influenciado por la intensidad de la corriente y por el intercambio de calor con el medio (paredes, materiales, etc) . Este calor intercambiado con el entorno el cual se transmite por radiación, convección y conducción, es característico de la capacidad de enfriamiento del dispositivo. El papel de la tensión de arco Ua es vital dado que la potencia disipada W en el dispositivo durante la apertura depende fuertemente de ella. W = ƒ t0 tarc Ua idt , donde to es el momento del iniciación del arco y tarc es el momento de interrupción. En MT y AT, Ua siempre permanece bien debajo de las tensiones de red, y por ello no tiene un efecto limitante , excepto para casos particulares. La apertura es por consiguiente cerca del “cero natural” de la corriente alterna. la extinción del arco: mientras los contactos se separan, el arco se extinguirá al momento de pasar la corriente por su cero natural de la onda de corriente alterna, al mismo tiempo que la resistencia del arco se incrementa de acuerdo a una curva la cual principalmente depende de la constante de tiempo de des-ionización en el medio intercontacto. (ver figura). Sin embargo, la resistencia de arco toma un valor alto, pero no infinito, y debido a la aparición entre contactos de la tensión transitoria de restablecimiento (TTR) se establece de nuevo una corriente de post-arco. Si la potencia disipada por efecto Joule debido a la corriente post-arco excede la capacidad de enfriamiento del dispositivo, el proceso de enfriamiento del medio no tardará en decaer: el descontrol térmico seguido de la ruptura dieléctrica tomarán lugar, resultando una falla térmica. Si el incremento de tensión entre contactos no excede un cierto valor crítico, la resistencia del arco puede incrementarse suficientemente rápido de manera que la potencia disipada en el medio permanece menor que la capacidad de enfriamiento del dispositivo evitando el descontrol térmico. Post-arco: De manera que, para que una apertura sea exitosa, es también necesario que la tasa de recuperación dieléctrica sea mucho más rápida que el incremento de la TTR, de otro modo ocurre la ruptura dieléctrica. En este caso el medio otra vez llegará a ser conductivo, generando fenómenos transitorios. Estas fallas dieléctricas post-ruptura son llamadas: Re-ignición, si toma lugar dentro del cuarto de período siguiente al cero corriente. Re-encendido, si toma lugar más tarde Procesos del arco eléctrico: Propagación del arco. Extinción del Arco Post Arco

7 Tensión Transitoria de Restablecimiento
Es aquella tensión que se produce en bornes del elemento de corte luego de la ruptura de la corriente. Nivel de tensión (Ur en kV) TTR valor pico (Uc en kV) Tiempo t (en us) Incremento Uc/t (en kV/us)

8 Tensión Transitoria de Restablecimiento
Figura a) Apertura exitosa Figura b) Apertura no exitosa En efecto, después de interrumpirse la corriente en el cero natural de la onda, surge entre bornes del interruptor la sumatoria de la tensión debida a las capacidades cargadas en todo el circuito (principalmente parásitas de la línea), y la tensión de red, la cual alcanza su valor de cresta en el 0 corriente debido a que en circuitos fuertemente inductivos (caso del cortocircuito) la corriente está desfasada 90° con relación a la tensión. Un semiperíodo después que la corriente ha sido interrumpida, la llamada Tensión Transitoria de Restablecimiento alcanza, un valor diferencial igual a dos veces la tensión de cresta. Si el interruptor no es capaz de soportar esta tensión, entre los contactos que se separan (apertura aún insuficiente), se puede producir un reencendido (ver primer pico de corriente). Seguidamente, si el circuito lo permite (circuito monofásico o con neutro real), se presenta una inversión de tensión en los bornes de las capacitancias, llevándolos durante la conducción a una carga de tensión máxima Vc de tres veces la tensión de cresta. La corriente se interrumpe de nuevo y se puede producir un segundo reencendido en el semiperíodo siguiente, bajo una tensión máxima Vc de cinco veces la tensión de cresta. Este comportamiento puede dar lugar a una escalada de tensión muy importante, y debe ser evitado eliminando la posibilidad del primer reencendido. Ahora bien, la separación entre contactos necesaria para la ruptura, aumenta al mismo tiempo que la TTR. Cuando la tasa de aumento de la tensión dieléctrica sobrepasa la tasa de crecimiento de la TTR, la ruptura es definitiva. Con lo cual el interruptor ideal debería ser capaz de resistir varios kV durante menos de 1 microsegundo después de la transición de conductor-aislador. Aún cuando la tasa de incremento de TTR tiene un fundamental impacto sobre la capacidades de los dispositivos de apertura, este valor no puede ser determinado con exactitud para todas las configuraciones. La especificación IEC 56 define un rango TTR para cada tensión asignada correspondiente a los requerimientos normalmente encontrados. La capacidad de apertura de un interruptor es por eso definida como: la máxima corriente que el interruptor puede abrir para su tensión asignada con el correspondiente TTR. Un interruptor automático debe ser capaz de abrir todas las corrientes menores que su capacidad de apertura para todas aquellas TTR cuyo valor sea menor que el valor TTR asignado.

9 Principio general del corte en CC
corriente normal A tiempo de corto corte exitoso corriente de corto KA separación de los contactos inicio del corto cero de corriente tensión nominal T.T.R. tensión nominal Cuando se separan los contactos se produce el arco eléctrico. Durante la duración del arco, la tensión entre contactos depende de la resistencia del arco. En el punto de cero corriente el corte se inicia; cuando el arco se apaga, la distancia entre los contactos se vuelve aislante. La tensión entre los contactos alcanza las FEM del generador, con un régimen transitorio denominado tensión transitoria de restablecimiento. El valor de la velocidad de crecimiento de la TTR es de varios kV por microsegundo.

10 Medio de Ruptura Cualidades físicas:
En el periodo del arco, reduce al máximo la energía disipada y logra evacuarla lo mas rápidamente posible antes del paso de la corriente por cero. En el momento del paso de la corriente por cero la regeneración de la rigidez dieléctrica debe superar a la TTR. La Ruptura es exitosa si: Cualidades físicas: Alta conductividad eléctrica. Conductividad térmica elevada. Rápida reconstitución del medio de corte.

11 Técnicas de corte Aire Aire Comprimido. Aceite. Vacío. SF6 Aire Aceite
Tensión (kV) 800 Aire Aire Comprimido. Aceite. Vacío. SF6 220 36 24 12 3 Entre las diferentes técnicas de corte podemos nombrar: Aire con un rango que comprende hasta los 24 kV. Aire comprimido con un rango desde los 12 kV hasta los 800 kV. Aceite cuyo rango va desde los 3 kV hasta los 220 kV. Vacio desde los 3 kV hasta los 36 kV. Gas SF6 hasta 800 kV. Aire Aceite Vacio SF6 Aire Comprimido

12 Corte en Aire Cámara de ruptura Paneles refractarios
Principio de funcionamiento: Alargar el arco mientras la corriente se mantenga en valores elevados tratando así de limitar la energía disipada. Este alargamiento del arco ocurre hasta que ocurre el paso de la corriente pase por cero. Aplicaciones: Hasta 24 kV. Para mayores niveles de tensión se utiliza aire comprimido. Involucra el alargamiento del arco mientras el valor de la corriente se mantenga en valores altos para poder limitar así la energía disipada hasta que la corriente llegue a su valor cero. Para este propósito se utiliza una cámara de ruptura para cada polo. Dicha cámara de ruptura ubicada entre los contactos, está constituida por un volumen dividido por paneles refractarios (con gran capacidad calorífica) en la cual el arco puede extenderse. En la práctica, cuando la corriente disminuye, el arco, sujeto a fuerzas electromagnéticas, penetra en los paneles, este se alarga y se enfria al contacto con el material refractario hasta que la tensión del arco se hace mayor que la tensión de la red, trayendo como consecuencia gran incremento de la resistencia del arco. La energía provista por la red, se mantiene menor que la capacidad de enfriamiento y ocurre la ruptura. Aplicación: Hasta niveles de tensión hasta 24 kV. Para mayores niveles de tensión se utiliza aire comprimido para mejorar la fortaleza del dieléctrico, la rata de enfriamiento y de ionización. El arco es enfriado a través de un sistema de soplado (entre 20 y 40 bar) . Esta técnica ha sido utilizado en interruptores de alto rendimiento o de mayores tensiones (hasta 800 kV). La técnica de corte en aire a temperatura ambiente ampliamente utilizada en BT debido a su simplicidad, durabilidad y ausencia de sobretensiones y la limitación del efecto de las altas tensiones de arco relativas por el alargamiento del mismo.

13 Corte en Aire Ventajas. Desventajas. Corte suave.
Costo de mantenimiento elevado. Limitación de tensión. Voluminoso, pesado. Rigidez dieléctrica sensible al entorno. La técnica de corte en aire a temperatura ambiente ampliamente utilizada en BT debido a su simplicidad, durabilidad y ausencia de sobretensiones y la limitación del efecto de las altas tensiones de arco relativas por el alargamiento del mismo. En MT otras técnicas llevan la batuta debido a las desventajas que este sistema presenta: Tamaño. Capacidad de ruptura afectado por la presencia partículas de metal provenientes de la envolvente del equipo y por la humedad del aire. Costo y ruido.

14 Corte en Aceite El hidrógeno es utilizado como medio de extinción debido a: Propiedades térmicas, Constante de ionización. Contacto Móvil El hidrógeno liberado durante el arco por el agrietamiento de las moléculas de aceite es utilizado como medio de extinción. El hidrógeno es un buen agente de extinción debido a sus propiedades térmicas y su constante de tiempo de ionización la cual es mejor que el aire, sobre todo para altas presiones. Los contactos están inmersos en un aceite dieléctrico. En la separación, el arco causa que el aceite libre hidrógeno (70%), etileno (20%), metano (10) y carbón libre. Este gas forma una burbuja, la cual, debido a la inercia de la masa de aceite, es sometida durante la ruptura a presiones dinámicas entre 50 y 100 bar. Cuando la corriente pasa por cero, el gas se expande y se funde el arco para ser extinguido. Existen dos tecnologías: Alto volumen de aceite: El arco se produce libremente entre los contactos creando burbujas de gas de tamaño considerable. Para evitar el recebado entre fases o entre terminales y tierra, estas burbujas en ningún momento deberán juntarse entre si ni con el depósito contenedor. Por lo que estos equipos son extremadamente altos. Además son poco seguros debido al hidrógeno acumulado bajo la tapa y el mantenimiento necesario para monitorear el estado de pureza del aceite. Bajo volumen de aceite: El arco y la burbuja están confinados en una camara de ruptura aislada. La presión del gas aumenta y el arco pasa a través de las cámaras sucesivas , luego se expande a través de un conducto cuando la corriente pasa por cero. Este último es enérgicamente barrido restableciendo las propiedades dieléctricas en la zona de los entre contactos. Impacto del valor de la corriente en la capacidad de ruptura: Para altas corrientes, la cantidad de hidrógeno producido y la presión correspondiente llega a altos valores. En consecuencia el tiempo de arco es muy corto. Principales características: - Requiere contacto móvil para minimizar diámetro. La longitud de la cámara de ruptura y el movimiento de los componentes móviles es practicamente proporcional a la tensión aplicada. - Para evitar tensiones excesivas el tiempo de ruptura de arco a altas corrientes debe ser mucho menor que 10 ms y menor de 40 ms para corriente críticas. - La envolvente aislada de la cámara de ruptura debe estar diseñada para soportar presiones muy altas debido a fallas consecutivas. Cámara de Extinción Contacto Fijo

15 Corte en Aceite Ventajas Desventajas Gran simplicidad.
Riesgo de incendio. Mantenimiento frecuente. Muy sensible a recebados. Gran tamaño.

16 Distancia entre electrodos
Corte en Vacío Tensión de ruptura vs. Distancia entre electrodos Ampolla hermética. Tensión de ruptura (kv.) Distancia entre electrodos (mm) Soportes de la ampolla. Envolvente. En teoría el vacío es un medio dieléctrico ideal, no hay ninguna sustancia por lo que no existe conducción. Sin embargo, el vacío no es perfecto y en cualquier caso tiene una capacidad dieléctrica limitada. El vacío a una presión de bar, la capacidad dieléctrica de un campo uniforme llega alrededor de tensiones de 200 kV para una distancia entre electrodos de 12 mm. Ver tabla. A esta presión la capacidad dieléctrica dependerá de la naturaleza de los materiales, forma del electrodo y la distancia entre electrodos. Estos equipos están formados por: a) ampolla de vacío, b) soportes de la ampolla, c) en algunos casos envolvente de resina epóxica, d) estructura aislante Estructura

17 Corte en Vacío Ánodo Cátodo
Polo Principal Contacto Fijo Contacto Móvil Ampolla Hermética Fuelle Metálico Polo Secundario Ánodo Cátodo La ampolla hermética contiene en su interior un par de contactos planos, uno fijo y otro móvil en la que se ha realizado un vacío de aprox (relativos) . El contacto fijo es solidario a una de las tapas de la ampolla y el móvil está unido a la ampolla a través de un fuelle metálico. Internamente, rodeando a los contactos existe un escudo metálico que se forma durante el arco se condense sobre el aislante. En particular el diseñador debe estudiar la forma y la composición del material de los contactos, a saber Cobre-Bismuto, Cobre-Cromo, Cobalto -Ag.- Selenio. La característica fundamental de este medio de extinción es su gran velocidad de regeneración dieléctrica, en el orden de los microsegundos. El arco eléctrico en vacío: La columna del arco es de vapores de metal y electrones provenientes de los electrodos. Este arco puede ocurrir de dos formas: difuso o concentrado. Para altos niveles de corriente el arco es concentrado y simple, tanto el cátodo como el ánodo alcanzan temperaturas extremadamente altas. Una fina capa de material de contacto se vaporiza y el arco se produce en una atmósfera de vapor de metal. Cuando la corriente disminuye, estos vapores se condensan en los propios electrodos o en una pantalla de metal para este propósito. Para bajos valores de corriente el arco toma forma difusa, está formado por varios arcos separados unos de otros en forma cónica con el pico en el cátodo. Paso de la corriente por cero: La ruptura ocurre fácilmente cuando la corriente es cero. De hecho, cuando la corriente se acerca al valor de cero se disminuyen el número de arcos difusos hasta que el último desaparece cuando la energía provista por el arco no es suficiente. La extinción abrupta del último arco es lo que podría provocar el fenómeno de corte abrupto de corriente. Posee baja constante de ionización , en consecuencia los equipos de vacío pueden romper corrientes a con altos gradiente de tensión de recuperación transitoria y altas frecuencias.

18 Corte en Vacío Ventajas. Desventajas. Seguridad de operación.
Sin mantenimiento en las partes activas Rápida regeneración dieléctrica Desventajas. Creación de sobretensiones. Ningún dispositivo permanente de control del dieléctrico. Pérdida total de la capacidad dieléctrica en caso de fuga.

19 Propiedades Químicas:
Corte en SF6 Propiedades Químicas: Incoloro, inodoro, no contaminante, no tóxico y soluble en agua. Inerte Entre las propiedades químicas el SF6 podemos decir que en estado puro es un gas no contaminante, incoloro, sin olor, no inflamable, no tóxico y soluble en agua. Es químicamente inerte, todos los enlaces de las moléculas son saturados y tienen una alto poder disociación, así como una alta capacidad de evacuación del calor producido por el arco (alta entalpía). Durante la fase del arco, en la cual la temperatura puede alcanzar entre y K ocurre la ruptura del SF6. Esta descomposición es virtualmente reversible: cuando se reduce la corriente, disminuye también la temperatura y los iones y electrones pueden componer de nuevo la molécula del SF6. Un pequeño número de biproductos se obtienen de la ruptura del SF6 en presencia de impurezas tales como dióxido de sulfuro o tetrafloruro de carbón. Estos bi productos se mantienen confinado en el bulbo y son fácilmente absorbidos por componentes activo, tal como el silicato de aluminio, material del cual está hecho el ambiente de ruptura. La norma IEC indica los valores standard del SF6 luego de varios años de uso. Las cantidades producidas se mantienen bajas y no son peligrosas para personas o ambientes. Las propiedades físicas podemos nombras las propiedades térmicas o dieléctricas, la conductividad térmica del SF6 es igual al aire sin embargo investigaciones realizadas muestran a altas temperaturas un pico de conductividad térmica. Con respecto a las propiedades dieléctrica podemos decir que el SF6 posee un alto dieléctrico debido a las propiedades electronegativas del F. Propiedades Físicas: Alta conductividad térmica.

20 El SF6, y el medio ambiente
El impacto del SF6 sobre el ambiente es despreciable. El SF6 es un gas inerte. El SF6 no produce ningún efecto sobre la capa de ozono. El SF6 tiene una contribución despreciable sobre el efecto invernadero. Cada año se liberan en Ia atmósfera veces mas de CO2 que de SF6 : El CO2 contribuye mucho mas al efecto invernadero que el SF6. 2

21 El SF6, el gas de corte Alta capacidad de evacuación de energía calorífica producida por el arco Conducción térmica radial elevada, permite realizar intercambios rápidos de calor desde el centro de arco hacia el exterior Debido al reducido período de arco y al rápido restablecimiento del dieléctrico, pueden cortar altas corrientes de defecto En los numerosos ensayos realizados no se han observado recebados (aperturas) ni precebados (cierres) múltiples en aparatos de corte en SF6.

22 El SF6, y el medio ambiente
El uso de SF6 en Media Tensión, implica menos del 1 % en el total de las 6000 toneladas de SF6 liberadas en la atmósfera cada año en el mundo. Utilización de SF6 No eléctrico . trazado . medicina . fundición . aislamiento térmico 90 % 10 % Aparatos eléctricos 9,5 % 0,5 % Seccionadores MT Interruptores MT Tableros GIS en MT Interruptores y tableros GIS en AT = 600 toneladas de SF6 liberadas por año por los aparatos eléctricos 100 % 6000 toneladas de SF6 liberadas por año en la atmósfera

23 El SF6 es un gas inerte. El SF6 no presenta ningún riesgo de toxicidad. La concentración de productos de descomposición resultantes de fugas normales resultan de un nivel insignificante. la porción mas importante de los productos de descomposición son absorbidos por un tamiz molecular ubicado en los aparatos. los productos que escapan de los aparatos en una estación, aun aquellas no ventiladas y de pequeñas dimensiones, provocan una concentración en el aire ambiente 1000 veces inferior al umbral de tolerancia "TLV" (TLV = umbral máximo sin peligro para el hombre, para una exposición de 8 horas por día, 5 días por semana.) 2

24 Técnicas de Corte en SF6 Auto compresión Rotación Auto expansión

25 Apertura por auto - compresión
Contacto móvil Contacto fijo Zona de Alta presión. Compresión térmica y mecánica Zona de Baja presión. Movimiento del contacto móvil Movimiento de los gases Movimiento del arco En esta técnica de corte con SF6 el arco es eliminado por la liberación de un volumen de gas SF6 comprimido por un pistón. Cuando el arco se produce el cilindro junto al contacto móvil comprime un volumen de SF6. El SF6 comprimido en la cámara es guiado por la tobera aislante entre los contactos de arco y, ya que los mismos son huecos, permite la evacuación del gas a altas temperaturas. A corrientes muy elevadas, el arco ocupa todo el espacio entre contactos produciendo un efecto de bloqueo gaseoso (efecto tapón) el cual contribuye a la acumulación del gas comprimido. Cuando la corriente pasa por cero el arco es enfriado y luego extinguido por la inyección de nuevas moléculas de SF6. Esto trae ciertos beneficios, tales como: - Almacenamiento de casi la totalidad de SF6 comprimido. - Disminución de la energía del arco ya que el frenado de las parte móviles limita la longitud del arco. En presencia de corrientes débiles no se produce el efecto tapón ya que el arco tiene un diámetro mas pequeño. Pero la autocompresión del gas provee un flujo moderado de gas SF6 alrededor del arco, lo que permite un corte suave sin sobretensiones peligrosas.

26 Ejemplo de interruptor por autocompresión Finalización de la apertura
Apertura por auto - compresión Ejemplo de interruptor por autocompresión Contactos cerrados Pre- compresión 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 Terminal de corriente 2 Envolvente aislante. 3 Contacto fijo 4 Contacto fijo de arco. 5 Contacto móvil de arco. 6 Boca aislante. 7 Contacto móvil 8 Pistón 9 Cámara de presión 10 Terminal de corriente inferior. 11 Vara de conexión 12 Manivela 13 Sistema de sellado 14 Mango. 15 Tamiz Molecular 16 Base Período del arco Finalización de la apertura Los valores de característicos de presión son: 0.5 bar (16 kA, 24 kV) y 5 bar (52 kV). El dibujo a la izquierda muestra un interruptor automático que trabaja por auto-compresión. Podemos todas sus partes. En las figuras del lado derecho podemos observar las fases de apertura del interruptor. En la fig. 1 podemos observar el interruptor cerrado. En la fig. 2 podemos observar la fase de pre-compresión,cuando los contactos comienzan a abrirse y el pistón suavemente comprime el gas SF6en la cámara de presión. En la figura 3 podemos observar el período del arco, el cual se forma entre los contactos de arco. Una pequeña cantidad de gas direccionada a través de las boquillas es inyectada en el arco. En la figura 4 culmina el proceso de apertura, las partes móviles terminan su movimiento y la inyección de gas frío continua hasta que el movimiento de los contactos cesen. Factores para el dimensionamiento del interruptor : - Test de resistencia de tensión de entrada/salida determina la distancia de aislamiento entre contactos abierto. - Icc determina el diámetro de las cocas y contactos. - Scc determina las dimensiones de piston. Campo de aplicación interruptores de propósitos general.

27 Movimiento del contacto móvil Movimiento de los gases
Apertura por arco - rotativo Contacto móvil Contacto fijo Zona de Alta presión. Compresión térmica y mecánica Zona de Baja presión. Movimiento del contacto móvil Movimiento de los gases Movimiento del arco El enfriamiento del arco se produce por el propio movimiento en el SF6 La velocidad del movimiento de rotación del arco (puede exceder la velocidad del sonido) es causado por el campo magnético creado por un bobinado a través del cual fluye la corriente de falla. Cuando los contactos se encuentran en posición de apertura la corriente fluye a través del bobinado y se produce un campo magnético. La capacidad de enfriamiento del equipo depende directamente del valor de la corriente de corto circuito, esta característica requiere bajos niveles de energía la cual es suplida por el arco, de manera tal que las bajas corrientes son eliminadas sin los efectos de corte abrupto de corriente o sobretensiones. Debido al rápido movimiento del arco no se producen liberación de vapores de metal y la erosión por contacto es minimizada. Es importante resaltar que cerca de la corriente cero el campo magnético se reduce. Es importante que este mantenga un valor pico mayor a cero de manera que el arco permanezca en el momento de la aparición del TTR, evitando así la aparición de corriente críticas. Esto se logra insertando anillos de corto circuito cuyo defasaje del campo magnético es despreciable con respecto a la corriente. En los campos de aplicación de esta tecnología podemos nombrar motores / alternadores (25/30 kA a 17,5 kV).

28 Apertura por auto - expansión
Contacto Fijo Contacto Móvil Movimiento del Contacto Móvil Utiliza la energía térmica disipada por el arco para incrementar la presión en un pequeño volumen de SF6, el cual escapa a través de un orificio cruzando el arco. A medida que la corriente en el arco es mayor este tiene un efecto de bloqueo que previene la salida del gas a través del orificio. La temperatura del gas frío bloqueada se incremente debido a la disipación térmica del arco (mayormente por radiación) por tanto también la presión aumenta. Cuando la corriente pasa por cero este efecto tapón desaparece, se expande el SF6 y el arco se elimina. Posee dos métodos de guía de arco: Mecánica: El arco se mantiene centrado entre dos contactos por paredes aisladas confinando el flujo gaseoso de manera similar a las bocas utilizadas en la auto compresión. Esta técnica es simple y segura pero incrementa la energía para el control, la presencia de este mecanismo reduce la capacidad dieléctrica del SF6 durante la fase de restablecimiento. Ver fig. B Magnética: Un dimensionamiento apropiado del campo magnético permite centralizar el arco en la zona del expansión del SF6 dándole un rápido movimiento rotativo del arco . Ofrece la ventaja de no tener sustancias diferentes al Sf6 en la zona del arco. Ver figura C. Movimiento de Expansión del gas

29 Apertura por auto - expansión
mecanismo de baja energía arco rotativo baja erosión auto expansión

30 Sensibilidad al medio ambiente
Comparativa del rendimiento de las técnicas de corte ACEITE AIRE SF6/VACIO Seguridad Riesgo de explosión e incendio en caso de que ocurra un aumento de temperatura (operaciones múltiples) causando fallas. Efectos externos significantes (emisiones de gas a altas temperaturas e ionizado durante el corte). No tiene riesgos de explosión ni de efectos externos. Tamaño Gran volumen. Las instalaciones requieren largas distancias. Pequeños. Mantenimiento Reemplazo regular del aceite. Reemplazo de los contactos cuando sea posible. Mantenimiento regular del sistema de control. Los componentes de corte no requieren mantenimiento. Mínima lubricación de los mecánismos de control. Sensibilidad al medio ambiente El medio de ruptura puede ser modificado por variaciones en el medio ambiente (polvo, humedad, etc.). Totalmente insensible al medio ambiente, sellado de por vida. Ciclo de ruptura Los largos tiempos de reducción de presión requieren un tiempo de recuperación de la capacidad de ruptura en caso de ser requeridos cortes sucesivos. La evacuación lenta del aire a altas temperaturas requiere un tiempo de recuperación. Tanto el SF6 como el vacío, poseen una capacidad de recuperación del dieléctrico muy rápida. No necesitan tiempo de recuperación de ruptura. Durabilidad Mala. Media. Excelente. Los principales aparatos de corte que se utilizan en MT son: seccionador bajo carga seccionador aislamiento interruptores automáticos contactores Los seccionadores son

31 Seguridad de funcionamiento
Comparativa del rendimiento de las técnicas de corte SF6 y vacío SF6 VACIO Aplicaciones Motores, hornos, líneas. Utilizado en todas las aplicaciones donde se necesitan altos rendimientos. Utilizado en todas estas aplicaciones en BT y TTR muy rápidas. Interruptores, contactores. Todas. No permitidas las funciones de aislamiento. Características Resistencia. Satisfactoria para todas las aplicaciones de corriente. Puede ser muy alta para algunas aplicaciones específicas. Sobretensión. No hay riesgo de bajas corrientes inductivas. Muy baja posibilidad de recebados para corrientes capacitivas. Es recomendable utilizar protecciones de sobretensión a motores y bancos de capacitores. Aislamiento entre contactos. Muy estable, permitiendo funciones de aislamiento. Dimensiones. Muy compacto para bajas tensiones. Seguridad de funcionamiento Pérdida de presión. A presión atmosférica, tiene una capacidad de rendimiento del 80%. Posibilidad de monitoreo continuo. La pérdida del vacío impide realizar un corte seguro. Mantenimiento. Reducido al mecanismo de control. Posibilidad de monitoreo permanente de la presión del gas. Reducido al mecanismo de control. Posibilidad de monitoreo eventual del vacío. Número de fallas. Muy bajas. Muy bajas si el procedimiento de construcción del bulbo de vacío ha sido bien controlado. Los principales aparatos de corte que se utilizan en MT son: seccionador bajo carga seccionador aislamiento interruptores automáticos contactores Los seccionadores son