Integridad de interruptores de vacío: prueba de la botella de vacío

Qué es

La prueba de integridad de interruptores de vacío, a menudo llamada prueba de botella de vacío, verifica que la envolvente sellada que está dentro de un interruptor de vacío todavía contenga un buen vacío. El interruptor es una botella de cerámica o de vidrio con un par de contactos en su interior, uno fijo y uno móvil, sellada bajo un vacío muy alto. El vacío es lo que permite que el pequeño espacio entre contactos abiertos soporte el voltaje del sistema y extinga un arco en el cero de corriente. La prueba de integridad aplica un voltaje de resistencia especificado a través de los contactos abiertos de cada botella y observa si ocurre una ruptura. Si la botella soporta el voltaje, su vacío se considera adecuado. La medición se hace en interruptores de potencia de vacío de media tensión, reconectadores de vacío, contactores de vacío de arrancadores de motor, selectores de cambiadores de derivaciones bajo carga con vacío, seccionadores de vacío y dispositivos similares, y el mismo tipo de verificación de resistencia con contactos abiertos se aplica a algunos seccionadores de botellas de gas. Se realiza en trabajos de aceptación y de mantenimiento, y a menudo se combina con una medición de aislamiento y una de resistencia de contactos en el mismo dispositivo. Es una verificación dieléctrica del espacio de vacío, no una medición directa de la presión interior.

Por qué se realiza

Un interruptor de vacío no permite al usuario ver su interior, y sin embargo su capacidad para interrumpir corriente depende por completo de la calidad de su vacío. Los sellos pueden tener fugas lentas a través de fuelles metálicos flexibles, uniones soldadas o uniones de cerámica a lo largo de muchos años, y una botella que ha recibido un golpe, se ha caído o ha sufrido esfuerzos durante el envío o la instalación puede estar dañada sin ninguna señal externa. Si el vacío se ha degradado, el espacio ya no puede soportar el voltaje estando abierto ni interrumpir la corriente de manera confiable. Un interruptor en esa condición puede no despejar una falla, reencenderse después de una maniobra o explotar, con graves consecuencias para el equipo y para quien esté cerca. Un vacío perdido no se repara en campo, de modo que la única protección es detectarlo y reemplazar la botella. La prueba en la aceptación verifica que el dispositivo llegó y se instaló sin daños. La prueba en el mantenimiento detecta fugas lentas antes de que el dispositivo deba interrumpir una falla. También es la respuesta habitual cuando un contador de operaciones o una lectura de desgaste de contactos plantea dudas sobre el estado de una botella.

El principio

En un vacío alto hay muy pocas moléculas de gas que ionizar, de modo que el espacio entre dos electrodos puede soportar un voltaje alto con una separación pequeña. A medida que entra aire y la presión sube, aumenta el número de moléculas en el espacio y este soporta menos voltaje. A cierta presión el espacio puede romperse al voltaje normal del sistema, y a una presión mayor no puede sostener el voltaje de prueba en absoluto. La prueba de resistencia aprovecha ese comportamiento. Se aplica a través de los contactos abiertos un voltaje elegido para que sea un reto significativo, pero no tan alto que dañe una botella sana, y una botella con buen vacío lo soporta sin ruptura, mientras que una con vacío degradado se rompe o muestra una corriente excesiva. Aplicar un voltaje alto a través de un espacio de vacío puede generar rayos X cuando los electrones golpean los electrodos, lo cual es una consideración de seguridad para las personas cercanas y una razón por la que el procedimiento controla el voltaje, el tiempo de exposición y la distancia. Otro punto es que un espacio que soporta voltaje no da información sobre el estado de los contactos, y lo contrario también es cierto.

Cómo se realiza

El dispositivo se desenergiza, se aísla de toda fuente, se comprueba la ausencia de tensión y se pone a tierra según los procedimientos de bloqueo y permiso del propietario, y se extrae o se lleva a la posición de prueba donde el diseño lo permite. Sus contactos se abren y se mantienen totalmente abiertos, porque el espacio debe estar a la separación completa para que la prueba tenga sentido, y la posición se confirma visualmente o por el mecanismo. El equipo de prueba se conecta a través de los contactos abiertos de una botella a la vez, con los demás polos y la carcasa a tierra o como indique el fabricante. El voltaje de prueba y el tipo de voltaje, alterno o directo, se toman de las instrucciones del fabricante y del procedimiento aplicable, y nunca se exceden. El voltaje se sube de forma suave hasta el nivel especificado, se mantiene durante el periodo requerido mientras se vigila la corriente, y se baja gradualmente. Como el voltaje alto a través de un espacio de vacío puede emitir rayos X, se limita el tiempo de exposición, el personal se mantiene a distancia de la botella y se siguen las precauciones del fabricante. Una ruptura o una corriente inusualmente alta es motivo para detenerse e investigar, no para repetir la prueba una y otra vez. Después de la prueba, el dispositivo se descarga y se pone a tierra, y se registran la posición de los contactos y el resultado de cada polo. Si el voltaje es directo, se requiere una descarga segura de la carga residual antes de tocar el dispositivo.

Qué se registra

El registro contiene el voltaje de resistencia aplicado a cada botella y el tipo de voltaje usado, el tiempo que se mantuvo, si la botella soportó la prueba o se rompió, y cualquier corriente de fuga observada. Anota qué dispositivo, polo y botella se probaron, la confirmación de que los contactos estaban totalmente abiertos, el espacio entre contactos o el indicador de posición cuando se midió, la identidad y el estado de calibración del equipo de prueba, y observaciones adicionales como el contador de operaciones y el estado visual del dispositivo. Cuando una botella falló, se registra la acción tomada, por ejemplo el reemplazo y la nueva prueba. Estos datos permiten a un lector posterior ver que se usaron el mismo método y el mismo voltaje cada vez.

Cómo se juzgan los resultados

Ningún valor aislado decide si una botella es aceptable, y esta página no ofrece ninguno. El resultado se juzga por el desenlace de la prueba de resistencia frente al voltaje que especifican el fabricante y el procedimiento aplicable. El primer criterio es que la botella soporte el voltaje aplicado durante todo el tiempo de aplicación requerido sin ruptura, descarga disruptiva ni corriente de fuga anormal, y se considera que una botella que no lo logra ha perdido su vacío. El segundo es que se aplique el mismo voltaje y el mismo tipo de voltaje a todas las botellas de un mismo diseño, para poder comparar los resultados entre los polos de un dispositivo y entre dispositivos semejantes. El tercero es la tendencia frente a resultados anteriores del mismo dispositivo, donde una corriente de fuga creciente o un nivel de resistencia menor es una advertencia incluso antes de una falla. El cuarto es contrastar con otras mediciones, incluidas la resistencia de aislamiento, la resistencia de contactos, el contador de operaciones y, donde se use, una verificación directa de la presión de vacío. El texto que rige se encuentra en ANSI/NETA ATS-2025 para las pruebas de aceptación y en ANSI/NETA MTS-2023 para las de mantenimiento, que describen esta verificación para interruptores, seccionadores, arrancadores y cambiadores de derivaciones. Para los valores, consulte su propia copia con licencia de las normas mencionadas y las instrucciones del fabricante de cada dispositivo.

Variaciones

Las pruebas de aceptación y de mantenimiento difieren en su propósito. En la aceptación, la prueba confirma que el dispositivo no se dañó en el envío ni en la instalación y registra su estado inicial. En el mantenimiento examina los dispositivos que llevan años en servicio, sobre todo los que han interrumpido fallas, los que se operan con frecuencia y los que muestran señales de desgaste. La clase de equipo cambia los detalles. En los interruptores de potencia de vacío la prueba se hace polo por polo, a través de los contactos abiertos. En los reconectadores con interruptores de vacío, las botellas están dentro del tanque o de la carcasa, y el acceso se organiza en consecuencia. En los arrancadores de motor de media tensión, las botellas están en el contactor, y la prueba se hace en cada polo del contactor con los contactos abiertos. En los cambiadores de derivaciones bajo carga que usan interruptores de vacío, la prueba se hace en los interruptores del selector o del desviador. En los seccionadores aislados con gas, una prueba de resistencia con contactos abiertos verifica el espacio de gas y es menos sensible al vacío, que es una cuestión distinta. La prueba es una verificación indirecta del vacío, y cuando se necesita más certeza se usa además una medición especializada de vacío.