Clasificación del Interruptor | Corriente de Interrupción y Conexión en Cortocircuito
La clasificación de un interruptor automático incluye:
Corriente de corte de cortocircuito nominal.
Corriente de conexión de cortocircuito nominal.
Secuencia operativa nominal del interruptor automático.
Corriente de corta duración nominal.
Corriente de corte de cortocircuito del interruptor automático
Esta es la corriente máxima de cortocircuito que un interruptor automático (IA) puede soportar antes de ser finalmente despejado al abrir sus contactos.
Cuando una corriente de cortocircuito fluye a través de un interruptor automático, habrá tensiones térmicas y mecánicas en las partes conductoras del interruptor. Si el área de contacto y la sección transversal de las partes conductoras del interruptor automático no son suficientemente grandes, puede haber posibilidad de daño permanente en la aislación, así como en las partes conductoras del IA.
Según la ley de Joule sobre el calentamiento, el aumento de temperatura es directamente proporcional al cuadrado de la corriente de cortocircuito, la resistencia de contacto y la duración de la corriente de cortocircuito. La corriente de cortocircuito continúa fluyendo a través del interruptor automático hasta que el cortocircuito es despejado por la operación de apertura del interruptor automático.
Como la tensión térmica en el interruptor automático es proporcional al período de cortocircuito, la capacidad de corte del interruptor automático eléctrico depende del tiempo de operación. A 160oC, el aluminio se vuelve blando y pierde su resistencia mecánica, esta temperatura puede considerarse como el límite del aumento de temperatura de los contactos del interruptor durante el cortocircuito.
Por lo tanto, la capacidad de corte de cortocircuito o corriente de corte de cortocircuito del interruptor automático se define como la corriente máxima que puede fluir a través del interruptor desde el momento en que ocurre el cortocircuito hasta el momento de despejar el cortocircuito sin ningún daño permanente en el IA.
El valor de la corriente de corte de cortocircuito se expresa en RMS.
Durante el cortocircuito, el IA no solo está sometido a tensión térmica, sino que también sufre seriamente de tensiones mecánicas. Por lo tanto, al determinar la capacidad de cortocircuito, también se considera la resistencia mecánica del IA.
Por lo tanto, para elegir un interruptor automático adecuado, es obvio determinar el nivel de falla en ese punto del sistema donde se instalará el IA. Una vez determinado el nivel de falla de cualquier parte de la transmisión eléctrica, es fácil elegir el interruptor automático con la clasificación correcta para esa parte de la red.
Capacidad nominal de conexión de cortocircuito
La capacidad de conexión de cortocircuito del interruptor automático se expresa en valor pico, no en valor eficaz como la capacidad de corte. Teóricamente, en el instante de la ocurrencia de un fallo en un sistema, la corriente de fallo puede aumentar al doble de su nivel de fallo simétrico.
En el instante de conectar un interruptor automático en condiciones de fallo, la parte de cortocircuito del sistema conectada a la fuente. El primer ciclo de la corriente durante el cierre del circuito por el interruptor automático tiene la amplitud máxima. Esto es aproximadamente el doble de la amplitud de la forma de onda de la corriente de fallo 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 fallo. Basándose en este fenómeno mencionado, un interruptor seleccionado debe tener una capacidad de conexión de cortocircuito nominal.
Dado que la corriente de conexión de cortocircuito nominal del interruptor automático se expresa en valor pico máximo, siempre es mayor que la corriente de corte de cortocircuito nominal del interruptor automático. El valor normal de la corriente de conexión de cortocircuito es 2.5 veces más que la corriente de corte de cortocircuito. Esto se aplica tanto para el interruptor automático estándar como para el de control remoto.
Secuencia operativa nominal o ciclo de trabajo del interruptor automático
Este es el requisito de resistencia mecánica del mecanismo de operación del interruptor automático. La secuencia de la tarea operativa nominal de un interruptor automático se ha especificado como:
Donde, O indica la operación de apertura del IA.
CO representa el tiempo de operación de cierre, que inmediatamente se sigue de 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 el calentamiento excesivo de las partes conductoras del interruptor automático. t = 0.3 seg para el interruptor automático destinado a la primera reconexión automática, si no se especifica lo contrario.
Supongamos que el ciclo de trabajo nominal de un interruptor automático es:
Esto significa que una operación de apertura del interruptor automático se sigue de una operación de cierre después de un intervalo de 0.3 segundos, y luego el interruptor automático vuelve a abrir sin ningún retraso intencional. Después de esta operación de apertura, el IA se cierra nuevamente después de 3 minutos y luego se desconecta instantáneamente sin ningún retraso intencional.
Corriente de corta duración nominal
Esta es la corriente límite que un interruptor automático puede transportar de manera segura durante un tiempo específico sin ningún daño. Los interruptores automáticos no eliminan la corriente de cortocircuito tan pronto como ocurre un fallo en el sistema. Siempre hay algunos retrasos intencionados y no intencionados presentes entre el instante de ocurrencia del fallo y el instante de eliminación del fallo por el IA.
Este retraso se debe al tiempo de operación de los relés de protección, el tiempo de operación del interruptor automático y también puede haber algún retraso intencionado impuesto en el relé para la coordinación adecuada de la protección del sistema de potencia. Incluso si un interruptor automático falla en desconectarse, el fallo será eliminado por el siguiente interruptor automático posicionado más alto.
En este caso, el tiempo de eliminación del fallo es más largo. Por lo tanto, después del fallo, un interruptor automático debe transportar la corriente de cortocircuito durante cierto tiempo. La suma de todos los retrasos no debe ser superior a 3 segundos; por lo tanto, un interruptor automático debe ser capaz de transportar la corriente máxima de fallo durante al menos este breve período de tiempo.
La corriente de cortocircuito puede tener dos efectos principales dentro de un interruptor automático.
Debido a la alta corriente eléctrica, puede haber una alta tensión térmica en la aislación y las partes conductoras del IA.
La alta corriente de cortocircuito, produce tensiones mecánicas significativas en las diferentes partes conductoras del interruptor automático.
Un interruptor automático está diseñado para soportar estas tensiones. Pero ningún interruptor automático debe transportar una corriente de cortocircuito no mayor que la corriente durante un período especificado. La corriente de corta duración nominal de un interruptor automático es al menos igual a la corriente de corte de cortocircuito nominal del interruptor automático.
Voltaje nominal del interruptor automático
El voltaje nominal del interruptor automático depende de su sistema de aislamiento. Para sistemas por debajo de 400 kV, el interruptor automático 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 automático debe ser capaz de soportar un 5% por encima del voltaje normal del sistema.
Eso significa que el voltaje nominal del interruptor automático corresponde al voltaje más alto del sistema. Esto se debe a que, durante la condición de carga nula o pequeña, el nivel de voltaje del sistema de potencia se permite subir hasta el voltaje nominal más alto del sistema.
Un interruptor automático también está sujeto a otras dos condiciones de alto voltaje.
Desconexión súbita de una gran carga por cualquier otra causa, el voltaje impuesto en el IA y también entre los contactos cuando el IA está abierto, puede ser muy alto en comparación con el voltaje más alto del sistema. Este voltaje puede ser de frecuencia de red, pero no permanece durante mucho tiempo ya que esta situación de alto voltaje debe ser eliminada por el equipo de protección de conmutación.
Pero un interruptor automático puede tener que soportar este voltaje de frecuencia de red durante su vida útil normal.
El Interruptor Automático debe estar clasificado para soportar el voltaje de frecuencia de red durante un tiempo específico. Generalmente, el tiempo es de 60 segundos. Hacer que la capacidad de soporte de voltaje de frecuencia de red sea superior a 60 segundos no es económico y no es deseable en la práctica, ya que todas las situaciones anormales del sistema de potencia eléctrica se eliminan definitivamente en un período mucho menor que 60 segundos.Al igual que otros aparatos conectados al sistema de potencia, un interruptor automático también puede enfrentar impulsos de rayo y de conmutación durante su vida útil.
El sistema de aislamiento del IA y la brecha de contacto de un IA abierto deben soportar estas formas de onda de voltaje de impulso, cuya amplitud es muy alta pero extremadamente transitoria. Por lo tanto, un interruptor automático está diseñado para soportar este voltaje de impulso pico durante un rango de microsegundos solamente.
