Tiempos y recorrido de interruptores de potencia: método y evaluación

Qué es

El análisis de tiempos y recorrido es una prueba de desempeño mecánico para interruptores de potencia. Un instrumento de tiempos se conecta a través de los contactos principales de cada polo y, por lo general, a un transductor de movimiento en el mecanismo de operación, y registra la secuencia de eventos durante una operación. En una operación de cierre captura el momento en que se aplica la señal de control, el momento en que los contactos de cada polo se tocan y cualquier rebote posterior. En una operación de apertura captura el momento en que los contactos de cada polo se separan. Un transductor de recorrido añade una curva de posición del contacto contra el tiempo, de la cual se derivan la velocidad, el sobrerrecorrido, el rebote, el avance de contacto y la carrera total. Las operaciones combinadas, como cierre-apertura, apertura-cierre y los ciclos de reconexión apertura-cierre-apertura, se registran cuando el interruptor está construido para ellas. La prueba se aplica a interruptores de aire, aceite, vacío y SF6 de media y alta tensión, a interruptores de maniobra y reconectadores, y, en una forma muy afín, al tiempo de transferencia de los interruptores de transferencia automática. Los interruptores de caja moldeada de baja tensión no tienen acceso práctico al recorrido y no se prueban de este modo.

Por qué se realiza

Un interruptor debe abrir y cerrar dentro de una ventana estrecha de tiempo y de velocidad para cumplir su función. Si es demasiado lento para interrumpir, el arco dura más de lo que se diseñó el interruptor para soportar, lo que puede dañar los contactos, sobrecalentar el medio o llevar a una falla de despeje. Si los polos no se mueven juntos, un sistema trifásico ve condiciones desequilibradas durante la maniobra, y un polo que cierra con retraso puede causar sobretensiones dañinas o fallar en un esquema de maniobra sincronizada. Los resortes débiles, el lubricante endurecido, los pestillos desgastados, una articulación floja o un amortiguador que se pega aparecen en la curva de recorrido mucho antes de provocar una falla de operación. Como los mecanismos son la causa más común de fallas de los interruptores, un registro de tiempos con tendencia es una de las evidencias de mantenimiento más útiles que puede tener un propietario. La prueba también detecta los problemas que siguen a un reensamblaje o a una revisión general, como un ajuste incorrecto de las articulaciones, del avance de contacto o de la carrera, antes de devolver el interruptor al servicio.

El principio

Los contactos actúan como interruptores en el circuito de tiempos. Mientras los contactos están cerrados, el circuito a través del polo está completo, y cuando se separan se abre, de modo que el instrumento detecta el instante del cambio como una marca de tiempo relativa al comando que lo inició. Cuando un polo tiene varios interruptores o resistores en serie, el instrumento puede ver más de un evento y puede separarlos. El recorrido se mide con un transductor, lineal o rotatorio, acoplado a la parte móvil de modo que la posición se muestrea de forma continua. Al graficar la posición contra el tiempo se obtiene una curva cuya pendiente es la velocidad. Las características de la curva cuentan su propia historia: un inicio plano sugiere un retraso o una holgura en la articulación, un tramo medio lento sugiere fricción o una fuerza motriz débil, un final brusco sugiere el amortiguador y la oscilación cerca del final sugiere rebote. El tiempo de cada evento tiene sentido solo en relación con la señal de control que inició la operación y con el voltaje de control suministrado, porque las bobinas y los motores responden con más lentitud a menor voltaje. Por eso las condiciones de la prueba se registran junto con las trazas.

Cómo se realiza

El interruptor se saca de servicio, se aísla y se pone a tierra como exigen los procedimientos del propietario, y su energía almacenada se maneja con seguridad, pues los resortes y los sistemas hidráulicos o neumáticos pueden operar sin aviso. Los cables del instrumento se conectan a los contactos principales de cada polo de forma que se obtenga un circuito confiable y de bajo ruido, y las tierras se disponen de modo que la prueba no dependa de la tierra del sistema. Para una curva de recorrido, el transductor se monta en el punto que recomienda el fabricante y se calibra para la carrera, de manera que la longitud medida y las marcas propias del interruptor coincidan. La alimentación de control se suministra al voltaje de control nominal, porque el comportamiento de las bobinas y de los motores depende de él. Luego el interruptor se opera desde su circuito de control, o con una iniciación de cierre o de disparo desde el instrumento de prueba, y se capturan las trazas de cada operación. Las secuencias típicas son cierre, apertura, cierre-apertura y, cuando el interruptor está clasificado para ello, apertura-cierre-apertura. Cada operación se repite para que las trazas confirmen la repetibilidad. En los interruptores con resistor de cierre o elemento de preinserción, también se miden los contactos adicionales. Entre operaciones se deja que el interruptor recargue sus resortes o su presión, y se lee el contador de operaciones antes y después.

Qué se registra

El registro contiene los resultados de tiempos de cada polo y tipo de operación, las magnitudes derivadas de ellos y, cuando se midió el recorrido, las propias curvas de movimiento. Identifica el interruptor y su mecanismo, la alimentación de control usada, el transductor y su calibración, el instrumento y las condiciones del mecanismo en ese momento. Se anota el estado tal como se encontró, incluida cualquier operación, lubricación o ajuste reciente. Estos detalles permiten a quien consulte después distinguir un cambio real del interruptor de un cambio en la configuración de la prueba, que es todo el valor de conservar los tiempos para compararlos durante la vida del equipo.

Cómo se juzgan los resultados

Los resultados se juzgan por comparación, y esta página no da valores de tiempo ni de velocidad. La primera comparación es con los tiempos de operación y la curva de recorrido publicados por el fabricante para el tipo de interruptor, que son la referencia principal. La segunda es la diferencia entre polos para la misma operación, donde se espera que el cierre o la apertura de los tres polos ocurra con poca separación, y la diferencia permitida la fijan los criterios publicados y la aplicación. La tercera es la comparación de la traza nueva con la línea base registrada en la aceptación y con trazas de mantenimiento anteriores, donde importa una tendencia hacia tiempos más largos, menor velocidad o más rebote aunque cada valor siga en rango. La cuarta es la repetibilidad entre operaciones del mismo tipo. ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 incluyen los tiempos y el análisis de movimiento entre las pruebas de interruptores, y los datos publicados del fabricante rigen los valores. Los revisores leen la forma de la curva además de los números. Para las cifras concretas, consulte su propia copia con licencia de las normas y las instrucciones del fabricante.

Variaciones

En la aceptación, la prueba establece la curva de línea base y confirma que los ajustes de fábrica sobrevivieron al envío y a la instalación. En el mantenimiento, verifica el mecanismo frente a esa línea base y suele repetirse después de una revisión general o de un disparo por falla. La clase de equipo cambia la práctica. En los interruptores de vacío se revisan el recorrido y el sobrerrecorrido del contacto, pues el avance es una medida del desgaste de los contactos que no se ve desde fuera. Los interruptores de aceite y de SF6 con varias cámaras por polo pueden mostrar varios eventos por polo. Los interruptores de aire con mecanismo de resortes cargados se prueban al voltaje de control nominal y, donde se exige, a voltaje reducido para verificar el margen de la bobina. Los interruptores de alta tensión pueden probarse con el instrumento de modo que se incluya la etapa del resistor de cierre. Los interruptores de transferencia automática se miden en cuanto a la duración de la transferencia y de la retransferencia en una forma afín de la prueba, y los reconectadores se miden a lo largo de su secuencia de reconexión. Algunos diseños no ofrecen acceso práctico para un transductor de recorrido, por lo que solo se hace la medición de tiempos de contacto.