La prueba de tiempo del interruptor se define como la medición de los tiempos de operación mecánicos con el objetivo de verificar, analizar y validar la adecuada función del interruptor.

Las pruebas de tiempos son críticas para mantener la confiabilidad de la red de transporte y de distribución, y también para la seguridad del personal empleado para mantener y operar los aparatos de protección de la red.

Usando las herramientas de análisis y de ejecución de las pruebas, tales como el CBA-32P de Zensol, que se ejecuta con el software CBA Win©, y con la experiencia adquirida en el campo, es posible determinar con notable precisión la naturaleza de los problemas que afectan el desempeño del interruptor aún antes del desmontaje de los aparatos.

Sin embargo, las pruebas de tiempos no se limitan a las pruebas realizadas luego que falla el interruptor (mantenimiento correctivo). En la estrategia del mantenimiento preventivo, el interruptor está sujeto a pruebas regulares de tiempos para detectar las tendencias en la degradación y el envejecimiento del equipo, de tal manera que la acción correctiva se pueda aplicar antes que los problemas se vuelvan un peligro para la red o para el personal.

Las pruebas de tiempos también son útiles dentro de la fábrica para chequear las normas de calidad de producción, para la prueba de confiabilidad, para determinar los parámetros de referencia y para la prueba en campo luego de la instalación de un nuevo interruptor.

Consecuencias de la mala operación del interruptor

No se puede menospreciar el daño potencial que un interruptor (que es básicamente un dispositivo de protección) puede infligir a una red si su operación no está dentro de las especificaciones. Las repercusiones económicas puede ser severas: el costo de las reparaciones, el costo de la falla, de la interrupción del servicio a los clientes, etc.

Si el tiempo de operación durante un disparo (apertura) es demasiado largo, la corriente de cortocircuito que se interrumpe persistirá por más tiempo y podría dañar las instalaciones de transformación, de transmisión y de distribución. La reducción del tiempo de interrupción también puede brindar el beneficio adicional de aumentar la potencia transmitida dado que el límite de potencia estable aumenta en proporción inversa del tiempo de disparo. También los mismos contactos están sujetos al arco para períodos más largos, lo cual reduce su tiempo de vida útil.

También, todos los contactos deben estar sincronizados dentro un determinado límite de tolerancia. En los sistemas trifásicos, no sólo los contactos de un solo polo deben operar simultáneamente, sino que todos los polos deben operar al mismo tiempo.

Si los contactos en un solo polo no operan sincronizadamente, entonces el contacto más lento para el cierre y el más rápido para la apertura absorberá la mayor parte de la carga, lo cual ocasionará el desgaste prematuro de los contactos en cuestión.

La diferencia entre las fases (polos) podría generar subidas de voltaje debido a la naturaleza del sistema de transporte, las largas líneas de transmisión con extremidades cuyo estado no siempre puede ser predicha: open-ended, de carga capacitiva o inductiva, etc. Estos factores pueden causar inmensas subidas de voltaje que podría dañar la red y su equipo.

La inoperatividad de las resistencias de inserción ocasionará el desgaste prematuro de los contactos principales, debido a que serán sometidos a corrientes de ruptura más fuertes, con el arco que lo acompaña que también será mucho más potente. También aparecerán impulsos de tensión, lo cual dañará al interruptor y al equipo a su alrededor.

Solucionando problemas en interruptores

El primer prerrequisito para diagnosticar problemas con interruptores es conocer al interruptor que se analiza. Conociendo la configuración de las partes internas del aparato en sospecha, es posible averiguar la naturaleza del problema visualizando el proceso mecánico de la operación, en perspectiva con los datos de la prueba de tiempo.

Lo mismo es cierto en cómo un mecánico experimentado puede determinar, con sólo un vistazo, la naturaleza del problema mecánico en un carro. Él no sólo conoce la mecánica del automóvil en general, sino que también conoce las peculiaridades del modelo que está revisando.

También se necesitan los datos de la prueba de tiempo como las producidas por CBA Win luego de una prueba de tiempo conducidas con el modelo CBA-32P de Zensol.

Los siguientes ejemplos muestran las curvas generadas por aparatos con falla, seguido por su análisis, la descripción de las acciones y las correcciones aplicadas, y las curvas generadas por el equipo reparado, ilustran cómo los principios explicados anteriormente se pueden aplicar a una situación real.

Conclusión

El rol que juega el interruptor de alta tensión siempre ha sido uno de los factores determinantes de la confiabilidad de la red de alta tensión. Su papel principal es la de proteger la red y los equipos eléctricos instalados de los impulsos destructivos de corriente de cortocircuito. Un interruptor de alta tensión puede quedarse en la posición cerrada por años pero se espera que interrumpa una elevada corriente de cortocircuito de varios miles de amperios en una fracción de segundo. La naturaleza de su operación lo coloca entre los equipos más impredecibles de la red eléctrica.

PK - Resistencia Inoperativa

La resistencia de inserción no funciona. El resorte del contacto móvil está roto y bloquea al pistón.

PK - Corrección

Desmontar el contacto auxiliar móvil, observar el daño (resorte roto), reemplazar el resorte y volver a montarlo. Una prueba de tiempo muestra el retorno de la huella de la resistencia en la segunda fase (C02).

PK - Rebotes

Rebotes anormales de un contacto auxiliar (resistivo). La cabeza sobre el contacto semi-móvil está suelto.

PK - Corrección

Desmontar el contacto auxiliar móvil, observar el problema (cabeza suelta). Ajustar la cabeza e inmovilizar con Loctite y perforar, luego volver a montarlo. Una prueba de tiempo muestra la desaparición del rebote inusual de la huella resistiva.

Tanque Muerto - Sin Contacto principal

El caso de un contacto principal inoperativo en una sola fase (PhB) muestra un circuito abierto en una operación de Cierre.

Tanque Muerto - Corrección

Desmontar las partes internas de la fase defectuosa. Observar el daño: se había caído un eje que conecta la varilla actuante al contacto móvil ocasionando que el pistón de contacto se separe de la varilla actuante. Reemplazar el eje y volver a ensamblar. Una prueba de tiempo muestra la reaparición del contacto principal en la segunda fase.

PK - Válvula en la posición errada

La válvula del control de cierre del interruptor está en la posición errónea. Como resultado, los tiempos de cierre en las dos cámaras conectadas a esta válvula son mayores que las otras.

PK - Corrección

Desmontar la válvula del control de cierre. Observar que el cuerpo de la válvula ha sido instalado con un ángulo de 90° relativo a la posición normal del cuerpo de la válvula, lo cual ocasionó un retraso en el ingreso del aire comprimido, produciendo los retrasos observados en las señales de los contactos A-1 y A-2. Reemplazar la válvula a su posición correcta. Una prueba de tiempo muestra que los contactos A-1 y A-2 ahora se cierran dentro de los tiempos esperados.

Interruptor SF6 con mandos hidráulicos - Tornillo ajustado incorrectamente

Un tornillo de ajuste del interruptor ha sido ajustado incorrectamente, creando una diferencia de 25 milisegundos en una fase. Este problema puede producir resultados similares a los producidos por una válvula de control en una posición incorrecta.

Interruptor SF6 con mandos hidráulicos - Tornillo de ajuste - Corrección

El tornillo de ajuste se reguló para que obtener tiempos de cierre similares en todas las fases y en sus contactos. Una prueba de tiempo muestra que el tiempo de cierre en los contactos C03 y C04 son ahora similares a los obtenidos por los otros contactos.

Interruptor SF6 con accionadores hidráulicos - tiempo de cortocircuito

Ajustar el tiempo de cortocircuito de un interruptor SF6 con accionador hidráulico. Los interruptores con accionadores hidráulicos están equipados usualmente con un pistón de señales que comandan los contactos de señalización. Estos contactos controlan el mínimo tiempo de cortocircuito del interruptor (free trip). Este ejemplo muestra a las tres fases siguiendo una operación de Cierre-Apertura. Se puede ver que el tiempo de cortocircuito de la Fase C es mayor que la de los otros. Éste requiere un ajuste de las restricciones de las líneas de comando del pistón de señales.

Interruptor SF6 - Corrección del tiempo de cortocircuito

Ajustar la restricción del ingreso del mando hidráulico para obtener una operación sincronizada de todas las fases.

Interruptor neumático, tiempo de aislamiento

Los interruptores que conducen aire se equipan usualmente con un switch inversor neumático en cada fase. La función principal de este switch es la de prevenir la operación de cierre por aproximadamente 250 milisegundos luego de un disparo, de modo que el medio dieléctrico tenga tiempo para regenerarse adecuadamente. El siguiente ejemplo muestra las tres fases luego de una operación de Apertura-Cierre (la orden de Cierre se mantuvo hasta el fin de la grabación). Es claro que el switch de la fase B es más rápido que los demás, lo cual requiere un ajuste.

Interruptor neumático - Corrección

Ajustar la restricción del switch inversor para obtener tiempos similares entre todas las fases.

Interruptor apantallado

Se notan dos problemas en este interruptor. En primer lugar, el pistón de enganche no alcanza su carrera completa (180 mm.). Segundo, el pistón empieza moviéndose 30 a 35 milisegundos después que los pistones principales. El retraso normal es de unos 20 milisegundos.

Interruptor apantallado - Corrección

Para corregir el problema de retraso, se aumenta el diámetro apropiado del orificio de diafragma en 0.020 pulgadas. La reapertura prematura de la resistencia se debe a que el contacto principal se cierra después. La curva muestra que hay un problema con el pistón superior (DpC) del contacto principal en la Fase C. Este pistón se reparó antes de hacer la prueba de tiempo.

Tanque Muerto - Mal amortiguamiento

La siguiente prueba de tiempo muestra un rebote abrupto en la parte inferior de la curva de desplazamiento durante una operación de apertura en un interruptor de Tanque Muerto. Esto sugiere la falta de amortiguamiento al fin de la carrera. El exceso de energía se absorbe pobremente y puede que haya ocasionado algún daño.

Tanque Muerto - Corrección

Después de examinar los componentes internos, se observa que el daño ha ocurrido en la varilla principal del contacto móvil. La fuente del problema es un amortiguador defectuoso. Luego de su reparación, la prueba de tiempo muestra un adecuado amortiguamiento en la parte inferior de la curva de la carrera.

2. La red de distribución

A la salida de las estaciones generadoras, las estaciones transformadoras elevan el voltaje a nivel de producción, a la alta tensión requerida para transportar eficientemente la electricidad sobre largas distancias.
Las líneas de transmisión de la energía eléctrica están hechas de conductores como el caso de las líneas aéreas o de los cables subterráneos. A pesar de su aparente simplicidad, estos conductores ocultan su importancia como factores influyentes para la red de transmisión de la electricidad.