Capitulo 2. El conmutador bajo carga_______________________________________________________
2. El conmutador bajo carga
La función principal de un Conmutador Bajo Carga (OLTC) es modificar la
relación de transformación de los transformadores de potencia, en respuesta a
un cambio de carga en el sistema, permitiendo regular la tensión de salida del
transformador a los niveles requeridos sin la interrupción de la corriente en la
carga.
Con este fin, en uno de los arrollamientos del transformador, denominado
arrollamiento de regulación (frecuentemente conectado en serie con el
arrollamiento de alta tensión) se realizan conexiones (tomas) sobre el OLTC
que permitirán modificar el número total de espiras.
Figura 2.1 Transformador de Potencia con OLTC
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2.1 Estructura general de un OLTC
Un OLTC está compuesto básicamente por un Ruptor (diverter switch), un
Selector (selector switch) y, puede contener un Preselector.
La estructura básica de un OLTC consta de los siguientes elementos
esenciales:
1) Caja de comando
2) Mecanismo de transmisión
3) Cabeza del OLTC
4) Selector (selector switch) y preselector
5) Ruptor (diverter switch)
Figura 2.2 Estructura general de un OLTC
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2.1.1 Caja de comando
Esta caja contiene todas las partes mecánicas y eléctricas necesarias para el
accionamiento del OLTC (contactores de arranque del motor, pulsadores de
mando, motor eléctrico, etc.), además de elementos de control y seguridad que
facilitan el servicio. Está situada en uno de los laterales exteriores del
transformador y se encuentra equipada con una manivela de emergencia que
permite accionar el OLTC cuando falla la fuente de alimentación o se requiere
sólo para movimientos de prueba. Su funcionamiento puede ser automático
(Regulador automático de tensión), manual (local-distancia) o de emergencia
(manivela).
2.1.2 Mecanismo de transmisión
Para realizar cambios de una toma a otra, el OLTC es movido por un sistema
de transmisión, a través de ejes verticales y horizontales y de engranajes en
ángulo.
Un funcionamiento anómalo de cualquiera de los elementos de la transmisión
puede provocar una desregulación, es decir una situación en la que la posición
real del OLTC
no corresponda con la posición indicada en la caja de
comandos.
2.1.3 Cabeza del OLTC
La cabeza del OLTC es un receptáculo metálico situado en la parte superior al
que le sirve de soporte. Dispone de una serie de tuberías que sirven para la
conexión de la cabeza con el tanque de expansión de aceite, para la toma de
muestras, vaciado y filtrado de aceite del OLTC. En su interior puede llegar a
contener (dependiendo del tipo OLTC) mecanismos acumuladores de energía
(resortes).
2.1.4 Selector (Selector Switch)
Este dispositivo, como su nombre lo indica, realiza la selección de dos tomas a
conmutar a través de dos contactos móviles. El primero conecta la toma en la
que se encuentra trabajando el transformador (toma en servicio), mientras que
el otro es el encargado de seleccionar la toma en la que se desea que el
transformador funcione (próxima toma a conectar). No corta ni establece carga.
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El selector se encuentra alojado en la cuba del transformador unido de forma
rígida al arrollamiento. Es por eso que no es posible extraerlo para realizar
inspecciones durante el mantenimiento rutinario.
Puede incorporar un preselector que conecta el devanado principal con el
devanado de regulación de forma aditiva o de forma sustractiva, permitiendo
duplicar el número de tomas virtuales respecto a las reales que pueden
trabajar. De esta manera, se reducen costos en la fabricación del
transformador.
El preselector se mueve accionado por el selector sólo en momentos muy
concretos de su recorrido. Puede ser de dos tipos:
Inversor: conecta en serie el devanado de regulación de forma aditiva o de
forma sustractiva con el devanado principal (Figura 2.3 b).
Gran escalón: conecta el comienzo del devanado de regulación al extremo del
devanado principal o bien a un punto intermedio del mismo (Figura 2.3 c).
Figura 2.3 a) Sin preselector; b) Inversor; c) Gran escalón
2.1.5 Ruptor (Diverter Switch)
El ruptor es el elemento que efectúa la transferencia de intensidad de carga
desde la toma en servicio a la próxima toma seleccionada sin interrumpir el
servicio. El mismo se encuentra inmerso en un depósito de aceite
independiente de la cuba del transformador, para evitar contaminarlo, debido a
la degradación que sufre el aceite durante el proceso de conmutación.
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El ruptor está unido a la cabeza del OLTC, de manera que forma un único
cuerpo extraíble para efectuar las operaciones rutinarias de mantenimiento.
2.2 Tipos de OLTC
Existen diferentes tipos de OLTC que se caracterizan por la potencia, corriente
y tensión de servicio, aquí se describen los más utilizados en el mercado.
2.2.1 Tipo CV
La serie CV de OLTC posee un selector que combina las funciones de ruptor y
de selector de tomas. Es apropiado para inmersión en aceite, con posibilidad
de configuración trifásica o monofásica, conexión en estrella o triángulo.
El OLTC tipo CV se divide en tres clases de 200A, 350A, 500A en modo
trifásico y hasta 700A en modo monofásico. También puede ser dividido en 10,
12 y 14 contactos de acuerdo con los números de posiciones necesarias. Con
la utilización de preselector, el máximo número de posiciones es de 27.
Figura 2.4 OLTC tipo CV
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2.2.2 Tipo CM
La serie CM es una combinación típica de OLTC que consiste en tres partes
principales: el compartimiento de aceite, el ruptor del conmutador y el selector
de tomas. Los valores máximos de corriente son de 600A en modo trifásico y
de 1500A en modo monofásico.
Cuando el conmutador de serie CM se usa sin preselector, las posiciones de
servicio máximas disponibles son 18, mientras en el caso de utilizarlo, serán de
35.
Figura 2.5 OLTC tipo CM
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Figura 2.6
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2.3 Proceso de conmutación
La conmutación está compuesta de dos pasos fundamentales, selección e
interrupción de toma. Este proceso tiene una duración que varía entre los 5 y 7
segundos, dependiendo del tipo de conmutador.
El selector y el mecanismo acumulador de energía en conjunto, son los
primeros elementos en moverse al recibir la orden de cambio de toma. Casi
todo el tiempo de duración del proceso de conmutación es invertido en cumplir
este primer paso.
Finalizando el paso anterior, se libera la energía acumulada en los resortes del
acumulador de energía, dando lugar a la operación del ruptor, donde se
produce el cambio de toma propiamente dicho, con una duración aproximada
de 40ms. A este subproceso se lo denomina interrupción.
El OLTC está diseñado para que el subproceso de interrupción se realice en el
menor tiempo posible, debido a las altas temperaturas que provocan los arcos
eléctricos de corriente. Es por eso que el ruptor del OLTC generalmente se
encuentra sumergido en aceite con un coeficiente dieléctrico suficiente para
atenuar el arco eléctrico y minimizar el desgaste de contactos eléctricos.
Si durante la etapa de interrupción existe un instante en el cual ninguna toma
queda conectada, la línea de salida quedaría sin tensión, lo cual no es
deseable. Y si
tocara dos tomas simultáneamente, se produciría un
cortocircuito en un cierto número de espiras, originando una corriente de
circulación importante.
La solución a este inconveniente es colocar una resistencia, denominada
resistencia de paso, entre los tomas que están siendo cortocircuitadas. Como
se muestra en la figuras 2.7 y 2.8.
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Figura 2.7 Pasos en la interrupción de la toma A hacia la toma B
(conmutador Tipo CV)
Figura 2.8
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