Que se debe ter en conta no deseño dos interruptores automáticos de poste a baixa tensión

Dyson

Campo: Normas Eléctricas

China

Os interruptores de corrente baixa montados em postes son dispositivos protectores e de control cruciais nos sistemas eléctricos, cuxo deseño e funcionamento afectan directamente a seguridade e fiabilidade do sistema. O seu deseño debe abordar comprehensivamente a adaptabilidade ao medio ambiente, a coordinación dos parámetros eléctricos e a selección do actuador para asegurar un funcionamento estable en diversas condicións. Durante o funcionamento, é esencial un estricto adempeño dos protocolos de seguridade, a manutención regular e o manejo adecuado das situacións excepcionais para prevenir accidentes causados por malfuncionamentos. Este artigo ofrece unha exposición sistemática dos principios clave de deseño e estándares operativos para interruptores de corrente baixa montados en postes, proporcionando orientación profesional para o persoal de enxeñaría.

1. Consideracións de Deseño para Interruptores de Corrente Baixa Montados en Postes

O deseño dos interruptores de corrente baixa montados en postes debe resistir entornos exteriores adversos mentres cumple con os requisitos de protección e control.

1.1 Adaptabilidade Ambiental

Como equipos instalados ao aire libre, estes interruptores deben soportar fluctuacións de temperatura, humidade, corrosión por sal marina e vibración mecánica. De acordo co GB/T 2423.17, deben pasar unha proba de pulverización neutra de sal de 72 horas (grado 5), adequada para zonas costeiras ou industriais, con un grao de contaminación 3 para resistir a polución conductiva ou condensación. Para altitudes elevadas (>2000m), os parámetros de aislamento e aumento de temperatura deben axustarse segundo o GB/T 20645-2021 (o límite de aumento de temperatura diminúe un 1% por cada 100m de aumento; se require unha redución da clasificación de corrente por encima dos 4000m).

Para bajas temperaturas, debe garantizarse o funcionamento a -40°C e o almacenamento a -55°C, con un rendemento fiable do actuador. A resistencia aos raios UV require revestimentos superficiais como pintura de poliamida (ángulo de contacto >90°) ou PVDF (resistencia ao envellecemento UV ≥ grado 8). O sellado do envolvente debe cumprir as normas IP54/55 para prevenir a degradación do aislamento.

1.2 Coordinación de Parámetros Eléctricos

O cálculo preciso da corrente de cortocircuito e a selección adecuada dos parámetros son cruciais. As correntes de cortocircuito deben calcularse usando o método absoluto, tendo en conta as correntes de fallo a tres fases, dúas fases e unha fase a terra. A corrente inicial de cortocircuito a tres fases calcula-se como:

onde é a tensión nominal da liña, e $, son a resistencia total e la reactancia do bucle de cortocircuito. A capacidade nominal de interrupción de cortocircuito do interruptor (Ics) non debe ser inferior á corrente máxima de cortocircuito a tres fases. A verificación de sensibilidade require que a corrente mínima de cortocircuito no final da liña sexa polo menos 1,3 veces o ajuste de disparo de sobrecorrente instantáneo ou de curtísimos períodos: .$

Para a protección contra sobrecargas, o ajuste de disparo a longo prazo debe satisfacer , onde é a capacidade continua de conducción do conductor e $I_{c}$ é a corrente de carga calculada. Para a protección contra cortocircuitos, o ajuste de disparo instantáneo debería ser ≥1,2 veces a corrente de arranque completa do motor máis grande (por exemplo, 20–35 veces a corrente nominal para motores de jaula de ardilla), mentres que o ajuste a curtísimos períodos debe evitar picos de carga transitórios, xeralmente configurado a 1,2 veces (corrente máxima de arranque do motor + outras correntes de carga).

1.3 Selección do Actuador

Os mecanismos accionados por molas son comumente utilizados, requirindo fiabilidade, antipulso, liberdade de disparo e función de amortiguación. Parámetros de tempo: interruptores de carcasa - cierre ≤0,2s, apertura ≤0,1s; interruptores moldeados - vida mecánica ≥10.000 operaciones (interruptores de carcasa ≥20.000). O actuador debe incluír detección de almacenamento de enerxía e bloqueo para un funcionamento seguro. As características dinámicas requiren un control optimizado da velocidade e desprazamento dos contactos (por exemplo, control por etapas para interruptores de vacío para minimizar o rebote dos contactos). As características de saída deben coincidir co interruptor para asegurar o cierre en condicións de cortocircuito. En rexións frías, a ESR do condensador aumenta a -40°C, prolongando o tempo de cierre; as probas a varias temperaturas son esenciais.

2. Deseño de Funcións de Protección e Selección de Ajustes

2.1 Protección Contra Sobrecargas

Xeralmente implementada mediante unidades de disparo termomagnéticas ou electrónicas. As unidades termomagnéticas usan tiras bimetálicas con características de tempo inverso (tempo de disparo inversamente proporcional ao cadrado da corrente de sobrecarga). As unidades electrónicas ofrecen un control preciso, con ajustes de disparo a longo prazo que van desde 0,4 a 1 veces a corrente nominal . Os ajustes deben satisfacer e . Sensibilidade: , onde $I_{kmin}$ é a corrente mínima de cortocircuito a unha fase no final da liña. Para cargas críticas, a protección contra sobrecargas pode activar alarmas en lugar de disparos.

2.2 Protección Contra Cortocircuitos

Inclúe protección a curtísimos períodos e instantánea. A protección a curtísimos períodos asegura a selectividade: $×$ (corrente máxima de arranque do motor + outras cargas), con retardos de tempo (0,1–0,4s) coordinados con interruptores superiores (≥0,1–0,2s de diferenza de tempo). A protección instantánea dirixe a fallos graves: $×$ corrente completa de arranque do motor (por exemplo, 12–18 veces $I_{n}$ para motores). Para alimentadores de distribución, son preferibles unidades de disparo electrónicas con protección instantánea retardada. Selectividade: ajuste a curtísimos períodos superior ≥1,3 × ajuste instantáneo inferior, con ≥0,1–0,2s de diferenza de tempo de retardo.

2.3 Protección Contra Bajada de Tensión

Previne danos no equipo debido a caídas de tensión. Rango de disparo: 35%–70% da tensión nominal. Os tipos instantáneos disparam inmediatamente, pero poden causar disparos indeseables; os tipos retardados (0–5s) ignoran as fluctuacións transitórias, adecuados para uso industrial. A tensión nominal da unidade de disparo de baja tensión debe coincidir coa tensión da liña, e a súa función non debe interferir con outras protecciones. Os tipos retardados (0,2–3s) son recomendados para aplicacions industriais.

3. Coordinación de Selectividade e Protección en Cascada

3.1 Zonas de Selectividade

Zona 1 (Isc < Icu inferior): Alcanzada mediante graduación de corrente e tempo (por exemplo, superior $×$ inferior $I_{se t 3}$ , retardo de tempo ≥ inferior + 0,1s).
Zona 2 (Icu inferior < Isc < Icu superior): Depende de características limitadoras de corrente ou datos do fabricante. Límite de selectividade $I_{s}$ pode ser menor que o Icu inferior (selectividade parcial).
Zona 3 (Isc > Icu superior): Requiere probas; os contactos superiores poden abrir momentaneamente (≤30ms) sen disparar, sempre que non ocorra soldadura.

3.2 Protección en Cascada

Aproveita a limitación de corrente do interruptor superior para permitir o uso de interruptores inferiores con menor capacidade de interrupción, reducindo o custo. Requiere ajustes instantáneos coincidentes e evitar cargas críticas nas liñas en cascada. A selectividade baseada na enerxía (por exemplo, en interruptores tipo A) pode mellorar os límites de selectividade, pero a verificación mediante datos do fabricante é esencial.

3.3 Métodos de Selectividade

Selectividade de Corrente: Ajuste instantáneo superior ≥1,3 × inferior.
Selectividade de Tempo: Retardo a curtísimos períodos superior ≥ inferior + 0,1–0,2s.
Selectividade de Enerxía: Basada nos requisitos de enerxía do sistema de contactos.
Selectividade Lóxica: A detección de fallos inferiores envía unha señal de bloqueo ao superior, permitindo un disparo rápido inferior mentres o superior permanece pechado, asegurando unha protección "estable, precisa, rápida".