Operación del Interruptor (Tiempo de Operación y de Salto)
La función principal de un interruptor de circuito es proporcionar la apertura y cierre de los contactos que llevan la corriente. Aunque parece muy simple, debemos recordar que un interruptor de circuito permanece en su posición cerrada durante la mayor parte de su vida útil. Muy ocasionalmente se requiere operar un interruptor de circuito para abrir y cerrar sus contactos.
Por lo tanto, la operación del interruptor de circuito debe ser muy confiable sin ningún retraso o lentitud. Para lograr esta confiabilidad, el mecanismo de operación del interruptor de circuito se vuelve más complejo de lo que se pensaba inicialmente.
La distancia de recorrido entre los contactos durante la apertura y cierre, y la velocidad de los contactos móviles durante la operación, son los parámetros más importantes a considerar durante el diseño de un interruptor de circuito.
El espacio entre contactos, la distancia de desplazamiento de los contactos móviles y su velocidad se determinan por los tipos de medio de extinción de arco, corriente y voltaje nominal del interruptor de circuito.
Una curva típica de características de operación del interruptor de circuito se muestra en el gráfico a continuación.
Aquí, en el gráfico, el eje X representa el tiempo en milisegundos y el eje Y representa la distancia en milímetros.
Supongamos que en el tiempo T0 comienza a fluir la corriente a través de la bobina de cierre. Después del tiempo T1, el contacto móvil comienza a moverse hacia el contacto fijo. En el tiempo T2, el contacto móvil toca el contacto fijo. En el tiempo T3, el contacto móvil llega a su posición cerrada. T3 – T2 es el período de sobrecarga de estos dos contactos (móvil y fijo). Después del tiempo T3, el contacto móvil rebota un poco y luego vuelve a su posición cerrada fija, después del tiempo T4.
Ahora pasamos a la operación de disparo. Supongamos que en el tiempo T5 comienza a fluir la corriente a través de la bobina de disparo del interruptor de circuito. En el tiempo T6, el contacto móvil comienza a moverse hacia atrás para abrir los contactos. Después del tiempo T7, el contacto móvil finalmente se separa del contacto fijo. El tiempo (T7 – T6) es el período de superposición.
Ahora, en el tiempo T8, el contacto móvil vuelve a su posición abierta final, pero aquí no estará en reposo ya que habrá alguna oscilación mecánica del contacto móvil antes de llegar a su posición final de reposo. En el tiempo T9, el contacto móvil finalmente llega a su posición de reposo. Esto es cierto tanto para los interruptores de circuito estándar como para los interruptores de circuito con control remoto.
Requisitos de Operación de Apertura del Interruptor de Circuito
Se desea que el interruptor de circuito esté en la posición abierta lo más rápido posible. Esto es debido a limitar la erosión de los contactos y para interrumpir la corriente defectuosa tan rápidamente como sea posible. Pero la distancia total de desplazamiento del contacto móvil no se determina solo por la necesidad de interrupción de la corriente defectuosa, sino también por el espacio necesario entre los contactos para soportar las tensiones dieléctricas normales y la tensión de impulso de rayo que aparece entre los contactos cuando el IC está en la posición abierta.
La necesidad de llevar la corriente continua y de resistir un período de arco en el interruptor de circuito, hace necesario usar dos conjuntos de contactos en paralelo: uno, el contacto primario, que siempre está hecho de materiales altamente conductivos como el cobre, y el otro, el contacto de arco, hecho de materiales resistentes al arco como el tungsteno o el molibdeno, que tiene una conductividad mucho menor que los contactos primarios.
Durante la apertura de la operación del interruptor de circuito, los contactos primarios se abren antes que los contactos de arco. Sin embargo, debido a la diferencia en la resistencia eléctrica y el inductor de las rutas eléctricas de los contactos primarios y de arco, se requiere un tiempo finito para lograr la conmutación total de la corriente, es decir, desde los contactos primarios o principales a la rama de los contactos de arco.
Así, cuando el contacto móvil comienza a moverse desde la posición cerrada a la abierta, el espacio entre los contactos aumenta gradualmente y, después de algún tiempo, se alcanza una posición crítica de contacto que indica el espacio mínimo de conducción requerido para prevenir la re-arqueo después del próximo cero de corriente.
El resto del recorrido es necesario solo para mantener la suficiente resistencia dieléctrica entre el espacio de los contactos y para propósitos de deceleración.
Requisitos de Operación de Cierre del Interruptor de Circuito
Durante la operación de cierre del interruptor de circuito, se requieren los siguientes aspectos,
El contacto móvil debe viajar hacia el contacto fijo a suficiente velocidad para prevenir el fenómeno de arco previo. A medida que se reduce el espacio entre los contactos, puede comenzar el arco antes de que los contactos se cierren finalmente.
Durante el cierre de los contactos, el medio entre los contactos se reemplaza, por lo que se debe suministrar suficiente potencia mecánica durante esta operación del interruptor de circuito para comprimir el medio dieléctrico en la cámara de arco.
Después de golpear el contacto fijo, el contacto móvil puede rebotar debido a la fuerza repulsiva, lo cual no es deseable. Por lo tanto, se debe suministrar suficiente energía mecánica para superar la fuerza repulsiva debido a la operación de cierre en caso de falla.
En el mecanismo de muelle-muelle, generalmente el muelle de disparo o apertura se carga durante la operación de cierre. Por lo tanto, también se debe suministrar suficiente energía mecánica para cargar el muelle de apertura.
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