INTERRUPTORES EN HEXAFLUORURO DE AZUFRE AZUFRE (SF 6).
Son aparatos que se desarrollaron al final de la década de los sesenta y cuyas cámaras de extinción operan dentro de un gas llamado hexafluoruro de azufre (SF 6), que tiene una capacidad dieléctrica superior a otros fluidos dieléctricos conocidos, esto hace más compactos y más durales los interruptores desde el punto de !ista de mantenimiento" #n los primeros interruptores se usaron dos presiones, la menor de $ ars, llenando los tanques y la mayor, de unos %& ars, dentro de las cámaras de extinción" #sto se hizo con el fin de e!itar que al arir el interruptor en sus contactos, el soplo de gas produ'era enfriamiento y éste pasara al estado lquido" osteriormente se ha usado una sola presión, con lo cual se disminuye el tama*o de los interruptores en cerca de un +-, y para e!itar el uso de la segunda presión se apro!echa la propia presión del gas como un punto de de partida y la cámara, al arir los contactos, tiene un émolo unido al contacto mó!il que al operar comprime el gas y lo inyecta sore el gas ionizado del arco, que es alargado, enfriado y apagado y pasar la corriente por cero" .os interruptores pueden ser de polos separados, cada fase en su tanque, o trifásicos en que las tres fases utilizan una misma en!ol!ente" Se farican para tensiones desde %%/ hasta & 01 y las capacidades de interrupción !aran de acuerdo con el faricante, llegando hasta magnitudes de & 0a, que es un caso muy especial" #ste tipo de aparato pueden lirar fallas hasta en dos ciclos y para limitar las soretensiones altas producidas por esta !elocidad, los contactos !ienen con resistencias limitadoras" .as principales a!eras de este tipo de interruptores son las fugas de gas, que requieren aparatos especiales para detectar el punto de la fuga" #n un aparato ien instalado, las pérdidas de gas deen ser inferiores al 2- anual del !olumen total del gas encerrado dentro del aparato" #n caso de pérdida total de la presión del gas, o cuando ha a'ado la presión del gas, no es con!eniente operar un interruptor de SF 6 y dee ser loqueado el circuito de control de apertura para e!itar un accidente" #n los interruptores trifásicos, la apertura de los contactos es simultánea, aunque con!iene que haya dispersión de un milisegundo entre los tres polos3 se entiende por dispersión a la diferencia en tiempo que existe entre el instante de cierre del primero y el instante de cierre del 4ltimo polo del interruptor" #l uso de la dispersión es importante, pues sir!e para reducir las soretensiones deidas a impulsos por maniora" Si el interruptor es de operación monopolar, puede ser eneficioso usar recierre monopolar" 5qu la dispersión puede aumentar hasta + milisegundos, cuya magnitud empieza a producir efectos ad!ersos en la magnitud de las soretensiones por maniora" #l mecanismo de mando de estos interruptores es, generalmente, de aire comprimido" Propiedades del SF6.
#s un gas qumicamente estale e inerte, su peso especfico es de 6"%+ gl" 5lcanza unas tres !eces la rigidez dieléctrica del aire a la misma presión, a temperatura de 2,70 conser!a toda!a alta conducti!idad térmica, que ayuda a enfriar el plasma creado por el arco eléctrico y al pasar por cero la onda de corriente, facilita la extinción del arco" Fsicamente el gas tiene caractersticas
electronegati!as, o sea, la propiedad de capturar electrones lires transformando los átomos en iones negati!os, lo cual pro!oca en el gas altas caractersticas de ruptura del arco eléctrico y por lo tanto gran !elocidad de recuperación dieléctrica entre los contactos, después de la extinción del arco" 8ormalmente no ataca a ning4n material, excepto cuando se !e expuesto a descargas descargas eléctricas, como las que pueden ocurrir en las suestaciones encapsuladas y particularmente en la cámara de interrupción que lo usan tanto como dieléctrico como medio de extinción" #stos productos de descomposición s atacan a algunos materiales no metálicos, como por e'emplo al !idrio de la capa superficial de la porcelana, esteatita, etc" y a algunos metales, como el core, esta*o, hierro, tungsteno, etc" #sta acción corrosi!a es fa!orecida tanto por las altas temperaturas como por la humedad, formándose, por lo general ácidos fluorhdricos" 9uando el gas se enfra, no se cominan de nue!o estas componentes atómicas" .os productos que quedan entonces son com4nmente fluoruros de azufre core" Si ien este porcenta'e de sustancias es mnimo, resulta necesario en la práctica filtrar al gas, para regenerarlo y lle!arlo a : sus condiciones iniciales" #sto se logra por asorción, para lo cual se prestan tamices moleculares, hidróxido de aluminio (5l;< 2), llamado tamién aluminio acti!ado, hidróxido de potasio, etc" #n !ista de que el SF 6, en las condiciones de descomposición citadas anteriormente, no ataca ni al aluminio, ni al acero, en particular al acero inoxidale, se ha difundido en la práctica el uso de los dos primeros como recipiente y alergue, tanto de las suestaciones encapsuladas, como de las cámaras de interrupción" Propiedades dielé!rias
5l comparar las propiedades de SF 6 con las de otros dieléctricos se llega a las siguientes conclusiones= •
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.os dieléctricos sólidos, a'o la acción de descargas eléctricas, pueden ser da*ados tanto superficialmente como en su masa" #l SF 6 no sufre alteraciones apreciales deido a su espontánea autogeneración" #l SF6 cumple satisfactoriamente la .ey de aschen, denotando una !ariación astante lineal al aumentar la presión del gas" .a relación entre el !alor máximo de la tensión de descarga a impulso y el de la tensión de descarga a frecuencia industrial del SF6 es más a'a que la de los aceites aislantes de uso general"
Finalmente es de resaltar, que el carácter electronegati!o del SF6 se mantiene a4n a temperaturas muy ele!adas (!arios miles de 70), lo cual lo hace muy solicitado para comatir al arco eléctrico en interruptores de potencia" Propiedades E"!i#!oras.
#l SF6 es un gas electronegati!o, de tal manera que el arco eléctrico en el interruptor se desioniza rápidamente" >eido a su peque*a constante de tiempo, como arco eléctrico, el SF 6 es diez !eces superior al aire a la misma presión" #sto permite aumentar la potencia de ruptura en cada polo sin incrementar sustancialmente el n4mero de cámaras en serie"
5 temperaturas del arco de más de /, 70 se descompone el átomo de SF 6 , teniendo además lugar una rápida recominación de las cargas eléctricas que participan en el flu'o de corriente" 5mos efectos act4an simultáneamente, reduciendo la capacidad de transporte del espacio disrupti!o y aumentando la !elocidad de restalecimiento de la tensión, después del desgarre del arco" #n SF 6 se pueden extinguir arcos % !eces superiores a aquellos, que en igualdad de condiciones, se oser!an en el aire" .as propiedades del gas SF 6 con respecto al uso en suestaciones encapsuladas son= #xcelente capacidad dieléctrica (tres !eces mayor que la del aire a presión atmosférica e igual que para el aceite a 2 ar de presión)" 8otale capacidad de disipación del arco (más de % !eces que el aire)" ?umicamente estale ya que el calor lo descompone en sus elementos ásicos sólo a temperaturas superiores a los / 79" 8o tóxico" 8o inflamale" #s inodoro e incoloro" osee una alta densidad (cerca de 6 !eces la densidad del aire)" 5lta conducti!idad térmica, simplificando los prolemas de ele!ación de temperatura a la corriente rateada" uede alcanzar temperaturas de :+ 79 sin licuificarse, si la densidad original corresponde a una presión asoluta de +"/ ar a 279" #s un gas asolutamente inerte y qumicamente no su'eto a en!e'ecimiento (las sustancias de descomposición deidas al arco son muy inestales y se recominan automáticamente muy pronto)" #s un gas con muy a'a conducti!idad sónica (la !elocidad de propagación del sonido en el SF6 es de %$ con relación al aire)" •
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Pri#ipio de operai$# de los I#!err%p!ores e# SF6
#stando el interruptor cerrado, la presión es la misma, dentro y fuera del pistón (contacto mó!il)" 5l separar los contactos, se forma un arco eléctrico" Si la intensidad de corriente no es muy alta, asta sólo el efecto desionizante del SF6 para lograr la desconexión, al primer paso natural por cero, de la corriente" #ste comportamiento se manifiesta muy fa!oralemente en la desconexión de corrientes capaciti!as e inducti!as, como las que se oser!an en lneas marchando en !aco y en transformadores con muy poca carga" Si por el contrario se trata de despe'ar un cortocircuito, el arco no logra extinguirse al primer paso natural por cero de la corriente" #sto permite a los contactos, seguir ale'ándose uno del otro, prolongando as el arco eléctrico en el espacio interelectródico" 5l mismo mismo tiempo la presión !a aumentando hasta alcanzar !alores considerales" >espués del segundo paso natural por cero de la corriente, y dependiendo del !alor momentáneo de la tensión de recuperación o restalecimiento (dudt), la presión autogenerada por el contacto mó!il logra extinguir el arco" #l término autosoplante se dee a la acción simultánea del contacto mó!il, el cual, como se mencionó, comprime el gas al desplazarse durante la maniora" #n su dise*o y concepción ásica, el interruptor de SF 6 se ha inspirado mucho en los interruptores del peque*o !olumen de aceite" >e all que los mecanismos de accionamiento, conexión en serie de !arias cámaras, etc" denoten una gran cantidad de caractersticas en com4n"
5l igual que en otros interruptores de potencia, la repartición o distriución de la tensión en cada una de las cámaras, al tener !arias conectadas en serie, se oliga con la ayuda de condensadores en paralelo, conectados exteriormente a los elementos modulares" #l mecanismo de operación de estos interruptores es muy importante" 5s tenemos, por e'emplo, que para otener a un comando de operación que desarrolle potencias proporcionales a los !alores instantáneos de las fuerzas antagónicas, es preciso recurrir al accionamiento neutro" #l mo!imiento de cierre o conexión se de'a supeditado a la acción de resortes antagónicos los cuales han sido cargados (con energa potencial) durante el proceso de apertura o desconexión" .a simultaneidad de apertura de los contactos de un mismo polo es regulale, de manera de poder quedar comprendida en un inter!alo de 2 ms" .a simultaneidad de mo!imiento de los tres polos es tamién regulale, de manera de quedar comprendida en un inter!alo de tiempo inferior a / ms" .a construcción del con'unto, formado por contactos, pistón, cilindro mó!il, etc" es tal, que en las operaciones de cierre, al parecer los pre:arcos de la conducción plasmática, no se crean fuerzas antagónicas" #n efecto, la repulsión de los contactos mó!iles contrasta con la reacción del cilindro, tamién mó!il, producida por el gas contenido en él, y que deera sufrir una compresión" #stos interruptores, al igual que otros tipos tratados anteriormente (por e'emplo, mnimo contenido de aceite), pueden ser faricados con tanque de SF6 aterrado (de tanque muerto), o sometido a potencial (de tanque !i!o)" #ste 4ltimo arro'a !enta'as operati!as, al tener que mane'ar el gas para el llenado o !aciado del interruptor, deido a que se le suele faricar hermético" #s posile entonces camiar totalmente al polo en cuestión por uno de reser!a" #l tanque muerto exige un gran esmero y laor en sitio para la misma operación de mantenimiento y demanda, con frecuencia, la instalación de una tienda o cuierta protectora, de manera que no entre humedad al interior del interruptor" Operai$# del i#!err%p!or e# SF6
9ontacto principal y contacto de arco están inicialmente cerrado (fig"%)
re:compresión= 9uando empiezan arirse, el pistón comprime el gas SF6 en la cámara de presión"
!a disminuyendo la corriente en el arco y se !a enfriando por con!ección"
Periodo de arco= arco= #l arco rco que se forma rma entr entree el cont contac acto to"" #l pist pistón ón cont contin inua ua en mo!imiento, una peque*a cantidad de gas es inyectada inyectada al arco (oquilla (oquilla aislante), aislante), con esto
#l mo!i mo!imi mien ento to de las las part partes es termi termina na y la inyecci inyección ón de gas fro fro contin continua, ua, hasta hasta estar estar completamente aierto los contactos"
Par!es ese#iales de %# i#!err%p!or de SF6
.as partes esenciales de in interruptor de SF6 son= a) el tanque, ) las unidades interruptoras, c) el mecanismo de operación, d) los ushings o casquillos y e) el sistema de gas" a" Ta#&%e. >eido a que las propiedades aislantes del SF 6 son me'ores, se reduce mucho la distancia entre las partes que están al potencial de la lnea y las partes aterrizadas3 no se originan presiones deidas a la operación en SF 6, los tanques se dise*an para una presión de casi cuatro !eces y se pruean a seis !eces la presión" #l e'e rotatorio que transmite el mo!imiento mecánico al exterior del tanque, !a sellado por anillos de teflón en forma de 1, los cuales no son afectados por un camio en la temperatura amiente" " U#idades i#!err%p!oras. @eneralmente se emplea teflón, material que es resistente al arqueo y cuya contaminación en el gas es despreciale" .as disposiciones de los interruptores !aran desde los contactos de interrupción simple hasta los dise*os con soplo de gas, por su gran capacidad para la interrupción del arco, la corriente de gas que pasa por el orificio es peque*a y tamién las presiones que producen dicha corriente y que se requieren para la extinción del arco"
c" 'ea#isos de operai$#. #n la operación el resorte de disparo acciona los contactos mó!iles y are simultáneamente la !ál!ula del recipiente de presión3 el gas a presión fluye hacia las cámaras de interrupción y extingue el arco, al término de la operación el mecanismo liera la !ál!ula del recipiente de presión, la cual se cierra deido a la acción de un grupo de resortes" d" %s*i#+s o as&%illos. #stos contienen SF 6 a una presión de 2 Ag"cm"B y son más sencillos que los ushings o casquillos del condensador3 contienen un conductor hueco, una rida de fi'ación, los aisladores de porcelana superior e inferior y los resortes que mantienen unido al con'unto" #l gas que hay en los casquillos se comunica con el tanque a tra!és de peque*os agu'eros que hay en la parte superior del conductor hueco, el gas de los casquillos no es afectado por ninguna perturación que ocurra en el instante en que se interrumpa la corriente, en el fondo del conductor hueco se coloca un filtro que contiene aluminio acti!ado, el cual elimina la proailidad de contaminación des SF 6 dentro del casquillo" e" Sis!ea de +as. Cn compresor en!a de regreso el gas después de cada interrupción al recipiente de alta presión, siendo un circuito cerrado, no escapa gas a la atmósfera3 dea'o de cada tanque hay un recipiente auxiliar de gas, que contiene suficiente gas para cuatro interrupciones consecuti!as sin necesidad de poner en marcha el compresor" %" Dermin erminal al super superior ior de corr corrien iente te 2" Supe Superf rfic icie ie aisl aislan ante te $" 9ont 9ontac acto to prin princi cipa pall fi'o fi'o +" 9ont 9ontac acto to fi'o fi'o arco arco /" Eo!i Eo!imi mient ento o cont contac acto to arco arco 6" oqu oquil illa la aisl aislan ante te G" 9ontac 9ontacto to prin princip cipal al (mo (mo!im !imien iento) to) &" istó istón n (mo! (mo!im imien iento to)) H" 9áma 9ámara ra de pres presió ión n %" Dermin Derminal al inferior de corriente %%" %%" arra de conexión conexión %2" %2" iel ielaa %$" %$" Sell Sello o %+" 1entilación o extracción de residuos %/" 9anasto 9anasto molecular molecular %6" %6" ase ase
'ea#isos de Operai$# del I#!err%p!or
#xisten diferentes mecanismos de interrupción a'o los cuales operan los interruptores de alta tensión, entre los que tenemos= •
Hidráulico= #ste sistema emplea como fuente de energa para la realización de la maniora
el aceite hidráulico sometido a presión con auxilio de una motooma y un recipiente con
una presión inicial de nitrógeno" Su principio ásico radica en la propiedad del pistón diferencial" •
Resorte: #n este sistema, se aplica sore el mecanismo de cierre, una energa pre!iamente
acumulada, por la acción de un resorte que ha sido armado con anterioridad manualmente o por medio de un motor motor eléctrico" •
Neumático: 5qu se emplea el aire comprimido como fuente de energa para la realización
de la maniora del interruptor" #n algunos casos se emplea el mismo principio del pistón diferencial utilizado en el mando hidráulico, y en otros casos mediante una !ál!ula de mando" #n amos casos se utiliza un 'uego de electro!ál!ulas para las operaciones de cierre y apertura" 5simismo, la fuente de aire comprimido puede pro!enir de un compresor incorporado al mando del interruptor o de una fuente central de aire comprimido" ,e#!a-as Des/e#!a-as de los I#!err%p!ores Tipo He"a0lor%ro1 Ventajas: •
>espués de la apertura de los contactos, los gases ionizados no escapan al aire, por lo que la
•
apertura del interruptor no produce casi ruido" 5lta rigidez dieléctrica, del orden de tres !eces la del aire"
•
#xcelente compuesto para apagar el arco SF6 I e:
SF6
:
SF6 I e:
SF/ I
e:
•
#l SF6 es estale" #xpuesto al arco se disocia en SF +, SF2 y en fluoruros metálicos, pero al
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enfriarse se recominan de nue!o en SF 6" .a alta rigidez dieléctrica del SF6 lo hace un medio ideal para enfriar el arco, a4n a presiones
•
a'as" .a presión utilizada para la interrupción del arco es una fracción de la requerida en
•
interruptores neumáticos" uena conducti!idad térmica, es del orden de tres !eces la del aire"
•
.as impurezas pueden ser eliminadas mezclando SF 6 con soda (8a;<) o ien con 5l2;$ (% - del peso del gas"
Desventajas: •
5 presiones superiores a $"/ ars y temperaturas menores de :+ 79, el gas se licua" or eso,
•
en el caso de interruptores de dos presiones, es necesario calentar el gas de la cámara de extinción para mantener el equilirio a temperaturas amiente menores de %/ 79" #l gas es inodoro, incoloro e inspido #n lugares cerrados hay que tener cuidado de que no
•
existan escapes, ya que por tener mayor densidad que el aire, lo desplaza pro!ocando asfixia en las personas por falta de oxgeno" #n otros lugares es con!eniente disponer de extractores que deen ponerse en funcionamiento antes de que se introduzca personal" .os productos del arco son tóxicos y cominados con la humedad producen ácido fluorhdrico, que ataca la porcelana y el cemento de sellado de las oquillas"
2ara!er3s!ias de los i#!err%p!ores e# SF6
Se farican en tensiones hasta de & A1 y corrientes de corto circuito de hasta 6$ A5 con dos cámaras de interrupción por polo3 dependiendo del !olta'e y de la capacidad interrupti!a, se encuentran distintas !ersiones= • • •
9omo cámara sencilla hasta 2+/ A1 y / A5" 9omo dos cámaras y columnas sencillas entre 2+/:// A1 y 6$ A5" 9omo cuatro cámaras y dos columnas hasta & A1 y 6$ A5"
9ada polo de un interruptor consiste ya sea de una, dos o cuatro cámaras interrupti!as arregladas en serie" Especificaciones Especificaciones para interruptores interruptores de potencia. potencia.
#xiste una gran di!ersidad y al igual que en los transformadores se deen especificar generalidades, función del interruptor en la suestación, si la suestación es de tipo interior o intemperie, si es de accionamiento manual o automático" #ntre los datos técnicos que se deen proporcionar se pueden mencionar los siguientes= a) Tensión nsión norma normall de opera operació ción. n. b) Corri Corrien ente te nomi nomina nal. l. c) Corri Corrien ente te de de rupt ruptur ura a en KA. KA. d) Capaci Capacidad dad de ruptu ruptura ra en MVA MVA. e) Capacidad Capacidad de ruptura ruptura para para S SRG, de de duración duración de de falla. falla. Alunas capacidades comerciales comerciales de interruptores son! Dipo J@9J Cn solo tanque" 9aractersticas" %+"+ 01 %, 2/, / E15" E15" DK; J@J Dres tanques" 9aractersticas" %+"+ hasta 6H 01, 01, / hasta 2,/ E15" E15" Csado en transmisiones de potencia" DK; J@EJ Eontado sore el piso" 9aractersticas" 6H hasta %,6%+ 01, 01, / hasta %,/ E15" E15" #mpleado en sistemas de trasmisión" DK; J@LJ 2$ 01 a $+/ 01, %,2 a %,6 5mp" #ste interruptor se emplea para circuitos de lneas de alto !olta'e en que se requiere una capacidad de interrupción muy rápida, y con caractersticas de reenganche rápido efecti!o"
Knterruptor peque*o !olumen de aceite
Knterruptor en SF6 y dos cámaras de corte y 6 cámaras de corte
