Interruptor de circuito con apagado por aire

En un interruptor de circuito de interrupción por aire, el arco se inicia y se extingue en aire estático mientras el arco se mueve. Estos interruptores se utilizan para bajas tensiones, generalmente hasta 15 kV, con capacidades de ruptura de 500 MVA. Como medio de extinción de arcos, los interruptores de circuito de aire ofrecen varias ventajas sobre el aceite, incluyendo:

• Eliminación de riesgos y mantenimiento asociados con el uso de aceite.

• Ausencia de estrés mecánico causado por la presión del gas y el movimiento del aceite.

• Eliminación de costos por el reemplazo regular de aceite debido a su deterioro por operaciones sucesivas de interrupción.

En los interruptores de circuito de interrupción por aire, la separación de contactos y la extinción del arco ocurren en aire a presión atmosférica, empleando el principio de alta resistencia. El arco se expande mediante conductores de arco y cañerías, mientras que la resistencia del arco se incrementa a través de la división, enfriamiento y alargamiento.

La resistencia del arco se incrementa hasta que la caída de tensión a través del arco excede la tensión del sistema, extinguiendo el arco en el punto cero de corriente de la onda AC.

Los interruptores de circuito de interrupción por aire se utilizan en circuitos DC y AC hasta 12,000 V. Generalmente son tipos de interior, se instalan en paneles verticales o en equipos de distribución extraíbles de interior, ampliamente aplicados en equipos de distribución de media y baja tensión para sistemas AC.

Interruptor de Circuito de Intercisión por Aire de Tipo Liso

La variante más simple presenta dos contactos en forma de cuerno. El arco inicialmente ocurre a través de la distancia más corta entre los cuernos y es constantemente impulsado hacia arriba por corrientes de convección del aire calentado por el arco y la interacción de campos magnéticos y eléctricos. Cuando los cuernos se separan completamente, el arco se extiende desde la punta a la punta, logrando alargamiento y enfriamiento.

La relativa lentitud del proceso y el riesgo de que el arco se extienda a componentes metálicos adyacentes limitan su aplicación a aproximadamente 500 V y circuitos de baja potencia.

Interruptor de Circuito de Intercisión por Aire de Tipo Soplado Magnético

Usado en circuitos con tensiones hasta 11 kV, la extinción del arco en algunos interruptores de circuito de aire se logra mediante un campo magnético de bobinas de soplado conectadas en serie con el circuito interrumpido. Estas bobinas mueven el arco hacia las cañerías, pero no extinguen el arco por sí mismas. En las cañerías, el arco se alarga, se enfría y se extingue. Los escudos de arco previenen la propagación del arco a redes adyacentes.

Polaridad, Cañerías de Arco y Detalles Operativos de Interruptores de Circuito de Intercisión por Aire
Importancia de la Polaridad de la Bobina

La polaridad correcta de la bobina es crucial para dirigir el arco hacia arriba, aprovechando las fuerzas electromagnéticas para mejorar el movimiento del arco. Este principio se vuelve más efectivo con corrientes de falla más altas, permitiendo que estos interruptores logren mayores capacidades de ruptura.

Funcionalidad de las Cañerías de Arco

Una cañería de arco es un dispositivo clave para la extinción de arcos en aire, desempeñando tres roles interrelacionados:

• Confinamiento del Arco: Restringe el arco a un espacio definido, evitando su propagación descontrolada.

• Control Magnético: Guía el movimiento del arco a través de campos magnéticos para facilitar su extinción dentro de la cañería.

• Enfriamiento Rápido: Desioniza los gases del arco mediante un enfriamiento intenso, asegurando la extinción del arco.

Diseño de Interruptor de Circuito de Intercisión por Aire con Cañería de Aire

Para circuitos de baja y media tensión, este interruptor presenta:

• Juegos de Contactos Doble:

• Contactos Principales: Basados en cobre, plateados con plata para baja resistencia, conduciendo la corriente normal en posición cerrada.

• Contactos de Arco (Auxiliares): Aleación de cobre resistente al calor, diseñada para soportar el arco durante la interrupción de fallas. Se cierran antes y se abren después de los contactos principales para protegerlos de daños.

• Mecanismo de Soplado: Insertos de acero en las cañerías de arco crean campos magnéticos que aceleran el movimiento ascendente del arco. Estas placas dividen el arco en una serie de arcos cortos, aumentando la caída total de tensión (caídas anódica + catódica) a través de los arcos. Si esta suma excede la tensión del sistema, el arco se extingue rápidamente.

• Acción de Enfriamiento: El contacto del arco con placas de acero frío enfría y desioniza el arco rápidamente, ayudado por fuerzas de soplado natural o magnético.

Principio de Funcionamiento

• Ocurrencia de Falla: Los contactos principales se separan primero, desplazando la corriente a los contactos de arco.

• Formación de Arco: Al separarse los contactos de arco, se genera un arco entre ellos.

• Movimiento del Arco: Las fuerzas electromagnéticas y térmicas dirigen el arco hacia arriba a lo largo de los conductores de arco.

• División y Extinción del Arco: El arco se divide por placas divisoras, se alarga, se enfría y se desioniza, llevando a su extinción.

Aplicaciones

• Auxiliares de Centrales Eléctricas y Plantas Industriales: Adecuado para entornos que requieren mitigación de riesgos de incendio/explosión.

• Sistemas DC: Utilizan alargamiento de arco, conductores y soplado magnético para interruptores de hasta 15 kV.

Limitación

• Ineficiencia en Corrientes Bajas: Las cañerías de arco son menos efectivas en corrientes bajas debido a campos electromagnéticos más débiles, causando un movimiento lento del arco hacia la cañería y potencialmente una interrupción retrasada.

Este diseño equilibra simplicidad y confiabilidad para aplicaciones de media/baja tensión, aunque su rendimiento varía con la magnitud de la corriente.