Analizador de interruptores EGIL200
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Interpretación de los resultados de la medida
Un análisis de tiempo y movimiento verifica el correcto funcionamiento de un interruptor. Garantiza que el interruptor pueda solucionar una avería en unos pocos ciclos. Si el interruptor lleva meses o incluso años funcionando, debe poder funcionar en cualquier momento. La mejor manera de evaluar los resultados de sincronización es comparar los valores medidos con las especificaciones del fabricante. Las especificaciones deben encontrarse en el manual del interruptor o en una lista de comprobación de puesta en marcha. A menudo, los informes de medida de fábrica se entregan con el interruptor; tendrán especificaciones o una referencia con la que comparar.
Si las especificaciones del fabricante o los resultados de referencia no están disponibles:
- se debe realizar una medición detallada inicial para generar una referencia. Cuando una red tiene varios de los mismos interruptores, puede generar valores nominales y un rango objetivo de especificaciones con el que comparar, ajustando los valores atípicos según sea necesario.
- la siguiente información se puede utilizar como directriz general, pero no se aplica en modo alguno a todos los interruptores.
Los tiempos de contacto se miden en milisegundos en los interruptores modernos. En los interruptores más antiguos, se pueden especificar en ciclos. Los contactos que se evalúan incluyen contactos principales, contactos de resistencia y contactos auxiliares. Se realizan cinco operaciones o secuencias diferentes durante la temporización: Cerrar, abrir, cerrar-abrir, abrir-cerrar (reconexión)y abrir-cerrar-abrir.
Los contactos principales son los responsables de transportar la corriente cuando el interruptor está cerrado y, lo que es más importante, extinguir el arco y evitar que se vuelva a activar cuando el interruptor se abre para solucionar una avería. Los contactos de resistencia de preinserción disipan cualquier sobretensión que pueda producirse al cerrar interruptores de tensión más alta conectados a líneas de transmisión largas. Las resistencias postinserción se utilizan en los interruptores de aire comprimido más antiguos para proteger los contactos principales durante la operación de apertura. Las resistencias de preinserción y postinserción se denominan comúnmente PIR. Los contactos auxiliares (AUX) son contactos dentro del circuito de control que indican al interruptor en qué estado se encuentra y ayudan a controlar su funcionamiento.
El interruptor está clasificado en ciclos, y esto especifica cuánto tiempo tardará el interruptor en solucionar una avería. Los tiempos de contacto abierto serán inferiores al tiempo nominal del interruptor, ya que en el tiempo de contacto abierto los contactos realmente se separan. Durante el funcionamiento, una vez que los contactos se separan, sigue habiendo un arco que cubre el hueco entre los contactos, ese arco se debe extinguir. El tiempo de contacto abierto debe ser inferior a entre 1/2 y 2/3 del tiempo de ruptura nominal del interruptor, y los tiempos de cierre suelen ser más largos que los tiempos de apertura. La diferencia de tiempo entre las tres fases, conocida como extensión de polos o simultaneidad entre fases, debe ser inferior a 1/6 de un ciclo para las operaciones de apertura e inferior a 1/4 de un ciclo para las operaciones de cierre, según IEC62271-100 e IEEE C37.09. Si el interruptor tiene varias rupturas en una fase, todas deberían funcionar casi simultáneamente. Si un contacto funciona más rápido que los demás, una ruptura tendrá una tensión significativamente mayor en comparación con los demás, lo que provocará una avería. La norma IEC requiere una tolerancia de menos de 1/8 de ciclo, mientras que la norma IEEE permite 1/6 de ciclo para esta dispersión intrapolar. Incluso con los límites especificados por IEEE e IEC, la simultaneidad de la mayoría de los interruptores se suele especificar a 2 ms o menos. El rebote de contacto también se mide con los canales de temporización. El rebote de contacto se mide en tiempo (ms) y a menudo puede aparecer en operaciones de cierre. Un rebote excesivo indica que la presión del muelle en los contactos se está debilitando.
Las resistencias de preinserción (PIR) se utilizan junto con los contactos principales en el cierre. La resistencia se inserta primero para disipar las sobretensiones y luego siguen los contactos principales; después, el contacto de la resistencia se cortocircuita o se retira del circuito. El parámetro principal que se debe evaluar aquí es el tiempo de inserción de la resistencia; es decir, cuánto tiempo permanece el contacto de la resistencia en el circuito antes de que se cierren los contactos principales. Los tiempos típicos de inserción de la resistencia se encuentran entre medio ciclo y un ciclo completo. Si el contacto principal es más rápido que el contacto de la resistencia, el interruptor no funciona correctamente.
Los contactos auxiliares (AUX) se utilizan para controlar el interruptor y hacerle saber su estado. Los contactos A siguen el estado de los contactos principales, es decir, si el interruptor está abierto, el contacto A está abierto; si el interruptor está cerrado, el contacto A está cerrado. Los contactos B siguen el estado opuesto del interruptor, es decir, el contacto B se cierra cuando el interruptor está abierto y viceversa. No hay límites de tiempo generalizados para la diferencia entre el funcionamiento del contacto AUX y el contacto principal. Sin embargo, sigue siendo importante comprender y comprobar su funcionamiento y compararlos con los resultados anteriores. Los contactos AUX evitan que las bobinas de cierre y apertura se activen durante demasiado tiempo y se sobrecalienten. Los contactos auxiliares también pueden controlar el tiempo de permanencia del contacto, es decir, la cantidad de tiempo que los contactos principales están cerrados en una operación de cierre-apertura.
La curva de movimiento proporciona más información que cualquier otra medición al realizar análisis de tiempo y desplazamiento. Es fundamental saber si el interruptor funciona correctamente. Para medir el movimiento, debe conectar un transductor de desplazamiento al interruptor, que mide la posición del mecanismo o los contactos en función del tiempo. El transductor medirá una distancia angular o lineal. Las mediciones angulares se convierten a menudo a una distancia lineal con una constante de conversión o una tabla de conversión. Las mediciones lineales también se pueden convertir con una proporción. El objetivo es convertir el movimiento del transductor en el movimiento real de los contactos y determinar la carrera de los contactos principales. A partir de la carrera puede calcular varios parámetros. Si no hay ninguna constante o tabla de conversión disponible, la carrera y los parámetros relacionados se pueden evaluar tal cual, pero es posible que no coincidan con las especificaciones del fabricante.
La velocidad se mide tanto en las operaciones de apertura como en las de cierre. El parámetro más importante para medir en el interruptor es la velocidad de los contactos de apertura. Un interruptor de alta tensión está diseñado para interrumpir una corriente de cortocircuito específica; esto requiere funcionar a una velocidad específica para crear un flujo de refrigeración adecuado de aire, aceite o gas, según el tipo de interruptor. Esta corriente enfría el arco eléctrico lo suficiente como para interrumpir la corriente en el siguiente cruce cero. La velocidad se calcula entre dos puntos de la curva de movimiento. Existen varias formas de elegir estos puntos de cálculo de velocidad, siendo la más común el contacto/separación y un tiempo antes/después o a distancias inferiores a las posiciones cerradas o abiertas.
La curva de recorrido anterior representa una operación de cerrar-abrir. La carrera de los contactos se mide desde la posición de reposo abierto hasta la posición de reposo cerrado. Cuando el interruptor se cierra, los contactos se desplazan más allá de la posición cerrada; esto se conoce como sobrecarrera. Después de un desplazamiento excesivo, los contactos pueden desplazarse más allá de la posición de reposo cerrada (hacia abierto); este es el parámetro de rebote. Estos parámetros (es decir, carrera, sobrecarrera y rebote) también se miden en la operación de abrir, pero se refieren a la posición de "reposo abierto" en lugar de a la posición cerrada.
La operación de abrir del gráfico anterior muestra tanto la sobrecarrera como el rebote. El gráfico indica dónde se tocan y se separan los contactos. La distancia desde el contacto/separación hasta la posición reposo cerrado se denomina fricción o penetración. La distancia a través de la cual se extingue el arco eléctrico del interruptor se denomina zona de arco. Esta es la posición en la curva en la que desea calcular la velocidad de activación mencionada anteriormente. Puesto que las operaciones de abrir se producen a altas velocidades, a menudo se emplea un amortiguador para ralentizar el mecanismo hacia el final del recorrido. La posición en la que está activo el amortiguador se denomina zona de amortiguación. En muchos interruptores, puede medir la amortiguación desde la curva de recorrido. Sin embargo, algunos interruptores pueden requerir un transductor independiente conectado para medir la amortiguación. Puede medir la amortiguación tanto en operaciones de abrir como de cerrar. La amortiguación puede tener parámetros de distancia o tiempo asociados a la curva.
La carrera del interruptor es muy pequeña para los interruptores de vacío, aproximadamente de 10 a 20 mm, y aumenta en el rango de 100 a 200 mm para los interruptores SF6, con carreras más largas necesarias para tensiones más altas. Los interruptores de aceite a granel más antiguos pueden tener longitudes de carrera superiores a 500 mm. Si se compara la carrera de dos interruptores diferentes, deben estar a unos pocos mm entre sí, siempre que sean del mismo tipo y utilicen el mismo mecanismo. Si no encuentra límites, puede comparar la sobrecarrera y el rebote con la carrera del martillo; deben estar por debajo de aproximadamente el 5 % de la carrera total. Cualquier rebote o desplazamiento excesivo deben investigarse para evitar daños adicionales en los contactos y el mecanismo de funcionamiento; la causa suele ser un amortiguador defectuoso.
La medición rutinaria de la tensión de funcionamiento y la corriente de la bobina puede ayudar a detectar posibles problemas mecánicos y/o eléctricos en las bobinas de accionamiento mucho antes de que surjan como averías reales. El análisis principal se centra en la traza de corriente de la bobina; la traza de tensión de control reflejará la curva de corriente en funcionamiento. El parámetro principal para evaluar la tensión es la tensión mínima alcanzada durante el funcionamiento. La corriente máxima de la bobina (si se permite alcanzar su valor más alto) es una función directa de la resistencia de la bobina y de la tensión de accionamiento.
Cuando se aplica una tensión a través de una bobina, la curva de corriente muestra primero una transición recta, que es la velocidad de aumento, que depende de las características eléctricas de la bobina y de la tensión de alimentación (puntos 1 a 2). Cuando el inducido de la bobina (que acciona el cierre del paquete de energía del mecanismo de funcionamiento) comienza a moverse, la relación eléctrica cambia y la corriente de la bobina desciende (puntos 3 a 5). A partir de ese momento, el sistema de bobina y cierre ha completado su función para liberar la energía almacenada en el mecanismo. Cuando el inducido alcanza su posición final mecánica, la corriente de la bobina aumenta hasta la corriente proporcional a la tensión de la bobina (puntos 5 a 8). A continuación, el contacto auxiliar abre el circuito y la corriente de la bobina cae a cero con una caída de corriente causada por la inductancia del circuito (puntos 8 a 9).
El valor de pico del primer pico de corriente inferior está relacionado con la corriente de bobina completamente saturada (corriente máxima), y esta relación proporciona una indicación de la propagación a la tensión de activación más baja. Si la bobina alcanza su corriente máxima antes de que el inducido y el cierre comiencen a moverse, el interruptor no se activa. Si este pico cambia con respecto a las mediciones anteriores, lo primero que hay que comprobar es la tensión de control y el valor mínimo que alcanza durante el funcionamiento. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la relación entre los dos picos de corriente varía, especialmente con la temperatura. Esto también se aplica a la tensión de activación más baja. Si el tiempo entre los puntos 3 a 5 aumenta o la curva aumenta o disminuye en esta zona, esto indica un cierre o una bobina defectuosos. La causa más común es la falta de lubricación en el sistema de cierre; se recomienda limpiar y lubricar el cierre.
ADVERTENCIA: Siga los protocolos de seguridad del interruptor al realizar cualquier tarea de mantenimiento. Como mínimo, la alimentación de control del interruptor debe estar desconectada y se debe descargar o bloquear la energía del mecanismo antes del mantenimiento.
Si el sistema de cierre está correctamente lubricado, el siguiente paso es verificar la resistencia de las bobinas de cierre y apertura para asegurarse de que están bien, y sustituirlas si es necesario.
Las tablas siguientes indican los modos de fallo típicos asociados con las mediciones de tiempo y desplazamiento en interruptores de alta tensión y posibles soluciones al problema.
ADVERTENCIA: Siga los protocolos de seguridad del interruptor al realizar cualquier tarea de mantenimiento. Como mínimo, la alimentación de control del interruptor debe estar desconectada y se debe descargar o bloquear la energía del mecanismo antes del mantenimiento.
| Close Time | Open Time | Damping Time | Charging Motor | Possible cause of failure condition |
|---|---|---|---|---|
| Faster/Slower | Normal | Normal | Normal | Change in characteristic of the closing system. Latching system is binding. |
| Faster | Normal | Normal | Normal | Spring charging system used for closing is defective. |
| Slower | Normal | Normal | Normal | Spring charging system used for closing is defective. |
| Normal | Slower | Normal | Normal | Change in characteristic of the closing system. Latching system is binding. |
| Faster | Slower | Normal/Slower | Normal/Slower | Reduced force exerted by opening springs. One of the opening springs is broken. |
| Slower | Slower | Normal/Slower | Normal/Slower | Increased friction throughout the entire breaker caused by (for example) corrosion in the linkage system. |
| Normal | Faster | Normal | Normal | Malfunctioning puffer system or extremely low SF6- pressure |
| Normal | Normal | Faster | Faster | Damaged opening damper. Not enough oil in the dashpot. |
| Normal | Normal | Slower | Slower | Damaged opening damper. Increased friction in the dashpot. |
| Tested parameter | Result |
|---|---|
| Coil current | Varies with coil resistance and control voltage. |
| Control voltage | Increased voltage drop indicates increased resistance of the coil supply cables. Must be measured in order to obtain traceability of coil current measurements and timing measurements. |
| Coil resistance | A change could indicate a burned coil or a short circuit between winding turns. Can be calculated from control voltage and peak current. |
| Armature stop time | Increased time indicates increased mechanical resistance in latch system or coil armature. |
| Armature start current | Increased current indicates increased mechanical resistance in coil armature. Gives an indication of the lowest operation voltage (coil pick up). |
| Max motor current | Varies with winding resistance, supply voltage and applied force. Start current not considered. |
| Motor voltage | Increased voltage drop indicates increased resistance in the motor supply cables. |
| Spring charge motor start time | Closing time of auxiliary contact for the spring charge motor. |
| Spring charge motor stop time | Increased time shows e.g. higher mechanical friction. |
Las mediciones de microohmios, también conocidas comúnmente como mediciones de resistencia estática (SRM) o medidas de ohmímetro digital de baja resistencia (DLRO) (también llamadas medidas Ducter™), se realizan en el interruptor mientras los contactos están cerrados para detectar la posible degradación o daños en los contactos principales. Si la resistencia de los contactos principales es demasiado alta, se producirá un calentamiento excesivo que puede dañar el interruptor. Los valores típicos son inferiores a 50 μΩ en los interruptores de distribución y transmisión, mientras que los valores de los interruptores del generador suelen ser inferiores a 10 μΩ. Si el valor es anormalmente alto, puede ser necesario repetir la medida varias veces o aplicar la corriente de 30 a 45 segundos para preacondicionar los contactos; esto ayudará a superar cualquier oxidación o grasa que pueda haber en los contactos. Los resultados de la medida de microohmios para las tres fases deben estar dentro del 50 % entre sí y se debe examinar cualquier valor atípico. Verifique siempre que las conexiones estén en buen estado y repita la medida cuando los valores sean altos. IEC requiere una corriente de medida de 50 A o superior, mientras que IEEE requiere 100 A o superior.
Con las mediciones DRM, la longitud del contacto de arco en los interruptores SF6 puede estimarse de forma fiable sin necesidad de desmontar el interruptor. En los interruptores de SF6, el contacto de arco suele ser de Wolframio (tungsteno). Este contacto se quema y se acorta con cada interrupción de la corriente de carga.
Las pruebas se realizan inyectando corriente continua a través del contacto principal del interruptor y midiendo la caída de tensión y la corriente mientras el interrupor está en funcionamiento. A continuación, el analizador del interruptor calcula y traza la resistencia en función del tiempo. Si el movimiento del contacto se registra simultáneamente, se puede leer la resistencia en cada posición del contacto. Este método se utiliza para el diagnóstico de contactos y, en algunos casos, también para medir tiempos.
Una interpretación fiable de DRM requiere una alta corriente de prueba y un analizador de interruptores con una buena resolución de medida, y los analizadores de interruptores Megger tienen ambas cosas.
El DRM es un método fiable para estimar la longitud/desgaste del contacto de arco. El SDRM proporciona una corriente elevada y el EGIL200 ofrece una medición precisa con muy buena resolución, 16,1 mm en el caso anterior.
