Diferencia entre un seccionador eléctrico y un interruptor

Introducción

Importancia de la Maniobra y Protección en Sistemas Eléctricos de Media Tensión

En los sistemas eléctricos, especialmente en los de media tensión, la confiabilidad y seguridad de la operación son críticas tanto para la protección de equipos como para la continuidad del servicio. Las maniobras de operación y las protecciones aplicadas son esenciales para mitigar los efectos adversos de las fallas eléctricas, como los cortocircuitos, y para asegurar la gestión adecuada de la distribución eléctrica en condiciones normales y de falla.

El uso correcto de seccionadores y interruptores permite realizar mantenimientos seguros y eficientes, aislando partes del sistema para trabajar de manera segura sin afectar la totalidad del sistema de distribución. Además, en el caso de incidentes, estos dispositivos son fundamentales para interrumpir rápidamente la corriente y minimizar el daño a la infraestructura eléctrica y los riesgos para el personal.

Objetivos 

Este texto tiene como objetivos:

1. Explicar los fundamentos operativos y las diferencias entre seccionadores e interruptores en sistemas de media tensión.
2. Describir los diferentes tipos de maniobras y protecciones que estos dispositivos ofrecen.
3. Detallar la normativa aplicable y las especificaciones técnicas estándar, incluyendo las variaciones permitidas según las necesidades del proyecto.
4. Presentar ejemplos prácticos y casos de estudio para ilustrar su aplicación y funcionamiento efectivo.

Fundamentos de los Seccionadores y Interruptores

Definición y Función General de los Seccionadores Eléctricos

Un seccionador eléctrico es un dispositivo mecánico que permite abrir o cerrar un circuito eléctrico de manera segura, sin embargo, no está diseñado para abrir circuitos bajo carga de corriente (es decir, no puede interrumpir corrientes de operación o corrientes de falla). Su principal función es garantizar una desconexión visible y segura que facilite las labores de mantenimiento y asegure que partes del sistema están completamente aisladas y sin tensión.

Tipos Comunes de Seccionadores:

• Seccionadores de Apertura bajo Carga: Aunque los seccionadores clásicos no deben operar bajo carga, algunos modelos especiales están diseñados para hacerlo utilizando técnicas y materiales que soportan brevemente las condiciones de operación mientras se abren o cierran.
• Seccionadores de Aislamiento: Usualmente utilizados para crear un claro visible y físico en el circuito, asegurando que el área está segura para trabajos de mantenimiento.

Definición y Función General de los Interruptores Eléctricos

Los interruptores eléctricos son dispositivos que pueden abrir y cerrar circuitos bajo carga e incluso durante condiciones de falla (cortocircuitos). Utilizan diferentes medios de extinción de arco eléctrico como vacío, aire, o gases especiales (como el SF6) para interrumpir el flujo de corriente de manera rápida y segura.

Funciones Principales:

• Interrupción de Cortocircuitos: Capaces de interrumpir el flujo de corriente de manera instantánea al detectar condiciones anormales, protegiendo el sistema contra daños mayores.
• Operaciones de Conmutación o switcheo (Desconectador eléctrico): Realizan el encendido o apagado de circuitos durante operaciones rutinarias sin interrumpir la integridad del sistema eléctrico.

Al entender estos fundamentos, es posible apreciar la importancia de estos dispositivos en la infraestructura eléctrica y cómo su correcta selección, instalación y mantenimiento son vitales para la operación segura y eficiente de los sistemas de media tensión.

Tipos de Operaciones en Seccionadores

Los seccionadores en sistemas de media tensión son esenciales para una variedad de operaciones de maniobra que aseguran tanto la funcionalidad como la seguridad del sistema eléctrico. Este punto aborda las operaciones principales que estos dispositivos pueden realizar, especialmente enfocándose en operaciones con carga y en la interrupción durante fallas.

Operación con Carga

La operación con carga se refiere a la capacidad de realizar maniobras (apertura y cierre) mientras el circuito está energizado, pero sin interrumpir corrientes significativas de operación o de falla. En los seccionadores, aunque típicamente no están diseñados para interrumpir corrientes activas (a diferencia de los interruptores), existen configuraciones especiales que permiten ciertas operaciones bajo carga limitada.

Tipos de Apertura con Carga:

1. Apertura por Cuchillas:
   • Descripción: Utiliza cuchillas que físicamente se separan del contacto, permitiendo una desconexión visible y segura.
   • Aplicaciones Comunes: Principalmente en las fuentes del circuito para realizar mantenimiento y pruebas sin interrumpir completamente el sistema.
   • Ventajas: Proporciona un medio seguro y claro para verificar visualmente que el circuito está desconectado.

1. Apertura por Botellas de Vacío:
   • Descripción: Emplea cámaras de vacío para extinguir el arco eléctrico que se forma al abrir el circuito bajo carga.
   • Aplicaciones Comunes: Utilizado en circuitos que requieren una capacidad más frecuente de interrupción bajo cargas más significativas, pero aún inferiores a las de un cortocircuito.
   • Ventajas: Permite operaciones más seguras y rápidas bajo cargas que de otra manera podrían requerir un interruptor.

Interrupción con Falla

En caso de falla, como un cortocircuito, la capacidad para interrumpir la corriente es crítica. Los seccionadores específicamente diseñados para este propósito cuentan con tecnologías adicionales para manejar estas condiciones extremas.

Proceso de Interrupción durante Fallas:

• Capacidad de Interrupción Estándar: La mayoría de los seccionadores están diseñados para manejar hasta 12 kA simétricos, que es el estándar de corriente de interrupción para muchas aplicaciones de media tensión.
• Capacidades Superiores: En proyectos donde las condiciones de falla pueden exceder los 12 kA, se pueden utilizar seccionadores especiales o interruptores para proporcionar una interrupción segura sin dañar el dispositivo o comprometer la seguridad del sistema.

Importancia de la Interrupción Bajo Carga:

• Protección de Equipos: Previene el daño a otros componentes del sistema eléctrico al limitar la duración y el impacto del cortocircuito.
• Seguridad Operativa: Asegura que las operaciones de mantenimiento y reparación puedan llevarse a cabo sin riesgos adicionales.

Normativa de CFE Relacionada

En relación con la normativa de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en México:

• Lado Fuente: Refiere al lado del seccionador que conecta con la fuente de energía, manteniendo la alimentación hacia el seccionador y asegurando la continuidad del servicio en el anillo principal.
• Lado Carga: Refiere al lado del seccionador que conecta con los transformadores o la carga, donde la protección electrónica (relés 50/51) es crítica para detectar y responder a condiciones de falla.

La correcta comprensión y aplicación de estas normativas no solo es fundamental para cumplir con los requisitos legales, sino también para optimizar la configuración y operación del sistema de media tensión de manera segura y eficiente.

Medios de Seccionamiento y Aislamiento

En sistemas de media tensión, los medios de seccionamiento y aislamiento son cruciales para garantizar la operación segura y eficiente de la red eléctrica. Estos dispositivos no sólo facilitan operaciones de mantenimiento y pruebas sino también protegen el sistema y al personal durante las fallas. Este punto detalla los tipos principales de medios de seccionamiento, especialmente el aislamiento en gas, y sus aplicaciones en la operación con carga.

Aislamiento en Gas (SF6)

El Hexafluoruro de azufre (SF6) es ampliamente utilizado en la industria eléctrica como medio de aislamiento y extinción de arcos debido a su excelente capacidad de aislamiento y su alta eficacia en la extinción del arco eléctrico. Las propiedades del SF6 permiten que los dispositivos de seccionamiento operen de manera segura y eficiente bajo condiciones de alta tensión y corriente.

Características del SF6:

• Alto Potencial de Aislamiento: Permite una mayor proximidad entre los interruptores, reduciendo el tamaño y la complejidad de las instalaciones.
• Extinción de Arco Efectiva: El SF6 descompone rápidamente el arco eléctrico durante las operaciones de interrupción, lo que es crucial para la protección contra cortocircuitos.
• Inerte y No Combustible: Ofrece un funcionamiento seguro en entornos peligrosos, minimizando el riesgo de incendios o explosiones asociados con otros medios de extinción de arco.

Uso en Operaciones con Carga:

• Cuchillas de Operación Rotativa o Lineal: Estos dispositivos utilizan SF6 para realizar operaciones de apertura y cierre bajo carga sin deteriorar el mecanismo de seccionamiento. Las cuchillas pueden ser operadas manualmente o mediante mecanismos motorizados, dependiendo del diseño y la aplicación específica.
• Precauciones Durante el Cierre en Presencia de Falla: Es crucial evitar el cierre de cuchillas bajo condiciones de falla. El SF6, aunque efectivo en la extinción de arcos, puede degradarse bajo interrupciones repetidas de alta corriente, reduciendo su efectividad y potencialmente liberando subproductos tóxicos.

Otros Medios de Aislamiento y Seccionamiento:

Aislamiento en Aire:

• Descripción: Utiliza aire ambiente como medio de aislamiento. Es menos efectivo que el SF6 en términos de densidad de aislamiento, pero es económico y no presenta riesgos ambientales.
• Aplicaciones: Adecuado para voltajes más bajos y situaciones donde los requisitos de aislamiento no son extremadamente altos.

Aislamiento de Vacío:

• Descripción: Utiliza cámaras de vacío para extinguir el arco eléctrico. No implica gases o líquidos que puedan requerir manejo especial o presentar riesgos ambientales.
• Aplicaciones: Interruptores de vacío son comúnmente usados en media tensión por su eficiencia y la ausencia de emisiones nocivas.

Conclusiones sobre Medios de Seccionamiento

La elección del medio de seccionamiento y aislamiento adecuado depende de varios factores, incluyendo el nivel de tensión del sistema, las condiciones ambientales, la frecuencia de operaciones y las regulaciones ambientales. Mientras que el SF6 es preferido por su rendimiento superior en la mayoría de las aplicaciones de alta tensión, las preocupaciones ambientales actuales sobre su potencial como gas de efecto invernadero están impulsando el desarrollo y adopción de alternativas más sostenibles. Esto incluye tecnologías de vacío y aire que, aunque pueden ofrecer menos densidad de aislamiento por volumen, presentan beneficios significativos en términos de impacto ambiental y facilidad de manejo.

Normativa de CFE Relacionada

La normativa de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) en México establece los estándares y requisitos que deben cumplir los sistemas eléctricos, incluyendo los componentes como seccionadores e interruptores en instalaciones de media tensión. Estas regulaciones son fundamentales para asegurar la seguridad, fiabilidad y eficiencia de las operaciones eléctricas. Este punto describe las principales normativas relacionadas con los seccionadores, diferenciando entre el lado fuente y lado carga, y explicando los requisitos normativos para la operación de estos dispositivos.

Lado Fuente y Lado Carga en Seccionadores

En la terminología de CFE, el entendimiento de los conceptos de “lado fuente” y “lado carga” es crucial para el diseño y la operación correcta de los seccionadores:

1. Lado Fuente:
   • Descripción: Se refiere al lado del seccionador que está conectado a la fuente de alimentación eléctrica. Este es el punto de entrada de la energía hacia el seccionador.
   • Funciones:
     • Proveer alimentación constante y segura hacia el seccionador.
     • Mantener la continuidad del anillo o red principal para asegurar que no haya interrupciones en el suministro general.
   • Normativa Aplicable:
     • Debe tener la capacidad de soportar la corriente máxima de operación sin deterioro.
     • Las conexiones deben asegurar mínima resistencia y máxima eficiencia en la transmisión de energía.

1. Lado Carga:
   • Descripción: Se refiere al lado del seccionador que está conectado a la carga, como pueden ser transformadores, motores o subestaciones menores.
   • Funciones:
     • Transmitir la energía desde el seccionador hacia las cargas finales.
     • Incluir dispositivos de protección electrónica (como relés 50/51) para detectar y responder automáticamente a condiciones anormales (sobrecargas o cortocircuitos).
   • Normativa Aplicable:
     • Requiere dispositivos de protección configurados para actuar con precisión ante variaciones de corriente, asegurando tanto la protección de las instalaciones como la continuidad del servicio.

Requisitos Normativos para la Operación de Seccionadores

La normativa de CFE dicta varios requisitos que se deben cumplir para la correcta instalación y operación de seccionadores en sistemas de media tensión:

• Instalación y Mantenimiento:
  • Los seccionadores deben instalarse de manera que permitan una operación segura y accesible.
  • Se debe realizar mantenimiento periódico para asegurar que los seccionadores funcionen de manera óptima y segura. Esto incluye la limpieza de contactos, la verificación de mecanismos de operación y la inspección de medios de aislamiento como el gas SF6.
• Capacidad de Interrupción y Conducción:
  • Los seccionadores deben tener la capacidad de conducir la corriente de diseño sin sobrecalentamiento y de interrumpir la corriente de carga cuando sea necesario bajo condiciones especificadas.
  • Deben cumplir con las especificaciones de resistencia al arco eléctrico, especialmente en operaciones de apertura bajo carga.
• Seguridad y Protección:
  • Todos los seccionadores deben cumplir con los estándares de seguridad eléctrica para prevenir accidentes, incluyendo protecciones adecuadas para evitar contactos accidentales.
  • Los dispositivos de protección y monitoreo deben estar configurados y calibrados de acuerdo con las condiciones de operación y las especificaciones del fabricante.

Conclusiones sobre la Normativa de CFE

La adherencia a las normativas de CFE no solo garantiza la compatibilidad con los requisitos legales y técnicos sino que también promueve la eficiencia energética, la seguridad operativa y la confiabilidad del sistema eléctrico. Comprender y aplicar correctamente estas normativas es esencial para los ingenieros y técnicos que diseñan, operan y mantienen sistemas eléctricos en México. Esta normativa es dinámica y puede actualizar sus estándares y requisitos en respuesta a los avances tecnológicos y las necesidades cambiantes del sector eléctrico, por lo que es crucial mantenerse informado sobre las últimas publicaciones y modificaciones de la CFE.

En resumen…

La diferencia está en el tipo de operación que realizan, si quisiéramos simplificar el ejemplo me gusta hacer una analogía en baja tensión donde manejamos dos elementos:

• seccionador eléctrico (desconectador eléctrico): El switch de la luz que sería el equivalente a la cuchilla del seccionador – operación con carga.
• El interruptor eléctrico que sería el equivalente a la botella de vacío donde se realiza la interrupción del corto circuito – protección 

Con base en lo mencionado anteriormente, me gustaría hablar sobre 2 tipos de operación:

• Operación con carga de un seccionador media tensión. Es la maniobra clásica de switcheo en el que se interrumpe la alimentación a través de una maniobra de apertura de contactos. En el caso de los seccionadores hay 2 tipos de apertura con carga: (1) La realizada por cuchillas que es la que se utiliza principalmente en las fuentes del circuito y (2) la que se realiza con botellas de vacío.
• Interrupción con falla en seccionador eléctrico. En caso de un corto circuito, se ejecuta una interrupción bajo cualquier carga. Es importante ver la corriente de interrupción, en el caso de los secciondores el estándar es 12 kA simétricos, sin embargo, es posible obtener valores superiores en caso de que el proyecto lo requiera.

En la normativa de CFE se hace mención del lado carga y el lado fuente. 

• Lado fuente – Provee la alimentación hacia el seccionador y da continuidad al anillo.
• Lado carga – Provee la alimentación hacia el(los) transformador(es) y viene con protección electrónica (50/51).

Los medios de seccionamiento pueden ser de dos tipos:

• Aislamiento en gas – Cuchillas de operación rotativa o lineal que abren con carga y emplean el medio de aislamiento (Gas SF6) como medio de interrupción. Estas cuchillas son para apertura y cierre en carga, por eso es muy crucial tener cuidado de no hacer cierres cuando haya presencia de falla, ya que dañaría la cuchilla.

• Aislamiento sólido dieléctrico – Se emplea el vacío de las botellas como el medio de interrupción. Por ejemplo, seccionador modelo PS20-376 (15kV), PS20-386 (27 kV) ó PS20-396 (35 kV) de G&W Electric.

Debemos de recordar que un seccionador media tensión es un equipo eléctrico que mezcla dispositivos tanto de switcheo (seccionamiento) como de interrupción.

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