Diferències clau: Interruptors de vaciu IEEE vs IEC

Diferències entre els interruptors de vacuï en compliment amb la norma IEEE C37.04 i les normes IEC/GB

Els interruptors de vacuï dissenyats per complir la norma nord-americana IEEE C37.04 presenten diverses diferències clau en el disseny i la funcionalitat en comparació amb aquells que compleixen les normes IEC/GB. Aquestes diferències provenen principalment de les exigències de seguretat, mantenibilitat i integració del sistema en les pràctiques de quadres de distribució nord-americans.

1. Mecanisme lliure de trip (funció anti-pumping)

El mecanisme "lliure de trip" —funcionalment equivalent a una funció anti-pumping— assegura que si es dóna una senyal de trip mecànica (lliure de trip) i es manté abans de qualsevol ordre de tancament (elèctric o manual), l'interruptor no ha de tancar, ni tan sols momentàniament.

• Un cop s'ha iniciat una senyal de trip, els contactes mòbils han de tornar a la posició totalment oberta i mantenir-se-hi, independentment de les ordres de tancament continuades.

• Aquest mecanisme pot requerir la llavorada de l'energia emmagatzemada en la molla durant l'operació.

• No obstant això, el moviment dels contactes durant aquest procés no ha de reduir la separació dels contactes en més d'un 10%, ni comprometre la capacitat dielèctrica de la separació. Els contactes han de romandre en un estat totalment aïllat i obert.

• Tanto els interbloquejos elèctrics com els mecànics han de prevenir el tancament en aquestes condicions.

Mètodes d'implementació:

• Interbloqueig elèctric: Un electroím repeteix el tancament. Quan es preme el botó de trip (manual o elèctric), el microinterruptor 1 (mostrat a la Fig. 2) desenergetitza la bobina de tancament. Simultàniament, el pistó de l'electroím s'estén per bloquejar mecànicament el botó de tancament. A més, el microinterruptor 2 es tanca, inserint el seu contacte normalment obert en sèrie amb el circuit de la bobina de tancament, prevenint el tancament elèctric.

• Disseny mecànic alternatiu: Es pot premer el botó de tancament, però l'energia emmagatzemada a la molla es llavora a l'aire (és a dir, sense càrrega), en lloc de transmetre's al eix principal per tancar l'interrumpidor de vacuï. Això assegura la seguretat mentre permet l'acció mecànica sense tancament real.

2. Descàrrega automàtica de molla (ASD)

L'ASD (Auto Spring Discharge) és un requisit de seguretat crític segons les normes IEEE. Implica que l'interruptor no ha de trobar-se en un estat carregat (amb molla energitzada) quan es desplaça cap a dins o cap a fora del seu compartiment, ja sigui passant de la posició de prova a la de servei, o retirant-lo o introduint-lo al quadre de distribució.

• Això evita que el personal es vegi exposat a mecanismes de molla d'alta energia durant el manejament, eliminant el risc de llavorada accidental d'energia.

• Per tant, l'interruptor ha de ser obert i descarregat abans que comencin les operacions de desplaçament.

• S'ha d'incorporar un mecanisme d'alliberament automàtic d'energia dedicat per descarregar de manera segura l'energia emmagatzemada a la molla durant o abans de la retirada de la posició connectada.

• Si l'energia es llavora abans de la retirada, un interbloqueig elèctric addicional ha de prevenir la reenergització automàtica de la molla, assegurant que l'interruptor roman segur durant el manteniment.

Aquesta característica millora la seguretat del personal i s'ajusta als protocols de seguretat nord-americans per a quadres de distribució metàl·lics.

3. MOC – Indicador de posició dels contactes principals (C37.20.2-7.3.6)

En contrast amb els interruptors IEC/GB, on els commutadors auxiliars (p. ex., S5/S6) que indiquen la posició dels contactes principals són típicament muntats a l'interior de la carcassa del mecanisme d'operació de l'interruptor i són directament accionats pel eix principal mitjançant un enllaç (simple i fiable), les normes IEEE requereixen que els commutadors auxiliars de posició Obert/Tancat (MOC) estiguin muntats a l'interior del compartiment fix del quadre de distribució, no en l'interruptor mateix.

Propòsit d'aquest requisit:

• Permetre la prova del sistema secundari sense l'interruptor: Permet als tècnics simular la posició de l'interruptor (obert/tancat) utilitzant una sonda de prova o un simulador, permetent la verificació de relés de protecció, circuits de control i sistemes de senyalització, fins i tot quan l'interruptor està trepitjat del quadre.

• Suportar circuits auxiliars d'alta corrent: Alguns sistemes de control antics necessitaven senyalització d'alta corrent (p. ex., >5A), que els contactes de plugues secundaris estàndard (típicament classificats per cable de 1,5 mm²) no podien portar de manera fiable. Els commutadors MOC fixos permeten cablaments de major secció dins del compartiment.

Desafiaments de disseny:

• El eix principal de l'interruptor ha de pilotar el commutador MOC fix tant en la posició de prova com en la de servei.

• Un enllaç de pilotatge (muntat a la part superior, inferior o lateral) ha de transferir el moviment des de l'interruptor mòbil al commutador estacionari.

• Això requereix un acoblament mòbil en lloc d'una connexió rígida, augmentant la complexitat mecànica.

• Degut a les forces d'impacte elevades durant l'operació i les toleràncies d'alineació possibles, la fiabilitat i la resistència mecànica són crítiques.

• Les normes IEEE requereixen un mínim de 500 operacions mecàniques per als mecanismes MOC, però en la pràctica, haurien de coincidir amb la vida mecànica completa de l'interruptor (sovint 10.000 operacions).

• La massa addicional de l'enllaç pot afectar la velocitat de tancament i, especialment, la de tall, per tant, són essencials components lleugers i de baixa inèrcia per minimitzar l'impacte en el rendiment.

4. TOC – Indicador de posició de prova i connectat (C37.20.2-7.3.6)

En contrast amb els interruptors IEC/GB, on els indicadors de posició (p. ex., S8/S9) solen estar muntats en la caixa de l'interruptor i són accionats pel tornillo de desplaçament, les normes IEEE requereixen que els commutadors de posició de prova i connectat (TOC) estiguin fixats dins del compartiment del quadre de distribució.

• Aquests commutadors detecten i signalitzen la posició física del camió de l'interruptor: si està en la posició Connectat (Servei), de Prova o Desconnectat (Trepitjat).

• Estar fixats al compartiment assegura una indicació consistent i fiable independent de la condició interna de l'interruptor.

• Això suporta l'interbloqueig segur (p. ex., prevenir el tancament quan no està totalment connectat) i permet la monitorització remota de la posició de l'interruptor.

5. Indicador de desgast mecànic dels contactes per a interrumptors de vacuï

En contrast amb els interruptors de SF₆, els interrumptors de vacuï són unitats sel·lades amb contactes cara a cara i sense corns d'arc o contactes de pre-inserció. Tant la Interrupció de corrents de falla com les operacions mecàniques normals causen erosió i desgast dels contactes.

• El desgast dels contactes és el principal determinant de la vida elèctrica d'un interruptor de vacuï.

• Mentre que molts algoritmes estimen la vida elèctrica basant-se en el nombre d'operacions, nivells de corrent de curto-circuit i temps d'arc, aquests són en gran mesura teòrics o empírics.

• Degut a les variacions en la primera fase a aclarir, la fase de corrent i les diferències entre unitats individuals, la vida predicha sovint no coincideix precisament amb el desgast físic real.

• Hi ha un gap entre les prediccions basades en software i la degradació física real.

Per tant, el mercat nord-americà demana un indicador de desgast mecànic dels contactes integrat directament en l'interrumpidor de vacuï o en el mecanisme d'operació.

• Aquesta mostra visual o mecànica permet al personal de manteniment observar directament el grau de desgast dels contactes durant l'inspecció.

• Proporciona una mesura física fiable de la vida restant dels contactes, millorant el manteniment predictiu i assegurant la substitució oportuna abans de la falla.