¿Por qué los contactores siempre se queman? Es necesario implementar simultáneamente la protección contra sobrecarga y cortocircuito

Los contactores se utilizan para cerrar y abrir cargas que requieren estas operaciones durante el uso normal, especialmente para actividades específicas como la iluminación pública de media tensión y los motores eléctricos industriales.

La combinación controladora de contactor de media tensión + fusible (F-C) puede controlar motores de hasta 12 kV. Sin embargo, los controladores de media tensión también son adecuados como alimentadores para otros tipos de cargas, especialmente transformadores. Para este tipo de cargas, los contactores suelen modificarse para incluir un cierre mecánico, de manera que el contactor no se abra automáticamente cuando el voltaje del sistema colapse.

Los contactores con cierre mecánico son básicamente iguales en estructura a los contactores mantenidos electromagnéticamente. No obstante, en lugar de depender de una bobina principal continuamente energizada para mantener el contactor cerrado, los contactores con cierre mecánico utilizan un cierre mecánico para mantener el estado cerrado. En esencia, los contactores con cierre mecánico simulan interruptores de circuito de media tensión. Sin embargo, es importante recordar que existen diferencias distintas entre contactores e interruptores de circuito.

Consideraciones para los Circuitos de Control

Una vez que un contactor tradicional mantenido electromagnéticamente está cerrado, permanece cerrado mientras la bobina principal esté energizada. La fuente de alimentación de control más común para el circuito de la bobina principal es un transformador de potencia de control, que es parte integral del controlador completo. Por lo tanto, para las cargas de motor, cuando el voltaje del sistema colapsa, el motor se desconectará automáticamente, evitando así daños al motor.

En contraste, los contactores con cierre mecánico permanecen cerrados cuando el voltaje del sistema colapsa. Esto es particularmente necesario cuando la carga es de un tipo que necesita ser reenergizada automáticamente cuando el voltaje del sistema se restaura, como los transformadores de iluminación.

Los contactores mantenidos electromagnéticamente se abren cuando los contactos en el circuito de control de la bobina principal se abren. Por otro lado, los contactores con cierre mecánico se desbloquean mediante el cierre de los contactos en el circuito de cierre, permitiendo que el contactor se abra. Así, el control requerido para los contactores con cierre mecánico es algo similar al de los interruptores de circuito de media tensión.

Los contactores con cierre mecánico requieren una fuente de alimentación de control confiable para el viaje. Se prefiere una fuente de alimentación de corriente directa (batería), pero si la única fuente de alimentación de control es un transformador de potencia de control conectado a la fuente de voltaje primaria, un dispositivo de viaje de condensador de corriente alterna es adecuado para su uso.

El circuito de cierre debe utilizar botones de contacto momentáneo para que la bobina principal esté energizada solo durante el período de cierre. Del mismo modo, el circuito de viaje (liberación del cierre) debe utilizar botones de contacto momentáneo. Para el viaje automático de relés de protección, se debe conectar un contacto normalmente abierto en el circuito de viaje (liberación del cierre), y un contacto normalmente cerrado del relé de protección en el circuito de cierre. El propósito del contacto normalmente cerrado del relé en el circuito de cierre es asegurar que el circuito de la bobina principal esté desenergizado durante el viaje. También es deseable incluir una función de bloqueo (86), ya sea a través de la función 86 en algunos relés multifuncionales de microprocesador o a través de un relé de bloqueo separado.

Es importante que el circuito de control externo del usuario no incluya contactos de retención en el circuito de cierre. Los contactores con cierre mecánico funcionan de la misma manera que los contactores mantenidos electromagnéticamente, con la adición de un cierre mecánico. Si el circuito de la bobina principal está energizado continuamente, el contactor permanecerá cerrado incluso si se opera el cierre de viaje.

Las fuentes varían en sus estimaciones del tiempo que debe transcurrir entre la interrupción de un fallo y la reenergización subsecuente. La mayoría de las fuentes indican que debe haber al menos seis ciclos entre la interrupción del arco (al abrir) y el cierre de los contactos en la operación de cierre subsecuente.

Consideraciones sobre Cortocircuitos y Sobrecargas

Los contactores utilizados para suministrar energía a transformadores difieren de aquellos utilizados para suministrar energía a motores únicamente en las características de los fusibles limitadores de corriente. Los fusibles utilizados para proteger los circuitos de motores son fusibles de Clase M, cuyas características de protección son adecuadas para los requisitos de aplicación de los motores. Para los alimentadores de transformadores, los fusibles deben ser de Clase T, diseñados para proporcionar una protección adecuada para los transformadores.

Los contactores sin fusibles tienen solo una capacidad limitada de interrupción. Por lo tanto, los contactores siempre deben usarse en combinación con fusibles limitadores de corriente. La combinación de un contactor (que interrumpe la corriente de carga normal y la corriente de sobrecarga moderada) y un fusible limitador de corriente (que interrumpe corrientes que exceden la capacidad del contactor por sí solo) proporciona una capacidad completa de interrupción de sobrecorriente y cortocircuito.

Se deben usar relés de sobrecorriente para proporcionar protección contra corrientes de sobrecarga moderadas, para evitar la operación innecesaria de los fusibles. Esta protección debe coordinarse con la capacidad de corriente continua del conjunto fusible-contacto. Dado que los fusibles generan una cantidad significativa de calor, no es inusual que los fusibles se dimensionen algo más grandes de lo recomendado para la corriente continua. Por lo tanto, los relés de sobrecorriente proporcionan protección contra sobrecargas no solo para el transformador sino también para el conjunto fusible-contacto. Esto es apropiado porque la función del fusible es proporcionar protección contra cortocircuitos, no contra sobrecargas.

Protección Monofásica

Los dispositivos modernos de protección contra sobrecargas de motores generalmente incluyen una función de protección para desconectar automáticamente el motor cuando se pierde una fase de la alimentación de entrada. Sin embargo, para alimentadores no motores, esta "protección monofásica" puede no ser necesaria o deseable. Por ejemplo, las cargas de capacitores o iluminación generalmente no se dañan por condiciones monofásicas. No obstante, los usuarios deben considerar si la protección monofásica es apropiada. El método más común para implementar esta función es proporcionar un accesorio de viaje de fusible, que se acciona mecánicamente mediante un émbolo en el fusible limitador de corriente. Con esta opción, cuando cualquier fusible limitador de corriente primario opera, el émbolo indicador en el fusible acciona una palanca de viaje, causando que el contactor se abra.

Otras Consideraciones de Aplicación

Los contactores con cierre mecánico comparten muchas características de aplicación con los contactores mantenidos electromagnéticamente. A diferencia de los interruptores de circuito, los contactores están diseñados para operaciones frecuentes, con 200,000 operaciones eléctricas. El tamaño del transformador que puede alimentarse desde un contactor, por supuesto, está limitado por los fusibles disponibles (especialmente a 7.2 kV) y la capacidad de corriente continua del contactor.

Los contactores están diseñados para tener requisitos de potencia de control de baja energía. Por lo tanto, sus tiempos de cierre y apertura pueden ser relativamente lentos. Un tiempo típico de cierre es de 40 ms para 400 A y 70 ms para 720 A, mientras que el tiempo de apertura es de 90 ms para 400 A y 35 ms para 720 A. Aunque estos tiempos son mucho más largos que los tiempos de operación de los interruptores de circuito, generalmente no requieren ninguna consideración especial para los circuitos de control o los procedimientos de operación del sistema. Los contactores con cierre se integran en el diseño de los controladores de media tensión, eliminando las secciones de transición y los gabinetes de interruptores grandes requeridos para los interruptores de circuito. Dado que los contactores con cierre utilizan fusibles para la protección contra cortocircuitos, los fusibles pueden operar en caso de un fallo severo. Si esto ocurre, el tiempo de inactividad asociado con la sustitución de los fusibles es mayor que el requerido cuando se utilizan interruptores de circuito. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que los fallos severos son relativamente raros, por lo que esto es poco probable que sea un problema importante.

Resumen

Los contactores se han utilizado para suministrar energía a transformadores y otras cargas no motores durante décadas, y su uso ha aumentado significativamente en los últimos años. El uso de contactores con cierre mecánico es particularmente apropiado cuando los transformadores se alimentan con contactores de media tensión.