Calificaciones del Interruptor Automático

Definición de Interruptor

Un interruptor se define como un dispositivo diseñado para proteger un circuito eléctrico del daño causado por sobrecorrientes o cortocircuitos interrumpiendo el flujo de electricidad.

Corriente de Interrupción de Cortocircuito del Interruptor

Esta es la corriente máxima de cortocircuito que un interruptor (CB) puede soportar antes de que finalmente sea despejada al abrir sus contactos.

Cuando una corriente de cortocircuito fluye a través de un interruptor, causa tensiones térmicas y mecánicas en las partes conductoras del interruptor. Si el área de contacto y las partes conductoras son demasiado pequeñas, esto puede llevar a daños permanentes en la aislación y las partes conductoras del interruptor.

De acuerdo con la ley de Joule, el aumento de temperatura es directamente proporcional al cuadrado de la corriente de cortocircuito, la resistencia de contacto y la duración del cortocircuito. La corriente de cortocircuito continúa fluyendo a través del interruptor hasta que la falla es despejada al abrir el interruptor.

Como la tensión térmica en el interruptor es proporcional al período de cortocircuito, la capacidad de interrupción del interruptor eléctrico depende del tiempo de operación. A 160°C, el aluminio se vuelve blando y pierde su resistencia mecánica, esta temperatura puede considerarse como el límite de aumento de temperatura de los contactos del interruptor durante el cortocircuito.

Por lo tanto, la capacidad de interrupción de cortocircuito o corriente de interrupción de un interruptor se define como la corriente máxima que puede fluir a través del interruptor desde el momento en que ocurre un cortocircuito hasta que es despejado, sin causar daños permanentes al interruptor. El valor de la corriente de interrupción de cortocircuito se expresa en RMS.

Durante el cortocircuito, el CB no solo está sometido a tensiones térmicas, sino que también sufre seriamente de tensiones mecánicas. Por lo tanto, al determinar la capacidad de cortocircuito, también se considera la resistencia mecánica del CB.

Así, para elegir un interruptor adecuado, es obvio determinar el nivel de falla en ese punto del sistema donde se instalará el CB. Una vez determinado el nivel de falla de cualquier parte de la transmisión eléctrica, es fácil elegir el interruptor calificado correcto para esa parte de la red.

Capacidad Nominal de Conexión de Cortocircuito

La capacidad de conexión de cortocircuito de un interruptor se expresa en valor pico, a diferencia de la capacidad de interrupción, que se expresa en valor RMS. Teóricamente, en el instante en que ocurre una falla, la corriente de falla puede aumentar hasta el doble de su nivel de falla simétrico.

En el instante de encender un interruptor en condiciones de falla del sistema, la parte del cortocircuito del sistema conectada a la fuente. El primer ciclo de la corriente durante el cierre del interruptor tiene la amplitud máxima. Esto es aproximadamente el doble de la amplitud de la forma de onda de la corriente de falla simétrica.

Los contactos del interruptor deben soportar este valor máximo de corriente durante el primer ciclo de la forma de onda cuando el interruptor se cierra bajo falla. Basándose en este fenómeno mencionado, un interruptor seleccionado debe estar calificado con la capacidad de conexión de cortocircuito.

Dado que la corriente nominal de conexión de cortocircuito del interruptor se expresa en valor pico máximo, siempre es mayor que la corriente nominal de interrupción de cortocircuito del interruptor. El valor normal de la corriente de conexión de cortocircuito es 2.5 veces mayor que la corriente de interrupción de cortocircuito. Esto se aplica tanto para interruptores de control estándar como remoto.

Secuencia de Operación Nominal

Este es el requisito de resistencia mecánica del mecanismo de operación del interruptor. La secuencia de operación nominal de un interruptor se ha especificado como:

Donde, O indica la operación de apertura del CB. CO representa el tiempo de operación de cierre que es inmediatamente seguido por una operación de apertura sin ningún retraso intencional. t’ es el tiempo entre dos operaciones que es necesario para restaurar las condiciones iniciales y/o para evitar un calentamiento excesivo de las partes conductoras del interruptor. t = 0.3 segundos para el interruptor destinado a la primera reconexión automática, si no se especifica lo contrario.

Supongamos que el ciclo de operación nominal de un interruptor es:

Esto significa que una operación de apertura del interruptor es seguida por una operación de cierre después de un intervalo de 0.3 segundos, y luego el interruptor vuelve a abrirse sin ningún retraso intencional. Después de esta operación de apertura, el CB se vuelve a cerrar después de 3 minutos y luego se desconecta instantáneamente sin ningún retraso intencional.

Corriente Nominal de Tiempo Corto

Esta es la corriente límite que un interruptor puede soportar de manera segura durante un tiempo específico sin sufrir daños. Los interruptores no eliminan la corriente de cortocircuito tan pronto como ocurre cualquier falla en el sistema. Siempre hay algunos retrasos intencionales y no intencionales presentes entre el instante de ocurrencia de la falla y el instante de eliminación de la falla por el CB.

Este retraso se debe al tiempo de operación de los relés de protección, el tiempo de operación del interruptor y también puede haber algún retraso intencional impuesto en el relé para una coordinación adecuada de la protección del sistema de potencia. Incluso si un interruptor falla en dispararse, la falla será eliminada por el siguiente interruptor posicionado más arriba.

En este caso, el tiempo de eliminación de la falla es más largo. Por lo tanto, después de la falla, un interruptor debe soportar el cortocircuito durante cierto tiempo. La suma de todos los retrasos no debe ser superior a 3 segundos, por lo que un interruptor debe ser capaz de soportar una corriente máxima de falla durante al menos este corto período de tiempo.

La corriente de cortocircuito puede tener dos efectos principales dentro de un interruptor. Debido a la alta corriente eléctrica, puede haber una alta tensión térmica en la aislación y las partes conductoras del CB. La alta corriente de cortocircuito produce tensiones mecánicas significativas en diferentes partes conductoras del interruptor.

Un interruptor está diseñado para soportar estas tensiones. Sin embargo, ningún interruptor debe soportar una corriente de cortocircuito por más tiempo que el período corto especificado. La corriente nominal de tiempo corto de un interruptor es al menos igual a su corriente nominal de interrupción de cortocircuito.

Voltaje Nominal del Interruptor

El voltaje nominal del interruptor depende de su sistema de aislamiento. Para sistemas inferiores a 400 kV, el interruptor está diseñado para soportar un 10% por encima del voltaje normal del sistema. Para sistemas iguales o superiores a 400 kV, el aislamiento del interruptor debe ser capaz de soportar un 5% por encima del voltaje normal del sistema.

Esto significa que el voltaje nominal del interruptor corresponde al voltaje más alto del sistema. Esto se debe a que, durante las condiciones de carga nula o pequeña, el nivel de voltaje del sistema de potencia se permite elevarse hasta el voltaje nominal más alto del sistema.