Dispositivo Automático de Cierre para Interruptores de Baja Tensión Basado en Relés de Tiempo

Para garantizar una operación segura y estable de la red y prevenir que las sobrecargas de corriente dañen el equipo eléctrico durante la restauración del suministro, todas las cargas conectadas a los transformadores de distribución deben desconectarse antes de energizar.

Por lo tanto, los interruptores automáticos de baja tensión están equipados con una función de liberación por bajada de tensión: cuando un transformador se desenergiza debido a mantenimiento o fallas en la línea, la pérdida de tensión en el bus de baja tensión provoca que el interruptor automático de la rama se dispare automáticamente. Después de que el transformador se reenergiza, dado que los interruptores automáticos de baja tensión generalmente carecen de capacidad de recierre automático, los operadores deben cerrar manualmente el interruptor en el lugar para restaurar el suministro. Afectado por la ubicación del interruptor, el tráfico y las condiciones climáticas, esta operación manual toma considerable tiempo—un promedio de 33 minutos—resultando en interrupciones prolongadas y afectando severamente la confiabilidad del suministro eléctrico.

Para abordar este problema, se ha desarrollado un dispositivo de recierre automático para interruptores automáticos de baja tensión basado en un relé de tiempo. La salida de baja tensión del transformador suministra energía al bobinado del relé. Después de que el transformador se energiza, el bobinado del relé de tiempo se alimenta, y después de un retardo preestablecido, su contacto deslizante cierra brevemente el circuito de cierre, causando que el interruptor automático de baja tensión se recierre automáticamente. El retardo evita la corriente de inrush del transformador, asegurando la seguridad del equipo. A través de una lógica de control apropiada, se previene el recierre automático después de disparos por sobrecorriente o desconexión manual.

1. Requisitos de Diseño y Solución

De acuerdo con las regulaciones de operación de la red, se establecen requisitos de diseño específicos para el dispositivo de transferencia automática por bajada de tensión:

• Cuando el lado de alta tensión del transformador de distribución se desenergiza debido a mantenimiento o falla, el transformador pierde tensión y el interruptor automático de baja tensión se dispara mediante la liberación por bajada de tensión. Después de que el transformador se reenergiza, el interruptor se recierra automáticamente después de un retardo preestablecido.

• Si ocurre una falla aguas abajo del interruptor automático de baja tensión, el interruptor se dispara de manera confiable y no debe recerrarse automáticamente.

• Si el interruptor automático de baja tensión se abre manualmente, no debe recerrarse automáticamente.

Para cumplir con estos requisitos, se propone una solución confiable utilizando un relé de tiempo como núcleo de control, aprovechando sus características de retardo y contactos deslizantes para lograr el recierre automático. El modelo de relé de tiempo seleccionado es DS-28.

El relé de tiempo DS-28 utilizado en el dispositivo consta de un electroimán que acciona un mecanismo de temporización de relojería. El bobinado electromagnético se alimenta de la salida de baja tensión del transformador, suministrando un relé de tiempo continuamente energizado. El relé contiene un conjunto de contactos deslizantes retardados y un conjunto de contactos principales retardados (contactos de terminación). El cableado interno del relé de tiempo para el dispositivo de transferencia automática por bajada de tensión se muestra en la Figura 1. 

Para prevenir el sobrecalentamiento del bobinado por la alimentación prolongada, se agrega un resistor fusible térmico como resistor protector externo. En el diseño, los terminales 1 y 13–3 se utilizan como señales de activación conectadas al circuito de alimentación, mientras que los terminales 5 y 6, y 16–3 y 17, sirven como el contacto deslizante retardado y el contacto instantáneo normalmente cerrado, respectivamente. La Figura 2 muestra el diagrama de cableado del dispositivo de recierre automático basado en relé de tiempo para interruptores automáticos de baja tensión.

2.Estrategia de Control del Dispositivo de Transferencia Automática por Bajada de Tensión

2.1 Bajada de Tensión del Transformador

Cuando el transformador experimenta una bajada de tensión, el interruptor automático de baja tensión se dispara. Dado que el bus de baja tensión no está energizado, el relé de tiempo permanece en su estado inicial, con los contactos deslizantes retardados y los contactos principales retardados abiertos, mientras que los contactos instantáneos normalmente cerrados están cerrados.

Al restaurar la alimentación a la línea, la salida de baja tensión del transformador se energiza, suministrando energía al relé de tiempo. En este punto, los contactos instantáneos normalmente cerrados se abren, introduciendo un resistor divisor de tensión en el circuito del bobinado, causando que el electroimán se energice y mantenga un compromiso a largo plazo. El mecanismo de relojería comienza a funcionar, y el contacto móvil retardado comienza a moverse hacia la posición cerrada.

Después del retardo preestablecido (generalmente configurado entre 10 a 15 segundos mediante el dial de ajuste de tiempo en el panel del relé de tiempo para evitar la corriente de inrush del transformador), el contacto deslizante retardado se cierra brevemente y luego se vuelve a abrir. Esta acción simula presionar y liberar un botón de cierre manual, asegurando que el circuito de cierre no esté continuamente energizado, lo que podría impedir la desconexión manual o causar que el interruptor se cierre sobre un punto de falla.

Generalmente, los transformadores de distribución tienen capacidades de hasta 2000 kVA, y la duración de la corriente de inrush del transformador dura alrededor de 6 a 10 segundos. Para evitar el impacto de la corriente de inrush del transformador, el tiempo de retardo se configura entre 10 a 15 segundos durante la instalación, ajustando el dial de tiempo en el panel del relé de tiempo. El diagrama de cableado del circuito de cierre se muestra en la Figura 3.

El contacto principal (de terminación) se cierra después del contacto deslizante y se detiene en el mecanismo de parada mecánica. Mientras la salida de baja tensión del transformador permanezca energizada, el relé se mantendrá en este estado. Cuando la salida de baja tensión pierde tensión (es decir, el bobinado electromagnético se desenergiza), todos los contactos vuelven instantáneamente a sus posiciones originales.

2.2 Salto del Interruptor por Falla

Cuando ocurre una falla en la línea o el equipo aguas abajo del interruptor automático de baja tensión, el interruptor se dispara debido a la sobrecorriente. Dado que la salida de baja tensión del transformador permanece energizada, los contactos del relé se mantienen en sus posiciones actuales, asegurando que el interruptor no se recierre automáticamente.

2.3 Salto Manual

Cuando el interruptor automático de baja tensión se abre manualmente, la salida de baja tensión del transformador sigue energizada. Los contactos del relé permanecen sin cambios, y el circuito de cierre no se ve afectado por el relé de tiempo, evitando el cierre automático del interruptor.

3. Pruebas de Función del Dispositivo

Después de ensamblar el dispositivo de transferencia automática por bajada de tensión basado en relé de tiempo, se realizaron pruebas funcionales completas. Tras las pruebas exitosas, se estableció un procedimiento de instalación estandarizado y diagramas de cableado, acompañados de medidas de seguridad y técnicas detalladas. El dispositivo se instaló en 10 regiones. Después de seis meses de operación, el dispositivo operó de manera confiable y correcta durante tanto las interrupciones programadas por mantenimiento como las interrupciones causadas por fallas. El tiempo promedio de restauración del suministro disminuyó de 33 minutos antes de la instalación a 10–15 segundos.

Los resultados de las pruebas de campo confirman que el dispositivo de transferencia automática por bajada de tensión basado en relé de tiempo para interruptores automáticos de baja tensión cumple con todos los requisitos de diseño.

4. Conclusión

El dispositivo de transferencia automática por bajada de tensión para interruptores automáticos de baja tensión propuesto utiliza el contacto deslizante retardado del relé de tiempo para abordar una serie de problemas causados por la instalación de bobinas de liberación por bajada de tensión. Permite que los interruptores automáticos de baja tensión logren el recierre automático después de eventos de bajada de tensión. El dispositivo opera de manera confiable durante interrupciones normales de energía y permanece inactivo durante condiciones anormales. Con un principio simple, un cableado conveniente y un bajo costo, el dispositivo ha demostrado en pruebas de campo que restaura de manera segura y confiable el suministro de energía después de saltos por bajada de tensión, reduciendo el tiempo de cierre del interruptor de 33 minutos a 10–15 segundos. Esto mejora significativamente la eficiencia de la utilidad y la confiabilidad del suministro de energía, demostrando un alto valor práctico en aplicaciones reales.