Dispositivo de Cierre Automático para Interruptores de Baixa Tensión Baseado en Reles de Tempo

Para asegurar un funcionamiento seguro y estable de la red e impedir que las sobrecargas de corriente dañen el equipo eléctrico durante la restauración del suministro, todos os cargas conectadas a los transformadores de distribución deben desconectarse antes de energizar.

Por lo tanto, se equipan los interruptores automáticos de baja tensión con una función de liberación por subtensión: cuando un transformador se desenergiza debido a mantenimiento o fallos en la línea, la pérdida de tensión en el bus de baja tensión causa que el interruptor automático de la rama se dispare automáticamente. Después de reenergizar el transformador, dado que los interruptores automáticos de baja tensión generalmente carecen de capacidad de recierre automático, los operadores deben cerrar manualmente el interruptor in situ para restablecer el suministro. Afectado por la ubicación del interruptor, el tráfico y las condiciones meteorológicas, esta operación manual lleva considerable tiempo—un promedio de 33 minutos—resultando en interrupciones prolongadas y afectando severamente la fiabilidad 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 alimenta la bobina del relé. Después de energizar el transformador, la bobina del relé de tiempo se alimenta, y tras 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, garantizando la seguridad del equipo. A través de una lógica de control apropiada, se previene el recierre automático después de salidas 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 subtensión:

• Cuando el lado de alta tensión del transformador de distribución se desenergiza debido a mantenimiento o fallo, el transformador pierde tensión y el interruptor automático de baja tensión se dispara mediante la liberación por subtensión. Después de reenergizar el transformador, el interruptor se recierra automáticamente tras un retardo preestablecido.

• Si ocurre un fallo a continuación del interruptor automático de baja tensión, el interruptor debe dispararse de forma fiable y no debe recerrarse automáticamente.

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

Para cumplir estos requisitos, se propone una solución fiable 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. La bobina electromagnética se alimenta de la salida de baja tensión del transformador, suministrando un relé de tiempo energizado de forma continua. El relé contiene un conjunto de contactos deslizantes retardados y un conjunto de contactos principales retardados (contactos de finalización). El diagrama de cableado interno del relé de tiempo para el dispositivo de transferencia automática por subtensión se muestra en la Figura 1. 

Para evitar el quemado de la bobina por una alimentación prolongada, se añade un resistor fusible térmico como resistor protector externo. En el diseño, se utilizan los terminales 1 y 13–3 como señales de activación conectadas al circuito de potencia, mientras que los terminales 5 y 6, y 16–3 y 17, sirven como contacto deslizante retardado y 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 subtensión

2.1 Subtensión del transformador

Cuando el transformador experimenta subtensión, 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 restablecerse la alimentación en 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 de la bobina, causando que el electroimán se energice y mantenga un acoplamiento 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 ajustado 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 energizado de forma continua, lo que podría impedir la desconexión manual o causar que el interruptor automático se cierre en un punto de fallo.

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 ajusta a 10 a 15 segundos durante la instalación mediante el dial de ajuste 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 finalización) 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 pierda tensión (es decir, la bobina electromagnética se desenergiza), todos los contactos vuelven instantáneamente a sus posiciones originales.

2.2 Salida del interruptor debido a un fallo

Cuando ocurre un fallo en la línea o el equipo a continuación del interruptor automático de baja tensión, el interruptor se dispara debido a sobrecorriente. Dado que la salida de baja tensión del transformador sigue energizada, los contactos del relé permanecen en sus posiciones actuales, asegurando que el interruptor no se recierre automáticamente.

2.3 Salida 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, impidiendo el cierre automático del interruptor.

3. Pruebas de funcionalidad del dispositivo

Después de ensamblar el dispositivo de transferencia automática por subtensión basado en relé de tiempo, se realizaron pruebas funcionales comprehensivas. 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 funcionó de manera fiable y correcta durante tanto las interrupciones programadas como las inducidas por fallos. El tiempo medio de restablecimiento 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 subtensión 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 subtensión propuesto para interruptores automáticos de baja tensión utiliza el contacto deslizante retardado del relé de tiempo para abordar una serie de problemas causados por la instalación de bobinas de liberación por subtensión. Permite que los interruptores automáticos de baja tensión logren el recierre automático después de eventos de subtensión. El dispositivo opera de manera fiable durante interrupciones normales del suministro y permanece inactivo durante condiciones anormales. Con un principio simple, un cableado conveniente y un bajo coste, el dispositivo ha demostrado en pruebas de campo que puede restaurar el suministro de forma segura y fiable después de salidas por subtensión, reduciendo el tiempo de cierre del interruptor de 33 minutos a 10–15 segundos. Esto mejora significativamente la eficiencia de la empresa de servicios públicos y la fiabilidad del suministro eléctrico, demostrando un alto valor práctico en aplicaciones reales.