DEFINICION

es un aparato mecánico de conexión
capaz de establecer, soportar e
interrumpir la corriente en las
condiciones normales de circuito y
circunstancialmente las condiciones
específicas de sobrecarga en
servicio, así como intensidades
anormales como los cortocircuitos.
až¢ es el mayor, el último y el más
importante elemento del sistema de
protección en la subestación.
až¢ es responsable de la eliminación final
de todas las perturbaciones que se
presenten en la red.
až¢ tiene que realizar todas las
až¢ maniobras requeridas del servicio.
až¢ no debe originar perturbaciones
až¢ secundarias.
až¢ debe poseer extremada fiabilidad
tanto eléctrica como mecánica.

Arco Eléctrico
Cuando un interruptor abre un circuito con carga o por despejar una falla es inevitable la presencia del arco eléctrico, la que sin duda es una condición desfavorable, en la operación de interruptores. Durante la presencia del arco se mantiene la circulación de corriente en el circuito de potencia. Las características del arco dependen, entre otras cosas de:
•  La naturaleza y presión del medio ambiente donde se induce.
•  La presencia de agentes ionizantes o desionizantes.
•  La tensión entre los contactos y su variación en el tiempo.
•  La forma, separación y estructura química de los contactos.
•  La forma y composición de la cámara apaga chispa.
•  Sistema de extinción del arco.
La generación del arco se debe a la ionización del medio entre los contactos, haciéndolo conductor, lo quefacilita la circulación de corriente. La presencia de iones se origina por la descomposición de las moléculas que conforman el medio entre los contactos, producto de colisiones entre éstas y los electrones aportados por la corriente. Se puede decir que la emisión de electrones desde la superficie de los contactos de un interruptor, se debe a las siguientes causas:
•  Aumento de temperatura, originando una emisión termo-iónica de electrones.
•  Presencia de un alto gradiente de tensión, responsable de la emisión de electrones por efecto de campo.
La emisión termoiónica de electrones se produce por el aumento en la resistencia y en la densidad de corriente en la superficie de los contactos, al momento de producirse la apertura. De igual forma, el alto gradiente de potencial existente entre los contactos durante los primeros instantes del proceso de apertura, origina un proceso de emisión de electrones por efecto de campo eléctrico. Estos electrones altamente energéticos chocan con las moléculas del medio, produciendo una reacción química endotérmica o exotérmica. La energía calórica desarrollada durante el arco es altamente destructiva y puede calcularse por medio de la ecuación (1.1).
(1.1)
Donde:
W e : Energía liberada por el arco, durante el tiempo t.
I (t) : Valor instantáneo de la corriente en función de t.
e b(t) : Caída de tensión a través del arco en función de t.
t : Tiempo de duración del arco.
Formas de Extinguir el Arco
En los interruptores de potencia una de las formas de extinguir el arco, esaumentando la resistencia que ofrece el medio a la circulación de corriente.
La resistencia del arco puede aumentarse enfriando el arco, o bien alargándolo, o dividiéndolo. El inconveniente de este último método, es que la energía que debe ser disipada es alta, razón por la cual su uso se limita a aplicaciones en baja y media tensión tanto en corriente alterna como en continua.
CLASIFICACION DE LOS INTERRUPTORES DE ALTA TENSIÓN Y SUS COMPONENTES.
Los Interruptores existentes hoy en día se clasifican en dos grandes grupos, denominados tipos con aceite y tipos sin aceite.
Se consideran como interruptores de alta tensión los que se utilizan en circuitos con tensiones por encima de los I 000 V hasta la máxima tensión en sistemas de corriente alterna.
Aunque el interruptor de aceite es aún el más empleado para servicio exterior, entre 34,5 y 230 KV, existe una tendencia hacia los tipos sin aceite (que emplean aire comprimido y hexaFluoruro de azufre gaseoso a presión) para servicio exterior y para las tensiones citadas. Para 345,500 y 735 KV, el interruptor de aceite resulta antieconómico y sólo existen tipos sin aceite.
Para servicio interior, en las nuevas instalaciones, únicamente se usan interruptores sin aceite. También existen interruptores con aceite para servicio interior, pero normalmente sólo se utilizan cuando son necesarios por adaptarse a una instalación existente. Los interruptores sin aceite de servicio interior utilizados en Estados Unidos son principalmente del tipo de soplado magnético en aire yde aire comprimido, El principio de interrupción en el vacio es de esperar que se aplique a los interruptores en un futuro próximo. Para tensiones entre 2,5 y 34,5 KV, diversos interruptores para interior del tipo de soplado magnético en aire y de aire comprimido han sido instalados en el exterior, dentro de casetas metálicas adecuadas; este sistema ha resultado económico y práctico.
Las principales razones de la preferencia de los interruptores sin aceite son: (a) alta eliminación del riesgo de incendio; (b) la eliminación del manejo de cantidades importantes de aceite; (c) menor tiempo de mantenimiento de los contactos y de indisponibilidad del interruptor; (d) mayor limpieza; (f) mayores velocidades de maniobra.
Interruptores en baño de aceite

Los interruptores de aceite se construyen según dos tipos generales: con cuba sin tensión y con cuba con tensión. El primer tipo se construye para todas las tensiones y capacidades de interrupción, tanto para servicio interior como intemperie, mientras que el segundo se halla restringido, generalmente, a tensiones de 14400 V e inferiores, aunque se han construido también para tensiones de hasta 34500 V.
Un Interruptor con cuba sin tensión se compone de un depósito de acero lleno parcialmente de aceite, a través de cuya lapa pasan los manguitos aisladores o atravesadores de porcelana u otro material aislante. Los contactos, situados en el extremo inferior de los atravesadores, se pontean mediante una cruceta conductora que se desplaza mediante una barra demadera o de otro material aislante, la cual, en las ejecuciones corrientes, cae por gravedad; a ello le sigue la separación de los contactos por mecanismo de resorte» produciéndose de esta forma la desconexión del interruptor. Frecuentemente se utilizan resortes de aceleración para aumentar la velocidad de separación de los contados en una parte apreciable de la carrera total En algunos tipos, tal como el que aparece en la figura I0-9b la cruceta de contacto se abre mediante un movimiento de rotación provocado mediante resortes. En muchos tipos, con dos pasamuros y una cruceta se tienen dos cortes por polo, mientras que en algunos los contactos y las crucetas se proyectan de forma que proporcionen cuatro, seis o más cortes por polo, con lo que se consigue una reducción de la carrera, proporcionando al mismo tiempo una longitud del arco adecuada. Un revestimiento aislante de material de composición fibrosa contribuye a evitar que el arco alcance las paredes del depósito.



Fig. 10-9. Interruptor rotativo monopolar de aceite de Federal-Pacific para 115 KV y tensiones superiores. El reparto de la tensión entre las cámaras en serie por polo se efectúa mediante un apantallamiento capacitivo. El par de cámaras del fondo dan lugar, principalmente, a una presión que provoca una circulación forzada de aceite en el par de cámaras centrales. La circulación forzada de aceite en el par de cámaras de la parte superior es producida por ellas mismas.
Los interruptores de cuba única, en los que todos los polos de uninterruptor tripolar se bailan situados en un solo depósito, se construyen para tensiones de hasta 69000 V y para capacidades nominales de corte de 3500000 KVA. En algunos tipos, entre los polos se montan pantallas aislantes de material fibroso. En la figura 10-10 puede observarse un tipo de los mas recientes.




Fig. 10-10. Interruptor trifásico moderno, de instalación intemperie, con tanque único de aceite para 14,4 KV,250 MVA, provista de mecanismo a base de resorte de conexión. (General Eleclric Company.)









Los interruptores de cubas múltiples, con cada polo en un depósito independiente, se utilizan para tensiones y capacidades de interrupción elevadas y, en general, para los interruptores de mayor potencia tipo intemperie. Sin embargo, también se construyen para tensiones y potencias de corte inferiores, siendo indispensables en el tipo de construcción de «fase aislada».
La característica de hermeticidad al aceite es normal en los modernos interruptores de acerté. Disponen de una abertura con un dispositivo separador de aceite que permite la salida de los gases generados por el arco, pero evita la salida del aceite.
Diversos tipos de contactos se han proyectado para mejorar el funcionamiento de los interruptores de aceite y para aumentar la capacidad de interrupción. En casi lodos los tipos se disponen contactos auxiliares o apagachispas que interrumpen el circuito después de la apertura de los contactos o de las superficies de contacto principales, a fin de reducir el picado deéstos. Uno de los primeros sistemas de contacto empleados consistía en unos contactos fijos en forma de dedo y una parte móvil con una superficie de contacto en forma de cuña. Los contactos de láminas o de tipo escobilla se componían de un conjunto de láminas delgadas de cobre, asegurados mediante un resorte las cuales hacían contacto con una superficie plana. El tipo de escobilla invertida tiene unas escobillas situadas en la parte fija y una cruceta móvil rígida dispuesta de tal forma que las fuerzas magnéticas de la corriente tienden a comprimir las escobillas sobre la superficie plana. Este tipo de contacto se utilizo, a menudo, en interruptores de corriente nominal elevada, por ejemplo, de 2000 A y superiores. En los últimos años se han venido usando contactos lineales o a tope de presión elevada.
Los interruptores de ruptura simple han sido sustituidos, en gran parte, en los últimos años, por tipos que disponen de dispositivos especiales de control de arco que acortan de forma ostensible la longitud y la duración del arco, reduciendo, por consiguiente, la energía del mismo. Se han añadido dispositivos de control de arco para modernizar muchos de los mayores interruptores de ruptura simple que se hallan en servicio, a fin de mejorar su comportamiento dentro de sus características nominales o, en algunos casos, para desarrollar mayores capacidades de interrupción.

Dispositivos de control de arco. Desde 1935 se han ideado diversos tipos de dispositivo de control de arco para los interruptores deaceite. Cuatro tipos utilizados en la





Fig. 1O-11. Interruptor de alta tensión de aceite, instalación a la intemperie. Disposición general y detalles de las cámaras de extinción. (Allis-Chalmers Mfg. Company.)

Figura 10-12 y 10-13. Todos ellos utilizan la presión de aceite desarrollada por el gas producido por el arco para obligar a que cierta porción del aceite fresco pase a través del recorrido del arco en cantidad suficiente para proporcionar el aislamiento necesario en el momento en que la corriente pase por cero a fin de evitar el recebado de! arco y, por tanto, conseguir la interrupción del circuito. En estos interruptores, las presiones elevadas que se desarrollan quedan confinadas en el interior de sus cámaras reduciéndose considerablemente la solicitación mecánica a que quedaría sometido en el depósito principal de aceite si no existieran estos dispositivos. Los gases producidos, después de ser enfriados convenientemente, pasan a través de! tubo de escape hacia el exterior,

Los dispositivos de descarga de aceite de la General Electric Company son, en la actualidad, prácticamente universales en todos los interruptores de aceite de dicho fabricante. El sistema particular varía según el tipo de interruptor y sus características nominales. En grandes interruptores tipo cuba, de alta tensión, la cámara consiste en un tipo especial en el que se produce una descarga transversal de aceite. En la figura 10-12 se muestra la construcción de unos interruptores desde 115 kV, 10000 MVA hasta 161 kV. 15000MVA, La presión del gas desarrollada en cada cámara de interrupción obliga a que circule un chorro de aceite horizontalmente a través del arco y de los contactos de extinción. Asimismo, este chorro de aceite evita el recebado del arco después de uno de los primeros pasos por cero de la corriente.


En interruptores más pequeños la cámara se halla dividida en dos partes mediante pantallas aislantes, hallándose los contactos situados en una parte. Se dispone una abertura en la pantalla próxima a uno de los espacios de interrupción de cada polo. El gas formado por el arco obliga al aceite a circular a través del espacio de interrupción más próximo a la abertura y hacia el interior de la otra cámara, produciendo una rápida extinción del arco.












Los interruptores de expulsión, por ejemplo, los interruptores de alta tensión de
la Federal-Pacific (figura 10-9) disponen de contados de tipo tulipa dispuestos de tal
forma que obligan al arco a desplazarse desde las superficies conductoras de la corriente principal hacia otras superficies distintas. La circulación de aceite se efectúa gracias a las fuentes productoras de presión situadas en el interior o adyacentes a la cámara. El flujo de aceite es dirigido mediante deflectores y conductos, de tal forma que en el espacio de interrupción se inyecta aceite fresco cuando se aproxima un paso por cero de la corriente.

Las rejas de deionización constituyen dispositivos normales en muchosinterruptores de aceite, de la Westinghouse para tensiones de 15000 V y superiores, empleándose cámaras simplificadas -deion- en interruptores de tensiones inferiores. Las rejas desionizadoras rodean los contactos- apagachispas y se componen de una serie de placas aislantes con unas placas de material magnético intercaladas y con unos orificios de descarga; el conjunto se halla dispuesto de tal forma que el arco se desplaza lateralmente hacía bolsas de aceite en las que este se evapora. Los gases producidos por el arco son obligados a pasar transversalmente a través de los gases conductores que forman el arco, produciendo su deionización con la consciente extinción del aren. Todo ello se produce antes de que los contados hayan salido de las rejas,

Los Interruptores cuba con tensión de la General Electric, tipo H, disponen de dos recipientes cilíndricos de pequeño diámetro (pots) por polo. Cada recipiente se halla montado sobre un aislador }' Torma parte del ci re u i lo Una cruceta conductora situada sobre los recipientes dispone üe dos vastagos, cada uno de los cuales penetra dentro de su respectivo recipiente: a través de un manguito de porcelana situado en la parle superior de los mismos y cuando él tnierruptor esíá cerrado, hace contacto con una pieza flexible situada leí la parte inferior del recipiente. £1 interruptor se abre slevando los vastagos. Los primeros modelos disponían de deflcctores aislantes y ios más recientes se construyen con dispositivos de descarga de aceite que colaboran en la extinción del arco y