Pruebas de Tiempo - Las Pruebas de Tiempo
PRUEBAS DE TIEMPO DE INTERRUPTORES
3.1 Definición |
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La prueba de tiempo de un interruptor es la medición del tiempo que le lleva a la operación mecánica verificar su integridad y que está funcionando bien. Una operación mecánica es toda operación o ciclo de operación del interruptor que se realiza sin estar conectado al circuito de alta tensión. |
3.2 Importancia |
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Es necesaria la verificación de los tiempos de operación mecánicos a todos los interruptores, para tener su firma funcional. Su operación incorrecta puede traer consecuencias desastrosas tanto para el equipo como para el personal de las subestaciones. Sin mencionar la pérdida por la falta de servicio y los costos de reparación. Las pruebas de tiempo se hacen inicialmente en la fábrica como parte de las pruebas de rutina y luego de la instalación, durante las pruebas de entrega. Éstas tienen que realizarse periódicamente para poder validar la confiabilidad del interruptor y que se encuentra trabajando perfectamente. Las pruebas de tiempo también son una herramienta poderosa para identificar los interruptores defectuosos. |
3.3 Descripción |
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Este dispositivo envía señales eléctricas por medio de cables conectados a cada contacto; cuando varios contactos están conectados en serie, cada señal tienen su propia fuente de energía para eliminar las interferencias. Esta señal tiene dos posibles estados. El primero es cuando el contacto está cerrado, el segundo cuando está abierto. Todo se registra para la consultoría y el análisis. A estos dispositivos especiales se les llama máquinas de sincronización o analizadores de interruptores. Están diseñados para generar todas las señales necesarias e incorporar un sistema de adquisición de información. Cuatro etapas constituyen las principales actividades para llevar a cabo la prueba de tiempos: 1. Instalación y conexión del cable |
Para realizar mediciones de los tiempos de las operaciones del interruptor, necesitamos un dispositivo capaz de detectar el instante en que los contactos cambian de estado, desde el momento de que se impartió la orden para comenzar la prueba.
3.3.1 Instalación y Conexión |
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Se debe realizar correctamente la conexión (principalmente entre el analizador de interruptores y el interruptor) tomando en cuenta ciertos factores externos, como por ejemplo, la inducción magnética de las líneas cercanas de transmisión de alta tensión. Otra conexión se debe realizar entre el analizador de interruptores y las bobinas del mecanismo responsable del lanzamiento de la orden de operación. También pueden requerirse otras conexiones para un transductor de desplazamiento, un transductor de presión, los contactos auxiliares, etc. |
3.3.1.1 Reglas Generales |
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No hay reglas generales mientras se obtiene la información necesaria. Pero para evitar cualquier sorpresa inoportuna, deben observarse algunas precauciones. |
3.3.1.2 Descripción de la conexión |
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3.3.1.2.1 Conexión a los contactos principales: Cada contacto del interruptor tiene que ser verificado separadamente. Para múltiples contactos por fase, cada contacto debe tener su propio circuito de verificación. Cada circuito de verificación incluye una fuente de voltaje que inyecta corriente para cerrar los contactos, un circuito de detección para detectar la corriente y determinar si el contacto está cerrado, y dos cables apantallados para llevar la señal. El analizador de interruptores suministra los circuitos de verificación. A cada circuito de verificación se le llama canal. El siguiente cuadro muestra un ejemplo de cómo los contactos principales se conectados a los canales:
Si se tienen múltiples contactos por fase, se debe tener especial cuidado para evitar el efecto espejo (tratado luego en este artículo), dado que los datos de algunos contactos se verá corrompido por los datos de otros contactos. |
3.3.1.2.2 Conexiones a bobinas de mecanismos (mandos): |
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Los controles de los interruptores tienen varias protecciones contra defectos de funcionamiento, por ejemplo contra discrepancias de fase, o contra el bombeo. La siguiente figura ilustra a un circuito de mando con algunos circuitos de protección. Es importante que no se haga un bypass en cualquiera de estos circuitos de protección.
Una conexión con un bypass a los contactos auxiliares pueden causar la destrucción de las bobinas. |
3.3.1.3 Efecto Espejo |
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No deberá realizarse ninguna intervención en el equipo de alta tensión sin la protección apropiada del personal y de los equipos. Una de las más importantes medidas de protección es la instalación de cables a tierra. Los cables a tierra conectan la línea a la tierra. En el caso de una alimentación accidental de energía a la línea, la corriente pasará por medio del cable de tierra y evitará que el personal sea alcanzado. Los cables a tierra deberán instalarse a cada lado del interruptor. En el caso de hacer la prueba de tiempo a un contacto multifase, la presencia de los cables a tierra a ambos lados de los contactos puede enmascarar la señal de un contacto con falla como una señal de un buen contacto, haciendo a éste indetectable. La siguiente ilustración muestra este fenómeno.
Si el contacto 2 se mantiene abierto y se cierra el contacto 1, el circuito del canal 2 detectará el paso de la corriente a través de los cables a tierra y mostrará al contacto 2 como cerrado. La solución será romper el circuito de retorno de tierra desconectando el interruptor de la línea, entre la extremidad del interruptor y el cable de tierra próximo a él. En ningún momento deberá retirarse el cable de tierra, bajo riesgo de daños. |
3.3.2 Adquisición de la información |
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Adicionalmente a la generación de la señal, los analizadores de interruptores están a cargo de la detección y registro de la transición de los contactos. Los primeros analizadores de interruptores (máquinas de sincronización) utilizaban la luz reflejada de espejos en movimiento que se movían por la señal de corriente que venía de los contactos. La luz se proyectaba en una película de papel, creando así un trazo visible en el papel. Hoy en día, en la era de las computadoras, los analizadores de interruptores han atravesado una tremenda evolución. Ahora utilizan la electrónica y la tecnología de la computación para la adquisición de la información. Se utilizan programas de computación muy potentes para analizar y conservar la información para estudios futuros. La transmisión de la información nunca ha sido tan fácil. Las decisiones pueden realizarse rápidamente y de forma precisa. |
3.3.3 Interpretación de la información |
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Muchos agentes externos pueden influenciar adversamente la recolección de la información. Es importante distinguir la información útil recolectada de los ruidos externos. Una buena interpretación se basa en tres principios principales: 1. Conocer al interruptor y al entorno que lo rodea: 2. Conocer al analizador de interruptores: 3. Conocer el significado de los valores que estamos buscando: |
3.4 Tiempo de Operación de los Interruptores |
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Se define a un interruptor como un dispositivo que conduce o interrumpe el circuito. Esto se realiza mecánicamente uniendo o separando dos juegos de contactos. Estas son las operaciones básicas del interruptor, y se le llama "CIERRE" cuando se unen los contactos, y "APERTURA" cuando se separan. Como mencionamos antes, éstas no son las únicas operaciones que el interruptor debe realizar. En la mayoría de los casos, tiene que ejecutar una combinación de las operaciones básicas, llamadas ciclos. Las más populares son las siguientes: 1. "TRIP FREE", (C-A): simula una apertura debido a un cortocircuito luego de una operación de cierre. El interruptor deberá abrirse instantáneamente. Al tiempo medido para los diferentes ciclos comenzando desde la energización de la bobina hasta la conmutación de los contactos principales se le llama Tiempos mecánicos de las operaciones de los Interruptores. |
3.5 Definiciones Generales |
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Antes de proceder con los tiempos de operación, aquí tenemos algunos de los términos más usados en las pruebas de tiempo de los interruptores. |
3.5.1 Elemento (o unidad) de interrupción |
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También llamada cámara de arco, es un volumen cerrado que contiene los contactos principales y en la cual ocurren las interrupciones de corriente. |
3.5.2 Polos |
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Un polo es una parte del interruptor que se encuentra instalado en una fase de la línea. El interruptor se instala en la línea trifásica. Necesariamente tiene tres polos. Cada polo incluye por lo menos un elemento de interrupción. Para niveles de alta tensión, los más comunes son los polos con elementos múltiples. |
3.5.3 Contactos principales |
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Estos son los contactos encargados de establecer o de interrumpir el flujo de la corriente en los circuitos de energía. Estos incluyen un contacto fijo y uno móvil. Se debe elegir un material para los contactos que tenga una resistencia mínima cuando se cierra para minimizar las pérdidas por el efecto Joule cuando circulan corrientes nominales. El mejor material para estos casos es el cobre bañado con plata. |
3.5.4 Contactos auxiliares |
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Como se mencionó anteriormente, las resistencias de inserción se utilizan usualmente en los interruptores de alta tensión para el cierre, la apertura, o para ambos. Estas resistencias minimizan el voltaje de transición antes del cierre, o después de la apertura por medio del enganche o desenganche de los contactos auxiliares en dos o tres etapas. |
3.5.5 Contactos de arco |
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En los interruptores, el arco puede generar un intenso calor. Este calor puede causar un deterioro muy rápido del material de los contactos principales. Para extender el tiempo de vida de los contactos principales, los diseñadores de los interruptores tienden a separar las partes que transportan permanentemente la corriente, llamados "Contactos Principales", de los que están sujetos al efecto de arco, y que son llamados "Contactos de arco". El material más común utilizado para los contactos de arco son las aleaciones de tungsteno, que tienen la reputación de tener una alta calidad de resistencia al arco, pero menor conductividad que el cobre bañado con plata. |
3.5.6 Contactos de Señalización |
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Para controlar los interruptores en el lado de baja tensión se han creado dos tipos de contactos, contactos (a) y contactos (b). Ellos se operan conjuntamente para la operación del interruptor y de los estados del switch con los contactos principales. Se usan principalmente para indicar la posición de los interruptores y para bloquear eléctricamente entre las operaciones básicas. |
3.5.6.1 Contactos "a" |
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Tiene el mismo estado de los contactos principales. Se cierra cuando los contactos principales se cierran, y se abre cuando los contactos principales se abren. |
3.5.6.2 Contactos "b" |
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Tiene el estado opuesto del contacto principal. Se cierra cuando el contacto principal se abre, y se abre cuando el contacto principal se cierra. |
3.6 Referencia de Tiempo |
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La base de las pruebas de tiempo es la recolección de la información para poder compararla con los valores de referencia. Deberá hacerse la comparación con parámetros similares. Por lo tanto los valores recolectados deben seguir las mismas reglas que los valores de referencias, y deben ser independientes de interpretaciones individuales. Ya que estamos hablando del tiempo, debemos determinar los mismos puntos de referencia al leer la información. En un principio, los diseñadores determinaron valores referenciales. Los usuarios también tenían sus propios valores referenciales. Esto creaba una confusión entre los valores de referencia de los diseñadores y la interpretación de los usuarios de los valores recogidos. Para poder resolver este problema, los profesionales suelen utilizar las definiciones contenidas en las normas internacionales. La más utilizada es la norma internacional IEC 56. |
3.7 Definiciones de Tiempo de acuerdo a la Norma Internacional IEC 56 |
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La norma internacional IEC 56 define estos tiempos de la siguiente manera: |
3.7.1 Tiempo de apertura (IEC 56 3.105.32) |
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Para un interruptor disparado por cualquier forma de energía auxiliar, el tiempo de apertura es el intervalo de tiempo entre el instante de energización de la barra de apertura, estando el interruptor en posición cerrada, y el instante en que los contactos del arco se han separado en todos los polos. Notas: 1. El tiempo de apertura puede variar significativamente con la interrupción de la corriente. 2. Para los interruptores con más de una unidad de interrupción por polo, el instante cuando los contactos del arco se han separado en todos los polos es determinado por el instante de la separación de los contactos en la primera unidad del último polo. 3. El tiempo de apertura incluye el tiempo de operación de cualquier equipo auxiliar necesario para la apertura de los interruptores y que forma una parte integral de los interruptores. |
3.7.2 Tiempo de cierre (IEC 56 3.105.35) |
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El intervalo de tiempo entre la energización del circuito de cierre, estando el interruptor en posición abierta, y el instante en que los contactos se tocan en todos los polos. Nota: El tiempo de cierre incluye el tiempo de operación de cualquier equipo auxiliar necesario para cerrar el interruptor y que forme una parte integral del interruptor. |
3.7.3 Tiempo de apertura-cierre, A-C o tiempo de aislamiento (IEC 56 3.105.38) |
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El intervalo de tiempo entre el instante cuando los contactos del arco se han separado en todos los polos y cuando los contactos se tocan en el primer polo durante una operación de recierre. |
3.7.4 Tiempo de cierre-apertura, C-A o tiempo de corto circuito (IEC 56 3.105.42) |
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El intervalo de tiempo entre el instante cuando los contactos tocan el primer polo durante una operación de cierre y el instante cuando los contactos de arco se han separado en todos los polos durante la subsecuente operación de apertura. Nota: A menos que se indique lo contrario, se asume que la barra de apertura incorporada en el interruptor se energiza en el instante en que los contactos tocan el primer polo durante el cierre. Esto representa el mínimo tiempo de cierre-apertura. |
3.7.5 Duración mínima de la apertura (IEC 56 3.105.44) |
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El mínimo tiempo que se debe aplicar la energía auxiliar a la barra de apertura para asegurar una apertura completa del interruptor. |
3.7.6 Duración mínima del cierre (IEC 56 3.105.45) |
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El mínimo tiempo que la energía auxiliar debe aplicarse al dispositivo de cierre para asegurar un cierre completo del interruptor.
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CONCLUSIÓN
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Con un análisis preciso es posible tomar decisiones que son provechosas para el interruptor, para la red y para el personal de mantenimiento. Para lograr esto, es importante conocer el funcionamiento del analizador de interruptores y el significado de los tiempos de operación, pero esto no es suficiente. Es necesario tener un mejor conocimiento del interruptor, de los valores de referencia (cuadro de tiempos) y de las características de la red. Todo esto, respaldado con la experiencia y el sentido común del personal de pruebas. |
