Interruptores

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y
ELECTRONICA
DISEÑO DE SUBESTACIONES DE MEDIA Y
ALTA TENSIÓN EE-388-M
INTERRUPTORES DE POTENCIA
Desarrollado por :
Grupo 1
APELLIDOS NOMBRES CODIGO E-mail FIRMA
Santos Antonio José Carlos 950161- E e19950161@uni.edu.pe
San Miguel Caballa Carlos Alberto 932049-B sanmiguelcca@peru.com
PROFESOR: ING. MOISÉS FLORES TINOCO
Noviembre – 2001
DISEÑO DE SUBESTACIONES DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN
EE-388-M UNI-FIEE
INTERRUPTPRES DE POTENCIA
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INTERRUPTORES DE POTENCIA

EE-388-M UNI-FIEE
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CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN...............................................................................................5
2 OBJETIVOS........................................................................................................5
3 TIPOS DE INTERRUPTORES..........................................................................6
3.1 Interruptor en Gran Volumen de Aceite ...............................................................6
3.2 Interruptor en Pequeño Volumen de Aceite..........................................................7
3.3 Interruptores Neumáticos ......................................................................................8
3.4 Interruptores en Hexafluoruro de Azufre (SF6)...................................................9
3.4.1 Partes del Interruptor (SF6)........................................................................................ 10
3.4.2 Propiedades del SF6.................................................................................................... 10
3.5 Interruptores en Vacío. ........................................................................................12
4 PARTES DE UN INTERRUPTOR ..................................................................13
4.1 Parte Activa. .........................................................................................................13
4.2 Parte Pasiva..........................................................................................................13
4.3 Accesorios.............................................................................................................13
5 SELECCIÓN DE LOS INTERRUPTORES....................................................15
5.1 Tensión Nominal..................................................................................................15
5.2 Tensión Máxima...................................................................................................16
5.3 Rango de Voltajes, Influencia de la Altitud ........................................................16
5.3.1 Rango de Voltaje Um................................................................................................... 16
5.3.2 Prueba de Voltaje ........................................................................................................ 16
5.3.3 Corrección de Factor por Altura................................................................................. 16
5.4 Corriente Nominal. ..............................................................................................17
5.5 Corriente de Cortocircuito Inicial. ......................................................................17
5.6 Corriente de Cortocircuito. ..................................................................................17
5.7 Tensión de Restablecimiento. ..............................................................................18
5.8 Resistencia de Contacto. ......................................................................................18
5.9 Cámaras de Extinción del Arco...........................................................................18
6 CONTROLES Y PRUEBAS A LOS INTERRUPTORES...............................19
6.1 Pruebas de Tipo....................................................................................................19
6.2 Pruebas de Recepción de los Interruptores.........................................................20
6.3 Controles y Pruebas durante la Puesta en Servicio............................................20
7 INTERRUPCIÓN DEL ARCO ELÉCTRICO.................................................21
7.1 Interrupción de Corrientes Inductivas ................................................................21
7.2 Interrupción de Corrientes Capacitivas ..............................................................22
7.3 Cámara de Corte ..................................................................................................23
8 FALLAS EN INTERRUPTORES....................................................................24
8.1 Fenómenos Producidos por el Cierre y Disparo de los Interruptores................24
8.1.1 Corriente Simétrica...................................................................................................... 24
8.1.2 Corriente Asimétrica.................................................................................................... 25
8.2 Tipos de Fallas en Interruptores .........................................................................25
8.2.1 Fallas en los Terminales ............................................................................................. 25
8.2.2 Falla en una Línea Corta............................................................................................ 25
8.2.3 Apertura en Oposición de Fase................................................................................... 26
8.2.4 Apertura de Pequeñas Corrientes Inductivas............................................................. 26
8.2.5 Falla Evolutiva ............................................................................................................ 26
9 RECIERRE AUTOMÁTICO Y FALLAS EN UNA RED...............................26
9.1 Recierre Automático.............................................................................................26
9.1.1 Falla Transitoria ......................................................................................................... 27
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4
9.1.2 Falla Semipermanente ................................................................................................ 27
9.1.3 Falla Permanente ........................................................................................................ 27
9.2 Recierre Monofásico ............................................................................................27
10 MANTENIMIENTO DE INTERRUPTORES DE POTENCIA.................28
10.1 Condiciones Generales.........................................................................................28
10.2 Equipos, Herramientas, Materiales e Implementos de Seguridad .....................28
10.2.1 Equipos.................................................................................................................... 28
10.2.2 Herramientas. ......................................................................................................... 28
10.2.3 Materiales................................................................................................................ 28
10.2.4 Implementos de Seguridad ..................................................................................... 29
10.2.4.1 Implementos Personales:..................................................................................................29
10.2.4.2 Implementos para Casos de Emergencia.........................................................................29
10.2.4.3 Comunicaciones ...............................................................................................................29
10.3 Desarrollo de las Actividades...............................................................................29
10.3.1 Aislamiento y Soportes: .......................................................................................... 29
10.3.2 Caja de Mandos:..................................................................................................... 30
10.3.3 Mecanismo de Accionamiento: .............................................................................. 30
10.3.4 Pruebas: .................................................................................................................. 30
10.4 Registros ...............................................................................................................31
11 CONCLUSIONES.........................................................................................32
12 BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................32
13 ANEXOS........................................................................................................ 33
13.1 Partes Eléctricas y Operación Mecánica de un Interruptor de 36 KV. Con
Extinción de Arco Sf6 .......................................................................................................33
13.2 Pruebas a Interruptores y Protocolos de Pruebas...............................................33
13.3 Catálogos de Fabricantes.....................................................................................33

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1 INTRODUCCIÓN
Los interruptores de potencia son parte principal de una subestación de
cualquier tipo ya sea de transformación o transferencia.
El interruptor es un dispositivo destinado al cierre y apertura de la continuidad
de un circuito eléctrico, bajo carga en condiciones normales así como la
apertura en caso de producirse un cortocircuito(esta es su función principal).
El interruptor junto con el transformador es parte mas importante de una
subestación, su comportamiento depende del nivel de confiabilidad que se puede
tener en sistema eléctrico de potencia. El interruptor debe de ser capaz de
interruptor corrientes eléctricas de capacidades y factores de potencias
diferentes, pasando desde las corrientes capacitivas de varios cientos de
amperes y las inductivas de varias decenas de kA.
Ene esta monografía desarrollaremos los tipos de interruptores , como se
seleccionan , las partes principales del interruptor, las pruebas que se realizan y
el mantenimiento que se les realiza.
2 OBJETIVOS
!"Lograr un manejo y mejor conocimiento de la selección, montaje,
pruebas y mantenimiento y temas afines del interruptor de potencia.
!"Mostrara al interruptor de potencia como parte principal de un sistema
eléctrico de potencia.
!"Mostrar el interés por la investigación a nuestros demás
compañeros.
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3 TIPOS DE INTERRUPTORES
De acuerdo con los elementos que
intervienen en la apertura del arco
de las cámaras de extinción, los
interruptores se pueden dividir en
los siguientes grupos, ordenados
conforme a su aparición histórica.
!"Gran volumen de aceite.
!"Pequeño volumen de aceite.
!"Neumático (aire comprimido).
!"Hexafluoruro de azufre (SF6)
!"Vacío
3.1 Interruptor en Gran Volumen de Aceite
Fueron de los primeros interruptores que se emplearon en la alta tensión y que
utilizaron el aceite para la extinción del arco. Son muy utilizados todavía en
Estados Unidos.
En este tipo de extinción el arco producido calienta dando lugar a una
formación de gas muy intensa, que aprovechando el diseño de la cámara
empuja un chorro de aceite a través del arco, provocando su alargamiento y
enfriamiento hasta llegar a la extinción del mismo, al pasar la onda de
corriente por cero.
Para grandes tensiones y capacidades de ruptura cada polo del interruptor va
dentro de un tanque separado, aunque el accionamiento de los tres polos es
simultáneo por medio de un mando común.
Cada polo tiene doble cámara interruptiva, conectadas en serie, lo cual
facilita la ruptura del arco al repartirse la caída de tensión según el número
de cámaras. Para conseguir que la velocidad de los contactos sea elevada, de
acuerdo con la capacidad interruptiva de la cámara, se utilizan poderosos
resortes y para limitar el golpe que se produciría al final de la carrera, se
utilizan amortiguadores.
Para la revisión por mantenimiento de los interruptores de pequeña
capacidad, se bajan los tres tanques por medio de un cable y una manivela. En

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aparatos de gran capacidad, primero se vacía el aceite y a continuación se
abren las tapas de hombre de cada uno de los tres tanques.
En este tipo de interruptores, el mando puede ser eléctrico, con resortes o con
compresora unitaria según la capacidad interruptiva del interruptor.
3.2 Interruptor en Pequeño Volumen de Aceite
Este tipo que tiene forma de columna, fue inventado en Suiza por el Dr. J.
Landry, por el pequeño consumo de aceite, son muy utilizados en Europa, en
tensiones de hasta 230kV y de 2500 MVA de capacidad interruptiva utiliza
aproximadamente un 5% del volumen de aceite del caso anterior.
Las cámaras de extinción tienen la propiedad de que el efecto de extinción
aumenta a medida que la corriente que va a interrumpir crece. Por eso al
extinguir la corriente de baja intensidad, las sobretensiones generadas son
pequeñas.
La potencia de apertura es limitada solo por la presión de los gases
desarrollados por el arco, presión que debe ser soportada por la resistencia
mecánica de la cámara de arqueo. Para potencias interruptivas altas, el soplo
de los gases sobre el arco se hacen perpendicularmente al eje de los contactos,
mientras que para potencias bajas, el soplo de los gases se inyecta en forma
axial.
Los contactos de estos interruptores pueden soportar, según estadísticas de los
fabricantes, el siguiente número de operaciones sin requerir su cambio:
!"A corriente nominal 4 000 operaciones
!"A la mitad de la potencia máxima de cortocircuito 8 operaciones
!"A plena potencia de cortocircuito 3 operaciones
El desarrollo de los gases de extinción depende mas de la corriente que de la
tensión, lo que origina que la potencia de cortocircuito aumente
constantemente con la tensión.
En dicha gráfica se puede apreciar que si la tensión de restablecimiento
alcanza un valor doble, la potencia de ruptura aumenta en un 50%.
Los interruptores de este tipo usan un mando que se energiza por medio de
resortes.
El tiempo de la extinción del arco es del orden de 6 ciclos.
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3.3 Interruptores Neumáticos
Su uso se origina ante la necesidad de eliminar el peligro de inflamación y
explosión del aceite utilizado en los interruptores de los dos casos anteriores.
En este tipo de interruptores el apagado del arco se efectúa por la acción
violenta de un chorro de aceite que barre el aceite ionizado por efecto del
arco. El poder de ruptura aumenta casi proporcionalmente a la presión del
aire inyectado. La presión del aire comprimido varía entre 8 y 13 kg/cm2
dependiendo de la capacidad de ruptura del interruptor.
La extinción del arco se efectúa en un tiempo muy corto, del orden de 3 ciclos,
lo cual produce sobre tensiones mayores que en los casos anteriores.
Estos aparatos pueden operar en dos formas. En forma modular con su propia
compresora y tanque de almacenamiento, o en forma de estación central de
aire comprimido, que alimenta el conjunto de los interruptores de la
instalación. La segunda forma puede ser de alimentación radial a partir de un
cabezal de aire, o a partir de una instalación en anillo, tiene el inconveniente
de que en caso de una fuga en la tubería principal puede ocasionar la falla de
toda la instalación, además de que en caso de subestaciones de gran
capacidad, la longitud de las tuberías es tan grande que su costo sea muy
elevado respecto al caso modular.
En los aparatos de tipo modular, el volumen del tanque debe ser de tal tamaño
que pueda soportar, cuando menos, dos operaciones de apertura y cierre
combinadas. A continuación, si la presión resultante es inferior al valor
mínimo considerado por el fabricante para el soplado del arco, y ocurriera un
cortocircuito en la línea, el interruptor tiene un control que impide la apertura
del mismo, ya que de no bloquearlo se produciría la destrucción del
interruptor.
Las cámaras de extinción de esto interruptores son de forma modular y, de
acuerdo con la capacidad y tensión de la instalación, se utilizaran desde dos
cámaras en adelante:
2 cámaras hasta 80 kV
Una de las ventajas de utilizar varias cámaras en serie, es la de repartir la
tensión entre el número de ellas, disminuyendo la tensión de reencendido entre
los contactos de cada una de ellas.

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Debido a que estos interruptores producen mayores sobretensiones, es común
entre los diversos fabricantes en paralelo con los contactos principales,
resistencias amortiguadoras y capacitancias que producen altas impedancias y
reparten las tensiones de las cámaras. Los diagramas más utilizados son los
siguientes:
Tipo 1 Es una resistencia R en serie con un explosor E; este conjunto está en
paralelo con el contacto C1 del interruptor.
Tipo 2 Tiene un capacitor C de reparto de tensión.
Tipo 3 Usa además del capacitor C una resistencia que permite una
pequeñísima corriente y produce un abatimiento de la sobretensión
entre los contactos C1 del interruptor.
Tipo 4 Es semejante al tipo 3, pero utiliza una resistencia R1 para el cierre y
otra R1 para la apertura.
El incremento de la tensión que puede aparecer entre los contactos de un
interruptor se puede determinar por medio de la expresión:
donde:
mdt
dV






= Velocidad de incremento de la tensión máxima
R = Valor de la resistencia amortiguadora indicada
L = Inductancia de la red en Henrys
Vm = Valor pico de la tensión de restablecimiento
Resumiendo las características de estos interruptores se puede decir lo
siguiente:
Los tiempos de maniobra son muy cortos, lo que limita la duración de los
esfuerzos térmicos que originan los cortocircuitos y por lo tanto se reduce el
desgaste de los contactos.
Son aparatos de construcción sencilla; se emplean los mismos elementos
interruptivos para todas las tensiones, lo cual reduce el almacenaje y el costo
de las piezas de repuesto.
Pueden efectuar recierres con tiempos mínimos y potencias de cortocircuito
elevadas.
El mantenimiento es sencillo y rápido. No tiene peligro de incendio.
3.4 Interruptores en Hexafluoruro de Azufre (SF6).
Son aparatos que se desarrollaron al final de la década de los años 60 y cuyas
cámaras de extinción operan dentro de un gas llamado hexafluoruro de azufre
(SF6) que tiene una capacidad dieléctrica superior a otros fluidos dieléctricos
m
m
V
L
R
dt
dV
=





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conocidos. Esto hace más compactos y más durables los interruptores desde el
punto de vista de mantenimiento.
3.4.1 Partes del Interruptor (SF6)
A: Cámara de corte
B: Columna aislante
C: Conjunto de transmisión
D: Resorte de apertura
E: Resorte de cierre
F: Mecanismo de mando
H: Biela de maniobras
K: Biela aislante
L: Palanca de polo
M: Motor
P: Viga
3.4.2 Propiedades del SF6
Es un gas químicamente estable e inerte, su peso específico es de
6,14g/l. Alcanza unas tres veces la rigidez dieléctrica del aire, a la
misma presión. A la temperatura de 2000°K conserva todavía alta
conductividad térmica, que ayuda enfriar el plasma creado por el arco
eléctrico y al pasar por cero la onda de corriente, facilita la extinción

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del arco. Físicamente el gas tiene características electronegativas, o
sea la propiedad de capturar electrones libres transformando los
átomos en iones negativos, lo cual provoca en el gas las altas
características de rupturas del arco eléctrico y por lo tanto la gran
velocidad de recuperación dieléctrica entre los contactos, después de la
extinción del arco.
En los primeros interruptores se usaron dos presiones, la menor de 3
bars, llenando los tanques y la mayor, de unos 18 bars, dentro de las
cámaras de extinción. Esto se hizo con el fin de evitar que al abrir el
interruptor sus contactos, el soplo de gas produjera enfriamiento y el
gas pasar al estado líquido. Posteriormente se ha usado una sola
presión, con lo cual se disminuye el tamaño de los interruptores en
cerca de un 40%, y para evitar el uso de la segunda presión se
aprovecha la propia presión del gas como punto de partida y la
cámara, al abrir los contactos, tiene un émbolo unido al contacto móvil
que al operar comprime el gas y lo inyecta sobre el gas ionizado del
arco, que es alargado, enfriado y a pagado al pasar la corriente por
cero.
Los interruptores pueden ser de polos separados, cada fase en su
tanque, o trifásicos en que las tres fases utilizan una misma envolvente.
Se fabrican para tensiones desde 115 hasta 800 kV y las capacidades de
interrupción varían de acuerdo con el fabricante, llegando hasta
magnitudes de 80 kA, que es un caso muy especia.
Este tipo de aparatos pueden librar las fallas hasta en dos ciclos y para
limitar las sobretensiones altas producidas por esta velocidad, los
contactos vienen con resistencias limitadoras.
Las principales averías de este tipo de interruptores son las fugas de
gas, que requieren aparatos especiales para detectar el punto de la
fuga. En un aparato bien instalado, las pérdidas de gas deben ser
infectados al 2% anual del volumen total de gas encerrado dentro del
aparato.
En caso de pérdida total de la presión del gas y debido a la alta rigidez
dieléctrica del SF6, la tensión que pueden soportar los contactos
cuando están abiertos es igual al doble de la tensión de fase a tierra.
De cualquier forma, no es conveniente operar un interruptor de SF6
cuando ha bajado su presión por una fuga y debe de ser bloqueado el
circuito de control de apertura para evitar un accidente.
En los interruptores trifásicos, la apertura de los contactos es
simultánea, aunque conviene que haya dispersión de un milisegundo
entre los tres polos; se entiende por dispersión a la diferencia en tiempo
que existe entre el instante de cierre del primero y el instante de cierre
del último polo del interruptor. El uso de la dispersión es importante,
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pues sirve para reducir las sobretensiones debidas a impulsos por
maniobra.
Si el interruptor es de operación monopolar, puede ser benéfico usar
recierre monopolar. Aquí la dispersión puede aumentar hasta 4
milisegundos, cuya magnitud empieza a producir efectos adversos en la
magnitud de las sobretensiones por maniobra.
El mecanismo de mando de estos interruptores es, generalmente, de
aire comprimido.
3.5 Interruptores en Vacío.
Esta tecnología aparece por el año de 1960. Son aparatos que, en teoría,
abren en un ciclo debido a la pequeña inercia de sus contactos y a su pequeña
distancia. Los contactos están dentro de botellas especiales en las que se ha
hecho el vacío casi absoluto. El contacto fijo está sellado con la cámara de
vacío y por el otro lado entra el contacto móvil, que también está sellado al
otro extremo de la cámara y que, en lugar de deslizarse, se mueve junto con la
contracción de un fuelle de un material que parece ser una aleación del tipo
del latón.
Al abrir los contactos dentro de la cámara de vacío, no se produce ionización
y, por tanto, no es necesario el soplado del arco ya que éste se extingue
prácticamente al paso por cero después del primer ciclo.
Este tipo se utiliza en instalaciones de hasta 34,5 kV dentro de tableros
blindados.
Los dos inconvenientes principales son:
Que por algún defecto o accidente, se pueda perder el vacío de la cámara y al
entrar aire y producirse el arco, puede reventar la cámara.
Debido a su rapidez producen grandes sobretensiones entre sus contactos y
éstos emiten ligeras radiaciones de rayos X.

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4 PARTES DE UN INTERRUPTOR
El interruptor se puede considerar formado por tres partes principales:
4.1 Parte Activa.
Constituida por las cámaras de extinción que soportan los contactos fijos y el
mecanismo de operación que soporta los contactos móviles.
4.2 Parte Pasiva.
Formada por una estructura que soporta uno o tres depósitos de aceite, si el
interruptor es de aceite, en los que se aloja la parte activa.
En si, la parte pasiva desarrolla las funciones siguientes:
!"Protege eléctrica y mecánicamente el interruptor.
!"Ofrece puntos para el levantamiento y transporte del interruptor, así
como espacio para la instalación de los accesorios.
!"Soporta los recipientes de aceite, si los hay, y el gabinete de control.
4.3 Accesorios
En esta parte se consideran incluidas las siguientes partes:
!"Boquillas terminales que a veces incluyen transformadores de
corriente.
!"Válvulas de llenado, descarga y muestreo del fluido aislante.
!"Conectores de tierra.
!"Placa de datos.
!"Gabinete que contiene los dispositivos de control, protección,
medición, accesorios como: compresora, resorte, bobinas de cierre o
de disparo, calefacción, etc.
El accionamiento de los dispositivos de control pueden ser de tipo neumático,
electrohidráulico y de resorte, según el nivel de tensión utilizado en la
subestación.
En la siguientes figuras se detallan las partes principales de un interruptor
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1.- Superficie de empalme
(platina, donde se conectan las
morsetas)
2.- Cámara de conexión
3.- Aislador soporte
4.- Filtro
5.- bastidor
6.- caja de bielas
7.- Soportes
8.- Varillaje de unión
9.- Caja de accionamiento
10.- Indicador de posición de
maniobra
11.- Indicador de posición del
muelle de conexión
12.- Supervisor de densidad
13.- Muelle de desconexión
14.- Varilla aislante

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En el anexo Nº “PARTES ELECTRICAS Y OPERACIÓN MECANICA DE UN
INTERRUPTOR DE 36 KV CON EXTNSION DE ARCO SF6 ” se detalla las
partes de un interruptor de 36 KV con extinción de arco SF6 y su operación
mecánica como sus equipamientos y fundaciones
5 SELECCIÓN DE LOS INTERRUPTORES
Previo ala selección de interruptores se debe de tener en cuenta los s siguientes
parámetros eléctricos y conducciones mecánicas y climáticas:
5.1 Tensión Nominal.
Es el valor eficaz de la tensión entre fases del sistema en que se instala el
interruptor.
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5.2 Tensión Máxima.
Es el valor máximo de la tensión para el cual está diseñado el interruptor y
representa el límite superior de la tensión, al cual debe operar, según normas.
5.3 Rango de Voltajes, Influencia de la Altitud
5.3.1 Rango de Voltaje Um
Este es el valor que gobierna las dimensiones y definición del
aislamiento, relacionado al servicio en condiciones normales. El valor
de voltaje de un interruptor corresponden a la alta tensión de un
sistema particular.
5.3.2 Prueba de Voltaje
Este es el voltaje especificado para pruebas de aislamiento del
equipamiento eléctrico. Estas magnitudes varían con el valor del
voltaje del objeto particular.
Asilamiento correctamente dimensionado debería ser capaz de soportar
este voltaje. La prueba de voltaje es a veces incorrectamente referido a
como soporta el voltaje. Generalmente, sin embargo, la actual
capacidad de soporte del aislamiento o de un equipo será mas alta que
en la prueba de voltaje.
5.3.3 Corrección de Factor por Altura
Dependiendo si la distancia de aislamiento del dispositivo eléctrico
dado es expuesto a las influencias atmosféricas o protegidos contra
ellos, esto es distinguido entre aislamiento externo e interno. La rigidez
dieléctrica del asilamiento naturalmente depende de las propiedades de
la atmósfera que rodea este aislamiento (densidad de aire, humedad,
etc.).
Con el incremento de la altitud la densidad del aire decrece y con esto
la rigidez dieléctrica del aire. Esto debe ser debidamente tomado en
cuenta cuando determinan las dimensiones del aislamiento de una
unidad de interrupción que será instalada a una altitud cerca de los
1000 m. El factor de corrección por altitud es por lo tanto para
corregir cualquier valor de voltaje o la capacidad de aislamiento de la
unidad particular.

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Ejemplo numerico
Altitud : 2300 m factor de corrección k = 0,86
Voltaje de la red 145 kV
Prueba de voltajes de acuerdo a IEC (para instalaciones a mas de 1000
m de altitud)
Onda de impulso 1,2/50 µ s 650 kV (valor pico)
Voltaje de prueba 50 Hz, 1 min 275 kV (valor RMS)
a)
650/0,86 = 757 kV 275/0,86 = 320 kV
el aislamiento externo del equipo a ser instalado
debe soportar un voltaje de:
757 kV, impulso tipo rayo 1,2/50 µ s
320 kV, 50 Hz por 1 min.
b)
145/0,86=168,5 kV
El valor mas próximo de acuerdo a IEC es: 170 kV.
Entonces para una unidad de 145 kV, la unidad a ser instalada a
una altitud de 2300 m deberá tener un voltaje de 170 kV.
5.4 Corriente Nominal.
Es el valor eficaz de la corriente normal máxima que puede circular
continuamente a través del interruptor sin exceder los límites recomendables
de elevación de temperatura.
5.5 Corriente de Cortocircuito Inicial.
Es el valor Pico de la primera semionda de corriente, comprendida en ella la
componente transitoria.
5.6 Corriente de Cortocircuito.
Es el valor eficaz de la corriente máxima de cortocircuito que pueden abrir las
cámaras de extinción del arco. Las unidades son kiloamperes aunque
comúnmente se dan en megavolt-amperes (MVA) de cortocircuito.
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5.7 Tensión de Restablecimiento.
Es el valor eficaz de la tensión máxima de la primera semionda de la
componente alterna, que aparece entre los contactos del interruptor después
de la extinción de la corriente. Tiene una influencia muy importante en la
capacidad de apertura del interruptor y presenta una frecuencia que es del
orden de miles de Hertz, de acuerdo con los parámetros eléctricos del sistema
en la zona de operación.
Esta tensión tiene dos componentes, una a la frecuencia nominal del sistema y
la otra superpuesta que oscila a la frecuencia natural de sistema.
5.8 Resistencia de Contacto.
Cuando una cámara de arqueo se cierra, se produce un contacto metálico en
un área muy pequeña formada por tres puntos, que es lo que en geometría
determina un plano. Este contacto formado por tres o más puntos es lo que fija
el concepto de resistencia de contacto y que provoca el calentamiento del
contacto, al pasar la corriente nominal a través de él.
La resistencia de contacto varía de acuerdo con la fórmula:
R = K
F
D
!
En donde:
R = Resistencia de contacto
K = Constante dada por el fabricante del interruptor
! = Resistividad del metal del contacto
D = Dureza del metal del contacto
F = Fuerza que mantiene cerrado el contacto
En la fórmula se observa que la resistencia de un contacto crece directamente
proporcional a la resistividad y a la dureza e inversamente proporcional con
la presión del contacto.
5.9 Cámaras de Extinción del Arco.
Es la parte primordial de cualquier interruptor eléctrico, en donde al abrir los
contactos se transforma en calor la energía que circula por el circuito de que
se trate.
Dichas cámaras deben soportar los esfuerzos electrodinámicos de las
corrientes de cortocircuito, así como los esfuerzos dieléctricos que aparecen al
producirse la desconexión de bancos de reactores, capacitores y
transformadores.

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El fenómeno de interrupción aparece al iniciarse la separación de los
contactos, apareciendo un arco a través de un fluido, que lo transforma en
plasma y que provoca esfuerzos en las cámaras, debido a las altas presiones y
temperaturas. Al interrumpirse la corriente, durante el paso de la onda por
cero, aparece entre los contactos la llamada tensión transitoria de
restablecimiento.
Durante la interrupción del arco, aparecen los siguientes fenómenos:
!"Altas temperaturas debido al plasma creado por el arco.
!"Altas presiones debido a la alta temperatura del plasma.
!"Flujos turbulentos del gas que adquieren velocidades variables entre 100
y 1000 metros entre segundo y que producen el soplado del arco, su
alargamiento y, por lo tanto, su extinción.
!"Masas metálicas en movimiento (contacto móvil) que se aceleran en
pocos milésimos de segundo hasta adquirir velocidades del orden de 10
metros entre segundo.
!"Esfuerzos mecánicos debidos a la corriente de cortocircuito.
!"Esfuerzos dieléctricos debidos a la tensión de restablecimiento.
Como la interacción de estos fenómenos es difícil de analizar, el diseño de una
cámara de interrupción está basada, en gran porcentaje, en tablas y pruebas
de laboratorio. En la actualidad, se sigue en la búsqueda de cámaras
interruptivas de menor tamaño y mayores capacidades de cortocircuito,
centrándose los estudios en la investigación de la física del arco eléctrico a
través de equipos de medición, captación de datos, simulación y, finalmente,
del empleo de computadoras.
6 CONTROLES Y PRUEBAS A LOS INTERRUPTORES
6.1 Pruebas de Tipo
Para que el Fabricante someta un interruptor de la serie ofrecida a todas las
pruebas tipo, previstas por las recomendaciones de la norma IEC, es necesario
del Propietario, acuda a las pruebas por efectuarse. Al recibir la orden,
atestiguará que los interruptores y sus dispositivos de mando corresponden a
las exigencias; así como un cálculo justificativo referente a los mismos.
!"Pruebas de poder de ruptura (defectos en los bornes)
!"Prueba de onda de impulso 1,2/50µs
o entre contactos abiertos
o entre fase y tierra
!"Prueba de resistencia a sobretensión
!"industrial, 60 Hz, 1 minuto
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o . entre contactos abiertos
o . entre fase y tierra
!"Pruebas de interrupción de
!"pequeñas corrientes inductivas
!"Pruebas de corriente de corta duración (térmica y dinámica)
!"Pruebas de cierre
!"Pruebas de calentamiento
!"Pruebas dieléctricas
!"Pruebas de interrupción en
!"oposición de fase
!"línea en vacío
!"cables en vacío
!"Pruebas de perturbación
!"radiofónica
!"Pruebas de resistencia
!"mecánica
!"Pruebas de fatiga
!"Pruebas para fallas telemétricas
!"Esta lista no es limitativa
6.2 Pruebas de Recepción de los Interruptores
En los talleres del Fabricante, deberán realizarse todas las pruebas de rutina
(Routine Tests); indicadas en la norma IEC - 56, última versión, control final de
la fabricación.
Para los interruptores, comprenderán en particular :
Control de las características mecánicas
Control de los tiempos de funcionamiento
Funcionamiento del dispositivo de mando
Resistencia de los circuitos principales
Pruebas dieléctricas
Control de la calidad de las protecciones de las superficies
Pruebas de tipo eventuales.
6.3 Controles y Pruebas durante la Puesta en Servicio
Después del montaje, se procederá en particular a los controles y pruebas
siguientes :
!"Control general de montaje
!"Control de la resistencia de contactos

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!"Control de la simultaneidad de apertura/cierre de los contactos
!"Control de los circuitos baja tensión
!"Control de los circuitos de alimentación, mando y señalización
!"Control de funcionamiento de los dispositivos de mando
!"Control de estado de la superficie de los aisladores.
!"Control de la instalación eventual de comprensión
La lista de controles enumerados más arriba, no es limitativa.
El Fabricante propondrá y emprenderá todos los controles necesarios para
asegurar las operaciones de puesta en servicio del suministro con la mayor
seguridad, de acuerdo con los proveedores de las otras partes del equipo.
7 INTERRUPCIÓN DEL ARCO ELÉCTRICO
La interrupción de la corriente (i) ocurre siempre a través de un arco eléctrico
entre los contactos del interruptor, donde las características del arco influyen
en la capacidad de corte del interruptor y definen su diseño.
7.1 Interrupción de Corrientes Inductivas
Debido a que la carga es inductiva, la corriente i está 90º en retardo de la
tensión V. Se inicia la apertura del interruptor en el punto A donde aparece
una Corriente de Arco ia que se reduce hacia cero y una pequeña tensión de
arco ua que se incrementa. Al primer paso de la corriente de carga i por cero
natural ua se invierte, alcanza el valor disrruptivo entre contactos y reenciende
bruscamente al arco. La corriente ia pasa por cero y empieza a evolucionar
creciendo.
El proceso continúa idénticamente incrementando ua a cada paso por cero de
i, mientras sea menor que V. Cuando ua>V y la rigidez dieléctrica entre los
contactos abiertos es mayor que ua, se extingue el arco (ia=0) con una
oscilación de alta frecuencia (fn) que depende de L y C del circuito. Las
sobretensiones alcanzan hasta dos veces la tensión V.
LC
fn
π2
1
= menor fn a menor C
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7.2 Interrupción de Corrientes Capacitivas
En este caso la corriente de carga i está a 90º en adelanto de V, la apertura
del interruptor se inicia en el punto A donde aparece una corriente ia que
decae y permanece la tensión de la red como ua en su valor máximo en la
carga C.
El primer paso por cero natural de la corriente de carga i, la corriente ia será
cero (no hay arco) y la ua se mantiene en su valor máximo. Al nuevo paso por
cero natural de i, el exceso de energía acumulada en la carga C, se libera con
un encebamiento de arco que oscila a una frecuencia fn dependiendo de la
inductancia L. La ia oscila a alta frecuencia , amortiguándose y la ua sigue la
oscilación con una sobretensión de dos veces la tensión V.
Al llegar la corriente i al siguiente paso por cero natural, nuevamente la
capacitancia C estará cargada y podrá liberar su energía reencendiendo el
arco en la misma forma anterior, pero esta vez con una sobretensión a 90º
entre los contactos, siendo de valor triple al de la tensión V (ia y ua oscilan a
fn).
Si la rigidez dieléctrica entre contactos abiertos es mayor que ua, debido al
efecto favorable de las pérdidas del sistema, y contando con la alta velocidad
del interruptor, el arco se extinguirá definitivamente con una oscilación de
tensión.

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7.3 Cámara de Corte
En estos interruptores la presión de gas, necesaria para el apagado del arco,
se produce dentro de la tobera durante la desconexión (ver figura). En el
cilindro de compresión se comprime el gas existente, cuya presión - instantes
antes de la desconexión - era tan solo de unos pocos bar".
El contacto fijo va unido solidariamente al borne superior del aparato.
Durante la desconexión, el contacto móvil – junto con el cilindro de
compresión - se mueven contra un émbolo fijo, comprimiendo el SF6 contenido
en este cilindro que sale a presión a través de la válvula por la tobera aislante
que se halla unida rígidamente a dicho cilindro.
El dimensionado de esta tobera es decisivo para el correcto funcionamiento de
la cámara de corte. En el caso de arcos de gran intensidad, la tobera queda
prácticamente "atorada", por lo que la cantidad de SF6 que escapa de ella es
muy reducida fuera de la zona del paso por cero de la corriente perdiéndose a
los efectos de interrupción de la misma. Intensidades superiores causan en el
recinto del cilindro presiones también mayores que conllevan a un fuerte flujo
del medio extintor poco antes del paso por cero de la corriente. Por el
contrario, en el caso de intensidades reducidas, la presión del gas generada
por el arco es también pequeña, obteniéndose en este margen de intensidades
un flujo del medio extintor ya can pequeñas diferencias de presión, e
independiente del valor instantáneo de la corriente; por esto, el soplado es
muy "blando" para pequeñas corrientes inductivas, consiguiéndose la ruptura
sin desgarros y prácticamente sin sobretensiones. Se comprende por tanto que
el comportamiento del interruptor depende de la propia intensidad a cortar.
Sin embargo, las corrientes capacitivas se cortan sin reencendidos debido al
elevado poder dieléctrico del SF6 y a la velocidad "regulada" del contacto
móvil, lo que sucede incluso si la cámara de ruptura ha cortado ya corrientes
de cortocircuito acumuladas de hasta 600 kA. Debido al principio de trabajo
de estos interruptores, la tensión del arco y con ello la energía generada
durante el mismo resulta muy reducida.
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Condición indispensable para que un interruptor no precise apenas manteni-
miento es que su cámara de corte sea muy sencilla y que contenga pocas pie-
zas móviles. Los productos de descomposición generados durante las descone-
xiones y que no se recombinan completamente, o se precipitan en forma de
fluoruros metálicos o se depositan en un filtro estático que absorbe también la
humedad residual. En estas condiciones el coste de mantenimiento es muy
reducido.
8 FALLAS EN INTERRUPTORES
8.1 Fenómenos Producidos por el Cierre y Disparo de los
Interruptores
En un circuito bajo condiciones normales, la tensión aplicada produce una
corriente limitada por las impedancia de los elementos que forman parte del
mismo, como son generadores, líneas de transmisión, aparatos y cargas,
produciéndose un factor de potencia que puede ser elevado.
En el mismo circuito, bajo condiciones de cortocircuito en los terminales del
generador, se inicia una sobre corriente que sólo está limitada por la
resistencia del inducido del generador, sumada en cuadratura con la
reactancia de dispersión del mismo, que es una impedancia muy pequeña. El
flujo de dispersión resultante cierra su circuito a través del aire y como la
resistencia del bobinado es pequeña en comparación con la reactancia, es la
resistencia la única limitadora de corriente. A esta corriente se le llama
“corriente inicial de cortocircuito” y su magnitud disminuye gradualmente por
la acción contra-electromagnética de la misma, que reduce el flujo y por lo
tanto, la fuerza electromotriz, hasta llegar la corriente de cortocircuito a un
valor permanente que sólo estará limitado por la reactancia síncrona del
generador, que se debe al campo giratorio síncrono de la reacción del
inducido. A esta corriente se le llama “corriente permanente de cortocircuito”
y tiene un factor de potencia del orden de 0,1.
La corriente de cortocircuito en un sistema puede ser de dos tipos:
8.1.1 Corriente Simétrica
Es el valor eficaz de la componente de la corriente alterna en eel
momento de separación de los contactos del interruptor. Esta se origina
cuando al pasar la onda de tensión por su valor máximo se inicia el
cortocircuito. Como la onda de corriente, por ser un circuito
eminentemente inductivo, se atrasa prácticamente 90º, parte de cero y
no se produce ningún estado transitorio que desplazaría el eje de la
onda de corriente.

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8.1.2 Corriente Asimétrica
Es el valor de la corriente de cortocircuito que ocurre en el instante en
que se separan los contactos del interruptor, y que comprende en cada
instante, la suma de dos términos: el de corriente directa, que decrece
exponencialmente y el de corriente alterna, que se mantiene constante
respecto al tiempo.
La corriente asimétrica se origina cuando al inicio del cortocircuito, la
onda de tensión pasa por el valor cero. En este instante, por tratarse de
un circuito inductivo, la onda de corriente aparece atrasada 90º, y la
corriente al no poder alcanzar su valor máximo por la inercia que
representa el circuito inductivo, presenta un desplazamiento del eje de
las abscisas en forma exponencial.
8.2 Tipos de Fallas en Interruptores
8.2.1 Fallas en los Terminales
Dentro de esta categoría se considera a todas las fallas pegadas al
interruptor. En este caso la oscilación de la tensión se amortigua por la
resistencia propia del circuito de potencia y su frecuencia fo depende
de los valores de la inductancia y de la capacitancia del lado de la
fuente, o sea:
8.2.2 Falla en una Línea Corta
Este tipo de falla hace muy crítico el comportamiento de los
interruptores, principalmente cuando ocurre entre los 3 y 5 km de
distancia del interruptor. De ahí que también a esta falla se le conoce
como falla kilométrica.
En este caso, la tensión de restablecimiento está dada por la diferencia
de tensión entre el lado de la fuente y el lado de la línea, con una
frecuencia de oscilación del doble de la fundamental. Los primeros
ciclos de la tensión transitoria tienen forma de diente de sierra, y como
la velocidad de crecimiento de los dientes es grande, esto ocasiona
esfuerzos muy grandes en el dieléctrico del interruptor. En cambio la
magnitud de la corriente durante esta falla es menor que en caso
anterior.
CL
1
2
1
f0
π
=
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8.2.3 Apertura en Oposición de Fase
Se produce en el caso en que por una conexión de fase equivocada, al
cerrar el interruptor, éste cierra contra un cortocircuito directo, lo que
provoca una apertura violenta, llegando a producirse una sobre tensión
de hasta tres veces la tensión normal de fase a neutro, con una
frecuencia de oscilación del doble de la fundamental.
8.2.4 Apertura de Pequeñas Corrientes Inductivas
Es el caso típico de la apertura de un transformador excitado o de un
banco de reactores. La apertura de estas corrientes puede provocar la
llamada “falla evolutiva” que en un interruptor puede llegar a ser
bastante fuerte, como se analiza en el inciso siguiente: Las corriente
inductivas son reducidas por el interruptor antes de pasar la onda por
cero, pero debido a la energía almacenada en la inductancia del
transformador, se generan sobre tensiones que producen el
reencendido del arco, siendo los picos de sobre tensión que aparecen
antes de que se origine el reencendido lo que más daña al interruptor.
8.2.5 Falla Evolutiva
Esta se produce cuando al abrir el circuito inductivo aparece al sobre
tensión que puede provocar el arqueo de los aisladores exteriores, lo
cual a su vez, pone en cortocircuito la inductancia del transformador,
liberándose una onda viajera entre el transformador y el interruptor
que provoca el reencendido del interruptor, volviendo a reaparecer la
corriente de cortocircuito. En el momento que esto ocurre, los
contactos del interruptor se encuentran en proceso de apertura y
separados una cierta distancia. Al iniciarse el arco, con la corriente de
cortocircuito, se eleva la presión dentro del interruptor, pudiendo ésta
llegar a un valor tan grande que produzca la explosión del mismo.
9 RECIERRE AUTOMÁTICO Y FALLAS EN UNA RED
9.1 Recierre Automático
El recierre automático de los interruptores tiene como fin mejorar la
continuidad de servicio de la instalación.
Las fallas en una red pueden ser de tres tipos:

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9.1.1 Falla Transitoria
Un ejemplo de este tipo de falla puede ser la descarga de un rayo, que
contornea un aislador sin perforarlo. En líneas de muy alta tensión,
este tipo de falla representa un 90% y en líneas de media tensión
representa un 60% del total de fallas que afectan las líneas aéreas.
En esta falla se considera que el tiempo de des-ionización del trayecto
de un arco eléctrico en el aire, varía desde unas centésimas de segundo,
hasta unas dos décimas. Por lo tanto, cuando hay recierre se
acostumbra permitir un espacio de 0,3 segundos entre el final de la
última apertura y el principio del siguiente recierre, para evitar que el
relevador de recierre lo vea como una continuación del cortocircuito.
9.1.2 Falla Semipermanente
Un ejemplo de este tipo de falla puede ser el contacto de una rama de
árbol con un conductor de alta tensión, en la que la rama se consume
progresivamente en fracciones de segundo.
Esta falla es de mayor duración que el caso anterior, y sólo se elimina
con un recierre automático lento de varios segundos o menos. Es una
falla rara en altas tensiones y más frecuente en tensiones medias.
La experiencia muestra que, en tensiones medias, el número de fallas
que se eliminan con el primer recierre lento llega a ser del orden de
20%. En el segundo recierre, el promedio de fallas eliminadas es ya
muy bajo y en el tercer recierre el promedio es prácticamente nulo.
9.1.3 Falla Permanente
Un ejemplo de este tipo de falla puede ser un cortocircuito en las
bobinas de un transformador o dentro de un cable de potencia. En este
caso el cortocircuito una vez iniciado se establece en forma franca y
sólo desaparece después de la apertura del interruptor
correspondiente.
9.2 Recierre Monofásico
En alta tensión, se ha detectado estadísticamente, que el porcentaje de fallas
que afectan una sola fase es del orden de 90% y considerando, además, que la
mayor parte de las fallas son de tipo transitorio o semipermanente, se puede
pensar en la utilización del recierre monofásico. Como el recierre es rápido,
no existe el temor de que llegue a perderse el sincronismo, ya que las otras
fases siguen manteniendo una liga sincronizada y sólo en el caso en que el
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28
primer recierre persista el cortocircuito, entonces se efectúa el disparo
trifásico.
El recierre automático impone condiciones de servicios más severas a los
interruptores y sus mecanismos, y en el caso de que la falla sea permanente, el
interruptor debe soportar un cierre y apertura contra obliga a que los
interruptores que van a trabajar con recierre deben tener un diseño más
forzado tanto eléctrica como mecánicamente.
10 MANTENIMIENTO DE INTERRUPTORES DE
POTENCIA
10.1 Condiciones Generales
Ausencia de lluvias.
Fuera de servicio con tierras temporarias en extremos del interruptor a
intervenir.
10.2 Equipos, Herramientas, Materiales e Implementos de Seguridad
10.2.1 Equipos
!"Detector de tensión.
!"01 Medidor de resistencia de contactos (microohmímetro).
!"01 Medidor de tiempo de apertura y cierre
!"01 Detector de fuga de gas.
!"Juegos de tierras temporarias.
10.2.2 Herramientas.
!"01 Multímetro.
!"01 Maletín de herramientas para electricista y mecánico.
10.2.3 Materiales
!"03 kg Trapo tipo arpillero.
!"01 m Tocuyo
!"0,2 gl Solvente dieléctrico
!"02 brochas de 2 plg
!"0,25 kg de grasa conductora
!"0,2 gl de limpiador desengrasante.

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10.2.4 Implementos de Seguridad
10.2.4.1 Implementos Personales:
Zapatos de seguridad, ropa de trabajo, casco de seguridad con
barbiquejo, correa de seguridad, guantes.
10.2.4.2 Implementos para Casos de Emergencia.
En las subestaciones se dispone de :
!"01 Camilla plegable.
!"01 Botiquín de primeros auxilios.
!"01 Banda de seguridad.
!"Extintores.
10.2.4.3 Comunicaciones
01 radio portátil, para las coordinaciones con la sala de mando para
la realización de las pruebas eléctricas y de maniobras de equipos.
10.3 Desarrollo de las Actividades
El Supervisor Encargado solicita el Permiso para Trabajar siguiendo las
disposiciones de procedimiento C-P-01 Servicio de Transmisión de Energía .
El Supervisor Encargado dispone la instalación de las tierras temporarias a
los extremos del interruptor a intervenir siguiendo Las disposiciones .
!"Colocar mando en posición local.
!"Desconectar la alimentación en continua del mando.
!"Desconectar la alimentación de corriente alterna.
!"Desconectar la alimentación del sistema de aire comprimido si lo
hubiera (se bloqueará el accionamiento por aire comprimido)
!"Descargar la energía almacenada para accionamiento del interruptor.
10.3.1 Aislamiento y Soportes:
!"Limpieza a trapo de aislamiento
!"Limpieza a trapo de estructuras de soporte de equipo
!"Revisar si existen partes atacadas por la corrosión, lijar
repintar.
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10.3.2 Caja de Mandos:
!"Limpieza exterior e interior de caja de mando.
!"Revisión de conmutador local distancia.
!"Revisión, limpieza y ajuste de borneras.
!"Revisión del estado del cableado.
!"Revisión del contador de maniobras, relés auxiliares.
!"Revisión de lámparas de señalización y lámparas de cabina.
!"Verificar puntos de calibración.
!"De acuerdo al Manual de Instrucciones del Fabricante del
Equipo o a la Tarjeta de Mantenimiento, verificar presión de
gas SF6, nivel de aceite dieléctrico, nivel de aceite hidráulico
(hidrolina), presión de aire comprimido.
!"Revisión de presóstato
!"Revisar electroválvulas. Si existe fuga de aire o aceite
hidráulico, cambiar juntas o empaquetaduras si es necesario.
!"Chequear funcionamiento del motor de accionamiento del
compresor de la electrobomba o de carga de resorte, según el
tipo de interruptor.
!"Revisar resistencia de calefacción.
!"Revisión limpieza y lubricación de elementos móviles del
interruptor.
!"Limpieza y ajustes de terminales, grapas y bornas de alta
tensión.
10.3.3 Mecanismo de Accionamiento:
!"Limpieza y engrase de accionamiento mecánico, lubricación del
sistema de transmisión de mando (pasadores, bielas, levas,
resortes, cadenas, amortiguadores).
!"Inspección y limpieza de amortiguadores.
10.3.4 Pruebas:
!"Apertura y cierre local y distancia
!"Interbloqueo
!"Resistencia de Contactos.
!"Desviación de simultaneidad entre fases.
!"Al finalizar el trabajo el supervisor encargado procederá a
retirar herramientas y verificar que el área de trabajo quede en
perfecto estado de orden y limpieza.
!"El Supervisor Encargado dispone el retiro de tierras
temporarias.

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10.4 Registros
!"Tarjeta de mantenimiento
!"T-F-07 Informe de trabajo
!"C-F-07 Permiso para trabajar en subestaciones
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32
11 CONCLUSIONES
!"El interruptor al igual que el transformador son parte principal de una
subestación de transformación o de transferencia, que permitirá la
correcta operación y confiabilidad del sistema eléctrico de potencia.
!"En los últimos tiempos los interruptores sumergidos en aceite han sido
desplazados por los de hexafloruro de azufre (SF6).
!"Las pruebas a los interruptores constituyen parte importante en la
selección de los interruptores , pues del resultado de estas se
comprobara la correcta operación del interruptor en condiciones
normales y condiciones de falla.
!"El mantenimiento de ellos es primordial para su correcta operación
12 BIBLIOGRAFÍA
!"Diseño de Subestaciones Eléctricas por José Raúl Martín
!"Copias y apuntes del curso EE-388 “DISEÑO DE SUBESTACIONES
DE MEDIA Y ALTA TENSIÓN”- Ing. Moisés Flores Tinoco
!"Páginas web:
o www.siemens.com
o www.abb.com
o http://bdd.unizar.es/Pag7/APARAMEN/SECCIONA/indice.htm
o http://power.cgl.co.in/products/circuit.htm

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13 ANEXOS
13.1 Partes Eléctricas y Operación Mecánica de un Interruptor de 36
KV. Con Extinción de Arco Sf6
13.2 Pruebas a Interruptores y Protocolos de Pruebas
13.3 Catálogos de Fabricantes

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