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Un seccionador de puesta a tierra es un dispositivo mecánico de conmutación que conecta los conductores de circuito desenergizados directamente al potencial de tierra, eliminando las tensiones inducidas, las cargas capacitivas atrapadas y la energía residual que podría lesionar al personal de mantenimiento. A diferencia de los disyuntores o seccionadores de carga, los seccionadores de puesta a tierra no tienen capacidad de interrupción; su única función es conectar los conductores aislados a tierra antes de que los trabajadores accedan a los equipos expuestos.
En los sistemas de media tensión de 3,6 kV a 40,5 kV, los seccionadores de puesta a tierra se montan en barras colectoras, terminaciones de cables y compartimentos de alimentadores dentro de celdas con envolvente metálica. El dispositivo parece mecánicamente sencillo: una cuchilla conductora que pivota en un contacto fijo conectado a la red de puesta a tierra de la estación. Sin embargo, esta simplicidad oculta requisitos de ingeniería críticos que rigen la capacidad de fabricación, la secuencia de funcionamiento y la lógica de enclavamiento.
El seccionador de puesta a tierra representa la última barrera de seguridad antes de que las manos humanas toquen los conductores expuestos. Después de que los disyuntores aguas arriba se abran y los seccionadores creen huecos de aislamiento visibles, el seccionador de puesta a tierra proporciona una puesta a tierra positiva: un cortocircuito deliberado a tierra que garantiza una tensión cero independientemente de la inducción de los circuitos paralelos, la retroalimentación a través de los devanados del transformador o el acoplamiento capacitivo de las fases adyacentes.
Sin una toma de tierra adecuada, los técnicos que trabajan con equipos “aislados” se enfrentan a riesgos de descarga letal procedentes de fuentes invisibles para los indicadores de tensión estándar. Las tensiones inducidas por líneas de transmisión paralelas superan habitualmente los 1.000 V en conductores sin conexión a tierra. Las cargas atrapadas en la capacitancia de los cables pueden suministrar una corriente mortal incluso horas después del aislamiento.
El seccionador de puesta a tierra elimina estos peligros al proporcionar una vía de baja impedancia a tierra. Los valores de resistencia de los contactos suelen ser inferiores a 200 μΩ, lo que garantiza una conducción eficaz de la corriente de defecto. La ruta de puesta a tierra desde los contactos principales a través del mecanismo de funcionamiento hasta el bastidor puesto a tierra debe conducir la corriente de fallo prospectiva sin un aumento excesivo de la temperatura, normalmente limitado a 250 °C en las superficies de contacto durante el servicio de corta duración.
La capacidad de cierre -la corriente prospectiva máxima a la que un seccionador de puesta a tierra puede cerrarse con seguridad- representa el parámetro de rendimiento más crítico que distingue a los dispositivos de protección de los equipos de puesta a tierra estándar.
En condiciones normales, un seccionador de puesta a tierra se cierra sobre un conductor totalmente aislado y libre de tensión. La operación se realiza sin incidentes. Pero, ¿qué ocurre cuando un técnico cierra el seccionador de puesta a tierra mientras el circuito sigue bajo tensión debido a un error de procedimiento, un aislamiento defectuoso o una secuencia de conmutación incorrecta?
El seccionador de puesta a tierra debe sobrevivir a este escenario de fallo sin cerrarse por soldadura, fragmentarse o producir un arco incontrolado. Esta capacidad de supervivencia define la capacidad de realización.
La norma IEC 62271-102 clasifica los seccionadores de puesta a tierra en función de los requisitos de capacidad:
Clase E0: Sin capacidad nominal de cierre. Diseñado exclusivamente para la puesta a tierra de circuitos desenergizados donde el riesgo de energización accidental es insignificante.
Clase E1: Capacidad de corriente inducida de hasta 160 A. Maneja el acoplamiento capacitivo e inductivo de circuitos energizados en paralelo.
Clase E2: Alta capacidad de cierre que alcanza de 25 kA a 63 kA para una duración de 1 segundo. Protege contra situaciones en las que se cree erróneamente que los circuitos están sin tensión.
La fórmula del poder de carga tiene en cuenta la corriente de pico Ipico = k × Irms, donde k suele ser igual a 2,5 para sistemas de 50 Hz y a 2,6 para sistemas de 60 Hz, teniendo en cuenta el desplazamiento de CC en corrientes de defecto asimétricas. Para un interruptor de Clase E2 con capacidad de 40 kArms, el pico de corriente de fabricación alcanza aproximadamente los 100 kA.
Los mecanismos de contacto de los seccionadores de puesta a tierra de clase E2 deben soportar fuerzas electromagnéticas severas durante el cierre de la avería. Los elementos clave del diseño incluyen:
[Expert Insight: Observación sobre el terreno de la capacidad]
- En evaluaciones realizadas en más de 40 instalaciones de subestaciones, los interruptores de clase E2 han contenido con éxito cierres de averías sin soldadura por contacto cuando se han dimensionado adecuadamente para los niveles de avería del sistema.
- Las instalaciones heredadas suelen contener conmutadores de clase E0 inadecuados para los requisitos de protección modernos: actualícelos durante las interrupciones programadas.
- La inspección posterior a la avería es obligatoria: incluso los cierres de avería satisfactorios provocan una erosión medible de los contactos.
- La resistencia de contacto con tendencia superior a 300 μΩ después del servicio de avería indica la necesidad de sustitución
El funcionamiento del seccionador de puesta a tierra sigue reglas secuenciales rígidas. Las desviaciones ponen en peligro la vida.
El seccionador de puesta a tierra se cierra en último lugar, una vez confirmado el aislamiento aguas arriba.
El seccionador de puesta a tierra se abre primero, antes de que se cierre cualquier hueco de aislamiento.
Cerrar el seccionador de puesta a tierra antes de abrir el disyuntor crea un fallo trifásico atornillado a través del sistema de puesta a tierra. Si el disyuntor permanece cerrado, la corriente de defecto fluye hasta que los relés de protección activan los dispositivos aguas arriba, lo que puede provocar incidentes de arco eléctrico, destrucción de equipos y muertes.
La apertura del seccionador mientras fluye la corriente de carga produce un arco sostenido. Los seccionadores carecen de capacidad de extinción de arcos. El arco puede persistir durante segundos, vaporizando los contactos y creando condiciones explosivas de plasma.
Ambos errores han causado muertes documentadas. El cumplimiento de la secuencia mediante sistemas de enclavamiento no es negociable.
Los enclavamientos mecánicos utilizan pasadores de bloqueo físicos, levas o palancas que impiden el funcionamiento de un dispositivo a menos que otro se encuentre en la posición correcta. No requieren alimentación eléctrica y funcionan durante un apagón completo de la estación, justo cuando es más probable que se produzcan errores de procedimiento.
| Estado del dispositivo | Efecto Interlock |
|---|---|
| Disyuntor cerrado | Bloqueo del seccionador de puesta a tierra |
| Interruptor de puesta a tierra cerrado | Seccionador bloqueado en cierre |
| Seccionador cerrado | Bloqueo del seccionador de puesta a tierra |
Estas barreras de hardware convierten las normas de procedimiento en restricciones físicas. Un técnico no puede cerrar el seccionador de puesta a tierra mientras el disyuntor sigue activado: el mecanismo impide físicamente el movimiento de la hoja, independientemente de la intención o la urgencia.
En moderno disyuntor de vacío los fabricantes integran los enclavamientos mecánicos directamente en el armazón del seccionador. La unidad extraíble VCB debe alcanzar la posición de prueba o aislada antes de que se desbloquee la palanca de operación del seccionador de puesta a tierra.
[Perspectiva del experto: Realidades del sistema de enclavamiento]
- La anulación del enclavamiento sigue siendo la principal causa de muertes relacionadas con la conmutación; cualquier enclavamiento anulado exige una investigación inmediata y una nueva formación.
- Los enclavamientos mecánicos requieren una lubricación periódica; los mecanismos agarrotados crean una falsa seguridad.
- Los contactos de posición auxiliares deben coincidir con la posición real de la cuchilla; verifíquelos durante el mantenimiento rutinario.
- Los sistemas de enclavamiento con llave (Castell, Kirk) proporcionan una aplicación cruzada de dispositivos, ideal para patios de maniobras exteriores con equipos distribuidos.
Los enclavamientos eléctricos utilizan contactos auxiliares, sensores de posición y lógica de control para inhibir las órdenes de cierre. Permiten el funcionamiento a distancia y las secuencias motorizadas manteniendo la verificación de seguridad.
Un esquema típico encamina el contacto auxiliar 52b del disyuntor en serie con el circuito de cierre del seccionador de puesta a tierra. Cuando el disyuntor está cerrado (contacto 52b abierto), la orden de cierre del seccionador de puesta a tierra no puede completarse eléctricamente.
Los sistemas de enclavamiento por llave utilizan el principio de la llave atrapada. Una llave bloqueada en un dispositivo debe ser liberada antes de que otro dispositivo pueda funcionar:
| Característica | Mecánica | Eléctrico | Basado en claves |
|---|---|---|---|
| Potencia necesaria | No | Sí | No |
| Funcionamiento a distancia | No | Sí | No |
| Aplicación entre dispositivos | Limitado | Sí | Sí |
| Funcionalidad Blackout | Completo | Ninguno | Completo |
| Resistencia a las manipulaciones | Moderado | Bajo | Alto |
Comprensión principios de funcionamiento del disyuntor de vacío aclara por qué los enclavamientos coordinan la posición del disyuntor con el permiso del seccionador de puesta a tierra: el VCB debe completar la extinción del arco antes de que la puesta a tierra sea segura.
Antes de especificar un seccionador de puesta a tierra, confirme que estos parámetros coinciden con los requisitos del sistema:
| Parámetro | Rango típico de VM | Notas de especificación |
|---|---|---|
| Tensión nominal | De 3,6 kV a 40,5 kV | Coincidir con la tensión nominal del sistema |
| Corriente nominal soportada durante un breve periodo de tiempo | 16 kA a 40 kA (1s o 3s) | Capacidad de resistencia térmica |
| Corriente máxima soportada nominal | 40 kA a 100 kA | Resistencia electromecánica a la fuerza |
| Corriente nominal de cortocircuito | 40 kA a 100 kA pico | Debe igualar o superar el nivel de fallo del sistema |
| Corriente nominal normal | 630 A a 3150 A | Capacidad térmica continua |
La corriente de cierre en cortocircuito debe ser igual o superior a la corriente de defecto máxima prevista en el punto de instalación. Para un sistema con nivel de defecto simétrico de 31,5 kA, especifique al menos 80 kA de capacidad de cierre de pico. Detallado en Clasificaciones de los interruptores automáticos de vacío ayuda a coordinar la selección del seccionador de puesta a tierra con los dispositivos de protección anteriores.
Derrota del enclavamiento: En ocasiones, los técnicos se saltan los enclavamientos para realizar trabajos urgentes. Esta práctica ha causado directamente víctimas mortales. Cualquier enclavamiento anulado da lugar a una investigación inmediata.
Corrosión costera: La niebla salina degrada los componentes de acero sin pintar en cuestión de meses. Especifique la construcción en acero inoxidable o galvanizado en caliente para entornos marinos.
Calificaciones heredadas insuficientes: Las instalaciones antiguas a menudo contienen seccionadores de puesta a tierra que sólo pueden cerrarse sin tensión. Estos dispositivos fallan catastróficamente cuando se cierran sobre circuitos con tensión.
Deriva del contacto auxiliar: Los contactos de retroalimentación de posición pierden el ajuste después de operaciones repetidas. La desalineación crea falsas indicaciones peligrosas en los sistemas de control.
Calidad componentes de aparatos de conexión incluidos los seccionadores de puesta a tierra debidamente dimensionados, constituyen la base de unas instalaciones de media tensión fiables.
P: ¿Cuál es la diferencia entre un seccionador de puesta a tierra y un interruptor de puesta a tierra?
R: Describen el mismo dispositivo: “seccionador de puesta a tierra” sigue la terminología de la CEI, mientras que “seccionador de puesta a tierra” refleja el uso norteamericano; ambos conectan los conductores desenergizados al potencial de tierra.
P: ¿Puede un seccionador de puesta a tierra interrumpir la corriente de carga?
R: No. Los seccionadores de puesta a tierra carecen de capacidad de extinción de arcos y sólo deben cerrarse sobre circuitos aislados y sin tensión en condiciones normales de funcionamiento.
P: ¿Qué ocurre si un seccionador de puesta a tierra se cierra sobre un circuito con tensión?
R: Se produce un cortocircuito atornillado; los seccionadores de puesta a tierra de clase E2 con capacidad de cierre adecuada sobreviven sin soldadura por contacto, mientras que los dispositivos de tamaño insuficiente pueden soldarse o fragmentarse.
P: ¿Con qué frecuencia deben inspeccionarse los contactos del seccionador de puesta a tierra?
R: Lo normal es una inspección anual durante el mantenimiento rutinario, siendo necesario un examen inmediato después de cualquier evento de cierre por fallo o cuando la resistencia de contacto supere los 250 μΩ.
P: ¿Por qué se prefieren los enclavamientos mecánicos a los enclavamientos eléctricos?
R: Los enclavamientos mecánicos funcionan sin alimentación eléctrica, manteniendo el cumplimiento de la seguridad durante los apagones de la estación, cuando los errores de procedimiento se vuelven estadísticamente más probables.
P: ¿Qué capacidad de cierre debo especificar para un sistema con nivel de fallo de 31,5 kA?
A: Especifique una capacidad de cierre mínima de 80 kA de pico, calculada utilizando el factor de desplazamiento de CC de aproximadamente 2,5 veces el valor eficaz simétrico de la corriente de defecto.
P: ¿En qué se diferencian los sistemas de enclavamiento por llave de los enclavamientos mecánicos?
R: Los enclavamientos por llave utilizan llaves atrapadas transferibles para imponer secuencias entre dispositivos separados físicamente, mientras que los enclavamientos mecánicos sólo proporcionan un bloqueo físico directo entre equipos adyacentes.
Referencia externa: La norma IEC 62271-102 define los requisitos exhaustivos para los seccionadores de alta tensión y los seccionadores de puesta a tierra, incluidos los procedimientos de prueba de capacidad y los criterios de clasificación. Acceda a la edición actual a través de Tienda web de IEC.
