Selección e axuste de interruptores: Unha guía completa dende os parámetros básicos ata a protección selectiva
Clasificación dos interruptores automáticos
(1) Interruptor automático de aire (ACB)
Un interruptor automático de aire, tamén coñecido como interruptor automático moldurado ou universal, alberga todos os compoñentes nun marco metálico aislado. É xeralmente de tipo aberto, permitindo a instalación de diversos accesorios, e facilita a substitución fácil de contactos e pezas. É comúnmente utilizado como o interruptor principal do suministro eléctrico. As unidades de desarme por sobrecorrente inclúen tipos electromagnéticos, electrónicos e inteligentes. O interruptor ofrece protección en catro etapas: retardo longo, retardo curto, instantáneo e protección contra fallos a terra. Cada configuración de protección pode ser axustada dentro dun rango baseado no tamaño do marco.
Os interruptores automáticos de aire son adecuados para corrente alternada de 50Hz, voltaxes nominais de 380V ou 660V, e correntes nominais de 200A a 6300A en redes de distribución. Son principalmente utilizados para distribuir enerxía eléctrica e protexer circuitos e equipos de potencia contra sobrecargas, subtensión, cortocircuitos, unha fase a terra e outros fallos. Estes interruptores ofrecen múltiples funcións de protección inteligente e permiten protección selectiva. En condicións normais, poden ser utilizados para o conmutado infrecuente de circuitos. Os ACBs con calificación ata 1250A poden ser utilizados en redes de 50Hz, 380V para protexer motores contra sobrecargas e cortocircuitos.
Os interruptores automáticos de aire tamén son comúnmente utilizados como interruptores principais no lado de 400V de transformadores, interruptores de barramento, interruptores de alimentación de gran capacidade e interruptores de control de motores grandes.
(2) Interruptor automático de carcasa moldeada (MCCB)
Tamén coñecido como interruptor automático enchufable, o interruptor automático de carcasa moldeada alberga terminais, contactos, cámaras de extinción de arcos, unidades de desarme e mecanismos de funcionamento dentro dunha carcasa de plástico. Os contactos auxiliares, as unidades de desarme por subtensión e as unidades de desarme paralelo son xeralmente modulares. A estrutura é compacta, e xeralmente non se considera a manutención. É adecuado para a protección de circuitos de ramal. Os interruptores de carcasa moldeada xeralmente inclúen unidades de desarme térmico-magnético, mentres que os modelos maiores poden estar equipados con sensores de desarme sólido-estado.
As unidades de desarme por sobrecorrente para MCCBs están dispoñibles en tipos electromagnéticos e electrónicos. Xeralmente, os MCCBs electromagnéticos son non selectivos e proporcionan soamente protección de retardo longo e instantánea. Os MCCBs electrónicos ofrecen catro funcións de protección: retardo longo, retardo curto, instantáneo e protección contra fallos a terra. Algúns MCCBs electrónicos novos tamén presentan interbloqueo selectivo por zonas.
Os interruptores automáticos de carcasa moldeada son xeralmente utilizados para o control e a protección de circuitos de alimentación, interruptores principais no lado de baixa tensión de pequenos transformadores de distribución, control de distribución de enerxía terminal e como interruptores de potencia para diversas máquinas de produción.
(3) Interruptor automático miniatura (MCB)
O interruptor automático miniatura é o dispositivo de protección terminal máis amplamente utilizado nos sistemas de distribución eléctrica terminal de edificios. Utilízase para protecer contra cortocircuitos, sobrecargas e sobretensión en circuitos monofásicos e trifásicos de ata 125A, e está dispoñible en configuracións de polo único (1P), dous polos (2P), tres polos (3P) e catro polos (4P).
Un MCB consiste nun mecanismo de funcionamento, contactos, dispositivos protectores (várias unidades de desarme), e un sistema de extinción de arcos. Os contactos principais pechan manualmente ou eléctricamente. Despois de pechar, un mecanismo de desarme libre bloquea os contactos na posición pechada. A bobina da unidade de desarme por sobrecorrente e o elemento térmico da unidade de desarme térmico están conectados en serie co circuito principal, mentres que a bobina da unidade de desarme por subtensión está conectada en paralelo coa fonte de alimentación.
No deseño eléctrico de edificios civís, os interruptores automáticos miniatura son principalmente utilizados para protección e operación, tales como sobrecarga, cortocircuito, sobrecorrente, perda de tensión, subtensión, aterramento, fuga, transferencia automática de dúas fontes de enerxía e arranque infrecuente de motores.
Parámetros Característicos Básicos dos Interruptores Automáticos
(1) Tensión Nominal de Funcionamento (Ue)
A tensión nominal de funcionamento é a tensión nominal do interruptor automático, baixo a cual o interruptor pode operar continuamente en condicións normais de servizo e rendemento especificadas.
En China, para niveis de tensión de ata 220kV, a máxima tensión de funcionamento é 1,15 veces a tensión nominal do sistema; para 330kV e superior, a máxima tensión de funcionamento é 1,1 veces a tensión nominal. O interruptor automático debe manter a aislación e ser capaz de pechar e interromper baixo a máxima tensión de funcionamento do sistema.
(2) Corrente Nominal (In)
A corrente nominal é a corrente que a unidade de desarme pode transportar continuamente a unha temperatura ambiente inferior a 40°C. Para interruptores con unidades de desarme axustables, refírese á máxima corrente que a unidade de desarme pode transportar continuamente.
Cando se usa a temperaturas ambiente superiores a 40°C pero non superiores a 60°C, o interruptor pode operar con carga reducida para servizo a longo prazo.
(3) Configuración de Corrente de Desarme por Sobrecarga (Ir)
Cando a corrente excede a configuración Ir da unidade de desarme, o interruptor automático desarma despois dun retardo. Tamén representa a máxima corrente que o interruptor pode transportar sen desarmarse. Este valor debe ser maior que a corrente máxima de carga Ib pero menor que a corrente máxima permisible Iz do circuito.
Para as unidades de desarme térmico-magnético, Ir xeralmente é axustable dentro de 0,7–1,0In. Para as unidades de desarme electrónicas, o rango de axuste é xeralmente máis amplo, xeralmente 0,4–1,0In. Para interruptores con unidades de desarme por sobrecorrente non axustables, Ir = In.
(4) Configuración de Corrente de Desarme por Cortocircuito (Im)
A unidade de desarme por cortocircuito (instantáneo ou de retardo curto) fai que o interruptor automático desarme rapidamente cando ocorren correntes de fallo elevadas. O seu limiar de desarme é Im.
(5) Corrente Nominal de Resistencia a Curtosexo (Icw)
Este é o valor de corrente permitido para pasar polo conductor durante un período especificado sen causar danos debido ao sobreaquecimento.
(6) Capacidade de Interrupción
A capacidade de interrupción dun interruptor automático refírese á súa capacidade de interromper seguramente correntes de fallo, que non está necesariamente relacionada coa súa corrente nominal. As clasificacións comúns inclúen 36kA e 50kA. Xeralmente está dividida en capacidade de interrupción de cortocircuito máxima (Icu) e capacidade de interrupción de cortocircuito de servizo (Ics).
Principios Xerais para a Selección de Interruptores Automáticos
Primeiro, seleccione o tipo e o número de polos segundo a aplicación; despois seleccione a corrente nominal segundo a corrente de funcionamento máxima; finalmente, elixe o tipo de unidade de desarme e accesorios. Os requisitos específicos son os seguintes:
A tensión nominal de funcionamento do interruptor automático ≥ tensión nominal da liña.
A capacidade nominal de pechar e interromper de cortocircuito do interruptor automático ≥ corrente de carga calculada da liña.
A capacidade nominal de pechar e interromper de cortocircuito do interruptor automático ≥ corrente de cortocircuito máxima posible na liña (xeralmente calculada como valor RMS).
Corrente de cortocircuito de unha fase a terra no final da liña ≥ 1,25 veces a configuración de desarme instantáneo (ou de retardo curto) do interruptor automático.
A tensión nominal da unidade de desarme por subtensión = tensión nominal da liña.
A tensión nominal da unidade de desarme paralelo = tensión da fonte de control.
A tensión nominal de funcionamento do mecanismo de funcionamento eléctrico = tensión da fonte de control.
Cando se utiliza en circuitos de iluminación, a configuración de desarme instantáneo da unidade de desarme electromagnética xeralmente é 6 veces a corrente de carga.
Cando se utiliza un interruptor automático para a protección de cortocircuito dun motor individual, a configuración de desarme instantáneo é 1,35 veces a corrente de arranque do motor (para a serie DW) ou 1,7 veces (para a serie DZ).
Cando se utiliza un interruptor automático para a protección de cortocircuito de varios motores, a configuración de desarme instantáneo é 1,3 veces a corrente de arranque do motor máis grande máis as correntes de funcionamento dos restantes motores.
Cando se utiliza un interruptor automático como interruptor principal no lado de baixa tensión dun transformador de distribución, a súa capacidade de interrupción debe superar a corrente de cortocircuito no lado de baixa tensión do transformador. A corrente nominal da unidade de desarme non debe ser inferior á corrente nominal do transformador. A configuración de protección de cortocircuito xeralmente é 6–10 veces a corrente nominal do transformador; a configuración de protección de sobrecarga é igual á corrente nominal do transformador.
Despois de seleccionar preliminarmente o tipo e a clasificación do interruptor automático, é necesario a coordinación coas disposicións protectoras upstream e downstream para evitar o desarme en cascada e minimizar o alcance do accidente.
Selectividade dos Interruptores Automáticos
Nos sistemas de distribución, os interruptores automáticos clasificanse como selectivos ou non selectivos segundo o rendemento de protección. Os interruptores automáticos de baixa tensión selectivos teñen protección de dúas etapas ou tres etapas. As características instantáneas e de retardo curto usanse para a protección de cortocircuito, mentres que as características de retardo longo usanse para a protección de sobrecarga. Os interruptores non selectivos son xeralmente instantáneos, usados só para a protección de cortocircuito, ou de retardo longo, usados só para a protección de sobrecarga.
Nos sistemas de distribución, se o interruptor upstream é selectivo e o interruptor downstream é non selectivo ou selectivo, a selectividade lográselle utilizando o retardo da unidade de desarme de retardo curto ou diferenzas nas configuracións de retardo. Cando o interruptor upstream opera con retardo, considérase o seguinte:
Independientemente de que o interruptor downstream sexa selectivo ou non selectivo, a configuración de desarme por sobrecorrente instantáneo do interruptor upstream xeralmente non debe ser inferior a 1,1 veces a corrente de cortocircuito trifásica máxima no punto de saída do interruptor downstream.
Se o interruptor downstream é non selectivo, para evitar que a unidade de desarme por sobrecorrente de retardo curto do interruptor upstream opere primeiro debido á insuficiente sensibilidade da unidade de desarme instantáneo do interruptor downstream durante un cortocircuito, a configuración de desarme por sobrecorrente de retardo curto do interruptor upstream xeralmente non debe ser inferior a 1,2 veces a da unidade de desarme instantáneo do interruptor downstream.
Se o interruptor downstream tamén é selectivo, para asegurar a selectividade, o tempo de operación de retardo curto do interruptor upstream debe ser polo menos 0,1 segundos máis longo que o do interruptor downstream.
Xeralmente, para asegurar a operación selectiva entre interruptores automáticos de baixa tensión upstream e downstream, o interruptor upstream debe ter preferentemente unha unidade de desarme por sobrecorrente de retardo curto, e a súa corrente de operación debe ser polo menos un nivel superior á da unidade de desarme downstream. Como mínimo, a corrente de operación Iop.1 debe ser polo menos 1,2 veces a corrente de operación Iop.2, é dicir, Iop.1 ≥ 1,2Iop.2.
Protección en Cascada de Interruptores Automáticos
No deseño de sistemas de distribución, a coordinación entre interruptores automáticos upstream e downstream debe lograr "selectividade, velocidade e sensibilidade". A selectividade relacionase coa coordinación entre interruptores, mentres que a velocidade e a sensibilidade asociáronse coas características do dispositivo protector e o modo de funcionamento do circuito.
A adecuada coordinación entre interruptores upstream e downstream permite a isolación selectiva do circuito defectuoso, asegurando a continuidade do funcionamento normal dos demais circuitos non defectuosos. Unha mala coordinación afecta a fiabilidade do sistema.
A protección en cascada é unha aplicación práctica das características limitadoras de corrente dos interruptores automáticos. O seu principio principal é utilizar o efecto limitador de corrente do interruptor upstream (QF1), que permite a selección dun interruptor downstream (QF2) con menor capacidade de interrupción, reducindo así o custo. O interruptor upstream QF1, limitador de corrente, pode interromper a corrente de cortocircuito máxima prevista no seu punto de instalación. Como os interruptores upstream e downstream están conectados en serie, cando ocorre un cortocircuito na saída do interruptor downstream QF2, a corrente de cortocircuito real diminúese significativamente debido ao efecto limitador de corrente de QF1, ben por debaixo da corrente de cortocircuito prevista nese punto. Así, a capacidade de interrupción de QF2 é eficazmente mellorada por QF1, superando a súa capacidade de interrupción nominal.
A protección en cascada ten certas condicións: por exemplo, os circuitos adxacentes non deben ter cargas críticas (xa que o desarme de QF1 tamén desenerxizaría o circuito de QF3), e as configuracións instantáneas de QF1 e QF2 deben estar correctamente adaptadas. Os datos en cascada só poden determinarse experimentalmente, e a coordinación entre interruptores upstream e downstream debe proporcionarse polo fabricante.
Sensibilidade dos Interruptores Automáticos
Para asegurar o funcionamento fiable da unidade de desarme por sobrecorrente instantáneo ou de retardo curto baixo as condicións mínimas de funcionamento do sistema e durante o fallo de cortocircuito máis leve dentro do seu rango de protección, a sensibilidade do interruptor automático debe cumprir os requisitos do "Código de Deseño de Distribución Eléctrica de Baixa Tensión" (GB50054-95), que especifica unha sensibilidade de polo menos 1,3, é dicir, Sp = Ik.min / Iop ≥ 1,3. Aquí, Iop é a corrente de operación da unidade de desarme por sobrecorrente instantáneo ou de retardo curto, Ik.min é a corrente de cortocircuito de unha fase ou dúas fases no final da liña protegida baixo as condicións mínimas de funcionamento do sistema, e Sp é a sensibilidade do interruptor automático.
Ao seleccionar un interruptor automático, tamén debe verificarse a súa sensibilidade. Para interruptores selectivos con unidades de desarme por sobrecorrente de retardo curto e instantáneo, só é necesario comprobar a sensibilidade da unidade de desarme de retardo curto; a sensibilidade da unidade de desarme instantáneo non require verificación.
Selección e Configuración das Unidades de Desarme de los Interruptores Automáticos
(1) Configuración de la Corriente de Operación de la Unidad de Desarme por Sobrecorrente Instantáneo
Algunos equipos eléctricos protegidos por el interruptor automático tienen corrientes pico elevadas durante el arranque, varias veces la corriente nominal, lo que hace que el interruptor experimente brevemente corrientes pico elevadas. La corriente de operación Iop(o) de la unidad de desarme por sobrecorrente instantáneo debe superar la corriente pico del circuito Ipk, es decir, Iop(o) ≥ Krel·Ipk, donde Krel es el factor de confiabilidad. Al seleccionar un interruptor automático, asegúrese de que su configuración de desarme por sobrecorrente instantáneo supere la corriente pico para evitar desconexiones innecesarias.
(2) Configuración de la Corriente de Operación y Tiempo de la Unidad de Desarme por Sobrecorrente de Retardo Curto
La corriente de operación Iop(s) de la unidad de desarme por sobrecorrente de retardo curto también debe superar la corriente pico del circuito Ipk, es decir, Iop(s) ≥ Krel·Ipk, donde Krel es el factor de confiabilidad. Los tiempos de desarme de retardo curto son generalmente 0,2s, 0,4s o 0,6s, determinados según la selectividad con los dispositivos de protección upstream y downstream, asegurando que el dispositivo upstream opere más tarde que el downstream por un paso de tiempo.
(3) Configuración de la Corriente de Operación y Tiempo de la Unidad de Desarme por Sobrecorrente de Retardo Largo
La unidad de desarme por sobrecorrente de retardo largo se utiliza principalmente para la protección contra sobrecargas. Su corriente de operación Iop(l) solo necesita superar la corriente máxima de carga del circuito (corriente calculada I30), es decir, Iop(l) ≥ Krel·I30, donde Krel es el factor de confiabilidad. El tiempo de operación debe superar la duración de las sobrecargas a corto plazo permitidas para evitar desconexiones innecesarias.
(4) Requisitos de Coordinación Entre la Corriente de Operación de la Unidad de Desarme por Sobrecorrente y el Circuito Protegido
Para prevenir daños en la aislación o incendios debido a sobrecargas o cortocircuitos sin que el interruptor automático se desconecte, la corriente de operación Iop de la unidad de desarme por sobrecorrente debe satisfacer la condición: Iop ≤ Kol·Ial. Aquí, Ial es la capacidad de conducción permitida del cable aislado; Kol es el factor de sobrecarga a corto plazo permitido—generalmente 4,5 para las unidades de desarme instantáneo y de retardo curto, 1,1 para las unidades de desarme de retardo largo utilizadas para la protección de cortocircuitos, y 1,0 cuando se utilizan solo para la protección contra sobrecargas. Si este requisito de coordinación no se cumple, la configuración de la unidad de desarme debe ajustarse, o se debe aumentar adecuadamente la sección del conductor o del cable.
