Descripción de los fenómenos básicos durante el conmutado de interruptores en redes

La terminología de conmutación de interruptores puede entenderse considerando un evento real.
Las figuras 1 a 3 muestran la traza de una prueba de corriente de fallo trifásico no conectada a tierra en un interruptor de circuito de vacío (traza cortesía de KEMA).
Tomando cada figura en su turno, la terminología es la siguiente:

Secuencia de Accionamiento del Interruptor y Cantidad Relacionadas

A partir de la Figura 1, podemos observar la siguiente secuencia de eventos en detalle:

1. Estado Inicial:

• El interruptor comienza en posición abierta.

• Se aplica una señal de cierre a la bobina de cierre para iniciar la operación de cierre.

2. Proceso de Cierre:

Después de un breve retraso eléctrico, el contacto móvil comienza a moverse (como se indica en la curva inferior del gráfico de desplazamiento) y finalmente hace contacto con los contactos fijos. Este momento se conoce como compromiso de contacto o cierre de contacto. En la práctica, debido al pre-desgaste entre los contactos, la conexión eléctrica real puede ocurrir ligeramente antes del contacto mecánico.

El intervalo de tiempo entre la aplicación de la señal de cierre y el momento del compromiso de contacto se conoce como tiempo de cierre mecánico.

3. Estado Cerrado y Corriente de Fallo:

• Una vez cerrado, el interruptor lleva la corriente de fallo. Luego se aplica una señal de disparo a la bobina de disparo, iniciando el proceso de apertura (o disparo) del interruptor.

• Después de un breve retraso eléctrico, el contacto móvil comienza a alejarse de los contactos fijos, resultando en su separación mecánica. Este momento se conoce como separación de contactos, apertura de contactos o apertura de contactos.

• El intervalo de tiempo entre la aplicación de la señal de disparo y el momento de la separación de contactos se conoce como tiempo de apertura mecánica.

4. Formación de Arco y Interrupción de Corriente:

• Se forma un arco eléctrico entre los contactos a medida que se separan. La corriente intenta interrumpirse en los puntos de cruce por cero, primero en la fase b, seguida por la fase a, y finalmente con éxito en la fase c.

•  La fase c es la primera fase en lograr la interrupción completa, con una duración del arco (el tiempo entre la separación de contactos e interrupción de corriente) de aproximadamente media ciclo. El tiempo de interrupción (también llamado tiempo de corte) para la fase c es la suma del tiempo de apertura mecánica y la duración del arco.

5. Distribución de Corriente Durante la Interrupción:

• En el momento de la interrupción de corriente en la fase c, las corrientes en las fases a y b se desplazan 30°, volviéndose iguales en magnitud pero opuestas en polaridad. La corriente en la fase líder (fase a) experimenta un semiciclo acortado, mientras que la corriente en la fase rezagada (fase b) experimenta un semiciclo extendido.

• El tiempo total de limpieza es la suma del tiempo de apertura mecánica y la duración máxima del arco observada en la fase a o la fase b.

Cantidades relacionadas con la corriente de conmutación del interruptor:

Puede observarse cuidadosamente en la figura 2 que:

•  Para un fallo iniciado en el pico de tensión, la corriente será simétrica. Simétrica significa que cada semiciclo de corriente, también conocido como bucle de corriente, será idéntico al semiciclo de corriente anterior. La corriente en la fase a es casi simétrica debido a la iniciación del fallo justo antes del pico de tensión.

• Las corrientes en las fases b y c son asimétricas y consisten en bucles largos y cortos de corriente, denominados bucles mayores y menores, respectivamente.
  La máxima asimetría ocurre cuando el fallo se inicia en el cruce por cero de la tensión.

Cantidades Relacionadas con la Tensión de Conmutación del Interruptor

A partir de la Figura 3, podemos observar la siguiente secuencia de eventos en detalle:

Cruces por Cero de la Corriente:
Ocurre un cruce por cero de la corriente cada 60 segundos. Después de que los contactos se separen, el polo más cercano al próximo cruce por cero intentará interrumpir la corriente primero. En este caso, el polo de la fase b, siendo el más cercano al primer cruce por cero, intenta interrumpir la corriente.

2. Primeros Intentos de Interrupción de Corriente:

El polo de la fase b intenta interrumpir la corriente pero falla debido a que los contactos están demasiado cerca para soportar la tensión de recuperación transitoria (TRV), lo que lleva a la reencendido.
 Posteriormente, el polo de la fase a también intenta interrumpir la corriente pero, de manera similar, falla y se reenciende.

3. Interrupción Exitosa de la Corriente:

 Finalmente, el polo de la fase c interrumpe la corriente con éxito, restaurando el sistema a la TRV y la tensión de recuperación alterna (tensión de recuperación AC).

4. Tensión de Recuperación Transitoria (TRV):

•  Definición: La TRV es la oscilación transitoria que ocurre a medida que la tensión del lado de potencia del interruptor se recupera a la tensión del sistema pre-fallo.

• Comportamiento: La TRV oscila alrededor de la tensión de recuperación alterna, que sirve como el punto objetivo o eje de oscilación. El valor pico de la TRV depende de la amortiguación en el circuito.

• Duración de la Oscilación: Como se muestra en la forma de onda, la TRV oscila durante un cuarto de ciclo de frecuencia de potencia (es decir, 90 grados).

• Impacto en los Polos: El primer polo en limpiarse (en este caso, la fase c) está expuesto a la TRV más alta, ya que experimenta la oscilación transitoria completa.

5.    Limpieza de Polos Subsiguientes:

• Los polos de las fases a y b se limpian 90 grados después de la fase c.

• Para estos polos, los valores de TRV son menores que los experimentados por la fase c y tienen polaridades opuestas.

• La tensión de recuperación alterna es la tensión de línea, compartida entre las dos fases.