Transparencias Interruptores MT 2

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    20-Jan-2016

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  • INTERRUPTORES AUTOMATICOS DE MEDIA TENSION

  • Temario1 Introduccin2 Fundamentos del arco elctrico y la interrupcin de corrientes alternas3 Las tcnicas de corte4 Especificaciones tcnicas de interruptores automticos5 Planillas de datos tcnicos garantizados6 Accesorios

  • 1.- IntroduccinInterrumpir la corriente es una accin indispensable que hay que realizar en un circuito elctrico, para garantizar la seguridad de las personas y de los bienes en caso de fallo y tambin para controlar la distribucin y la utilizacin de la energa elctrica.Igualmente resulta necesario poderla restablecer en diversas situaciones normales o de defecto.

  • Las corrientes a interrumpir pueden clasificarse en tres categoras:Intensidad de cargaIntensidad de sobrecargaIntensidad de cortocircuito

    Nos concentraremos en los Interruptores automticos, que son los nicos dispositivos capaces de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales y anormales.Definiremos un Interruptor automtico como un dispositivo de conexin mecnica, capaz de establecer, conducir e interrumpir corrientes en las condiciones normales del circuito y tambin capaz de establecer, conducir durante un tiempo especificado e interrumpir corrientes en condiciones anormales especificadas del circuito tales como aquellas de cortocircuito.

  • 2.- Arco elctrico e interrupcin de corrientes alternasExisten dos formas bsicas para lograr la interrupcin de la corriente elctrica:anulando la diferencia de potencial que provoca la circulacin de dicha corrienteproduciendo una apertura o discontinuidad en el circuito. Esta ltima forma es la ms utilizada y la que estudiaremos a continuacin

  • 2.1 Teora bsica de la descarga elctricaPrincipio de conduccin en vapores metlicos o gases: presencia de portadores de carga positivos y negativos, cuya produccin, movimiento y absorcin final constituye el medio de conducir la corriente elctrica entre electrodos.DV entre electrodos: iones hacia el ctodo y electrones hacia el nodo.Cuando las cargas mviles inciden sobre los electrodos, ceden su carga, estableciendo por ello una circulacin de corriente en el medio gaseoso.Si los portadores que ceden su carga son reemplazados continuamente, el flujo de corriente puede ser continuoEl reemplazo puede producirse por procesos de ionizacin como ser emisin fotoelctrica o termoinica.

  • La descarga puede ser no auto sostenida o auto sostenida dependiendo de si se requiere o no un medio exterior de excitacin, y esto depende del nivel de voltaje aplicado entre los electrodos.

    Descarga no auto sostenida: los portadores son tomados por los electrodos a la misma velocidad que son producidos, alcanzando un valor estable de saturacin de corriente.

    Descarga auto sostenida: cuando el potencial entre los electrodos alcanza el valor para que la ionizacin se produzca libremente, los iones positivos pueden incidir sobre el ctodo con una fuerza suficiente para eyectar el nmero de electrones necesarios para mantener la descarga.

  • 2.2 El arco elctricoEl arco elctrico es una descarga auto sostenida que presenta una cada de tensin baja y que es capaz de sostener corrientes elevadas, actuando como una resistencia no lineal.

    Se producen enEl aire, a presin atmosfrica o en el vaco, A altas o bajas presionesEn una gran variedad de gases y vapores metlicos.

    Los gases y vapores que sirven como conductores del arco son originados parcialmente a partir del material de los electrodos, parcialmente del ambiente donde ste se desarrolla y de los productos de la reaccin.

  • Caractersticas del arco:Se encuentra siempre a muy altas temperaturasComportamiento de resistenciaFcilmente influenciado por campos magnticos y por la accin de fluidos a alta presin.Puede ser tratado como un gas caliente que cumple con las leyes de conservacin de masa, momento y energa por lo que su conductividad elctrica, conductividad trmica y composicin gaseosa son controladas esencialmente por la temperatura.Energa disipada por el arco durante la interrupcin:

  • 2.3 El arco en corriente alternaEn un arco estable, aumenta I, entonces aumenta T, se promueve la ionizacin y Rarc disminuye.Si la corriente decrece, se produce el fenmeno inverso; el arco colapsa un corto tiempo antes de que se produzca el cero natural de la corriente. El mismo se reencender en el siguiente ciclo con la corriente en sentido contrario, siempre y cuando las condiciones ambientales lo permitan. El tiempo de transicin, (tiempo de i=0), depende del medio y del circuito externo.El colapso de corriente es acompaado por un incremento de tensinDurante este perodo sin corriente, el arco es parcialmente desionizado debido a las prdidas de calor, por lo que el campo elctrico necesario para reencenderlo ser mayor que el suficiente para mantenerlo. El tiempo de corriente cero es funcin de la velocidad con la que se incrementa la tensin del circuito en el comienzo de cada semiciclo y de la velocidad con la que se produce el proceso de desionizacin.

  • 2.4 Interrupcin en corriente alterna

    El proceso de interrupcin est constituido por tres perodos:el perodo de esperael perodo de extincinel perodo de post-arco

    Perodo de espera:Se produce la separacin de los contactos provocando la ruptura dielctrica del medio nter contactos y generndose el arco elctrico El arco se auto mantiene por la energa que l mismo disipa por efecto JouleAparece la tensin de arco Ua entre los contactos, la cual est influenciada por la intensidad de la corriente y por los intercambios trmicos con el entorno

  • Perodo de extincin:Cerca del cero de corriente, la Rarc aumenta segn una curva que depende principalmente de la constante de tiempo de desionizacin del medio nter contactos.Si la energa disipada por efecto Joule sobrepasa la potencia de enfriamiento caracterstica del dispositivo, el medio no se sigue enfriando, se produce un embalamiento trmico seguido de una nueva ruptura dielctrica: es una ruptura trmicaPerodo post arco:Para que la interrupcin tenga xito, tambin es necesario que la velocidad de regeneracin dielctrica sea ms rpida que la tensin transitoria de restablecimiento TTR , de otro modo aparecer una perforacin dielctrica.Las rupturas dielctricas post corte pueden ser: Reencendidos si tienen lugar en el cuarto perodo que sigue al cero de corriente o Recebados si se producen despus

  • Interrupcin de corrientes inductivasCuando la corriente se hace 0 la tensin es mxima: situacin muy favorable para los reencendidosCuando el arco se extingue, la energa electromagntica almacenada en la inductancia es transformada en energa electrosttica en la capacidad que exista en el circuito y viceversa, con una serie de oscilaciones amortiguadas por la presencia de resistencia en el circuito, a una frecuencia en general muy superior a la del circuito de potencia. Este proceso dificulta la interrupcin, ya que el crecimiento del poder dielctrico debe ahora compensar un voltaje con elevada velocidad de crecimiento. Adems, deber soportar la sobretensin de oscilacin. Problemas para cortes de corrientes inductivas pequeas: arranque de corrienteReencendidos a la apertura

  • Aplicacin:No es lo ms comn en maniobras en las redes de MTCorrientes magnetizantes de trafos en vaco o poco cargadosInductancias shuntComando de motores.

  • Interrupcin de corrientes capacitivasLas condiciones del circuito son totalmente favorables en el momento de la interrupcin, debido a que la tensin que aparece entre los electrodos crece a muy baja velocidad, quedando el capacitor cargado prcticamente a su mxima tensin. Medio ciclo ms tarde, la tensin sobre los electrodos es duplicada, siendo la suma algebraica de la de carga ms la mxima del sistema, sin embargo ha existido un largo perodo en general suficiente para que se recupere el poder dielctrico, evitando la presencia de recebados. Riesgo de recebado y de una posterior escalada de tensinmbito de aplicacin:Cables en vacoLneas areas largasCondensadores en MT

  • 3.- Las tcnicas de corteLos Interruptores automticos pueden utilizar diversos medios de corte:el aireel aceiteel vacoSF6

    En MT, el corte en aire o en aceite tiende a desaparecer, no as el corte en vaco en el SF6.

  • 3.1 El medio de corteComo se ha explicado, la interrupcin tiene xito cuando:la potencia disipada en el arco por efecto Joule permanece inferior a la potencia de enfriamiento del dispositivola velocidad de desionizacin del medio es grandeel espacio interconectactos tiene una resistencia dielctrica suficiente.Por ende, el medio debe cumplir con los siguientes requerimientos:tener una conductividad trmica importante, especialmente en la fase de extincin, para evacuar la energa trmica del arcovolver a alcanzar sus propiedades dielctricas lo ms rpidamente posible a fin de evitar un reencendido intempestivoa temperatura elevada, ser un buen conductor elctrico para reducir la resistividad del arco y por tanto la energa a disipara temperaturas ms bajas, ser un buen aislante elctrico para facilitar el restablecimiento de la tensin

  • 3.2 El corte en aireLos dispositivos que utilizan el corte en el aire a la presin atmosfrica fueron los primeros en utilizarse Para ellos hace falta disponer de una potencia de enfriamiento suficiente y de una tensin de arco elevada despus del paso por cero de corriente para evitar el embalamiento El principio fundamental consiste en mantener el arco suficientemente corto, tanto ms cuanto ms importante es la intensidad, para limitar la energa disipada y despus alargarlo solamente cuando se acerca el cero de corriente Principales caractersticas:Dimensin de la cmara de corte definida principalmente por la Pcc de la redEnergas de mando de algunos centenares de Joules.

  • mbito de aplicacin:Tensiones inferiores a 24kV.Para tensiones superiores, se emplea el aire comprimido El corte en aire en MT presenta las siguientes desventajas volumen ocupadopoder de corte influenciado por la presencia de las envolturas metlicas de la celda que contiene el dispositivo y por la humedad del airecosto y ruido.

    Los Interruptores automticos de MT con corte en aire ya casi no se fabrican hoy da.

  • 3.3 El corte en aceitePrincipio de funcionamiento:Los contactos estn sumergidos en un aceite dielctrico. Despus de la separacin de los contactos, el arco provoca la descomposicin del aceite, liberando hidrgeno (70%), etileno (20%), metano (10%) y carbono libre. Estos gases forman una burbuja que, por inercia de la masa de aceite, se encuentra sometida durante el corte a una presin dinmica que puede alcanzar de 50 a 100 bars. Cuando la intensidad pasa por cero, el gas se expande y sopla el arco que se apaga. El hidrgeno, resultante de la descomposicin del aceite, sirve como medio de extincin, resultando bueno gracias a sus propiedades trmicas y a su constante de desionizacin mejor que la del aire, en particular a presin elevada.

  • Distintas tecnologas:- Interruptores automticos de gran volumen de aceite: en este caso el arco se forma libremente entre los contactos creando burbujas de gas no confinadas. A los efectos de evitar reencendidos entre fases o entre bornes y masa, estas burbujas no han de alcanzar en ningn caso la cuba o juntarse entre s. Esto llevaba a grandes dimensiones de los Interruptores automticos. Resultaban voluminosos e inseguros. Ya no se fabrican ms. Interruptores automticos de pequeo volumen de aceite: el arco y la burbuja se confinan en una cmara de corte aislante. La presin del gas aumenta durante el paso del arco por una sucesin de cmaras y despus, cuando la intensidad pasa por cero, se expande a travs de una boquilla en la zona del arco. Este es entonces enrgicamente barrido, lo que asegura la recuperacin de las propiedades dielctricas nter contactos.

  • Como la cantidad de hidrgeno producido, as como el aumento de presin, dependen de la magnitud de las corrientes a cortar, las corrientes grandes se cortarn ms rpidamente, mientras que se puede volver lento y dificultoso el corte de las corrientes ms pequeas.Inconvenientes que presenta esta tcnica:la descomposicin del aceite no es reversiblela degradacin del aceite y el desgaste de los contactos deterioran la resistencia dielctrica, lo que conlleva costos suplementarios de mantenimientoen caso de volver a cerrar rpidamente el polo, todava hay una presin elevada y su poder de corte disminuye.

  • 3.4 El corte en vacoUtilizado a escala industrial a partir de los 70s.El vaco es un medio dielctrico ideal: no hay material y por tanto no hay conduccin elctrica. Sin embargo, el vaco nunca es perfecto y s tiene un lmite de resistencia dielctrica. En el vaco real: a 10-6 bar, la rigidez dielctrica en campo homogneo puede alcanzar una tensin de cresta de 200kV para una distancia interelectrodos de 12mm.La ruptura dielctrica en el vaco est vinculada a los fenmenos de emisin electrnica fra, sin efecto de avalancha por ionizacin. Su resistencia dielctrica no depende prcticamente ms que de la presin cuando sta es inferior a 10-6 bar. La rigidez dielctrica depende entonces de la naturaleza de los materiales, de la forma de los electrodos y de la distancia interelectrodos

  • El arco elctrico en el vaco:El arco se compone de vapores metlicos y de electrones que provienen de los electrodos y puede tener dos aspectos: concentrado o difuso, segn la intensidad de corriente que lo atraviesa.I10kA: arco nico y concentrado, como en los fluidos tradicionales. Una fina capa del material de contacto se vaporiza y el arco se desarrolla en una atmsfera de vapores metlicos que ocupan todo el espacio. Cuando la intensidad decrece, estos vapores se condensan sobre los mismos electrodos, o sobre las pantallas metlicas dispuestas a esos efectos. I< a algunos miles de A: arco en forma difusa. Se compone de varios arcos separados unos de los otros, de forma cnica cuyo vrtice est en el ctodo. La corriente en este caso es esencialmente debida al flujo de electrones.

  • Paso de la corriente por cero:Al aproximarse la corriente a cero, el nmero de puntos de arco disminuye hasta que el ltimo desaparece cuando la energa aportada por el arco es insuficiente para mantener una temperatura de pie de arco suficientemente elevada. Al invertirse la tensin, el nodo se convierte en ctodo, pero est fro y no puede emitir electrones. En consecuencia, los dispositivos de vaco pueden cortar las corrientes con crecimientos del TTR muy rpidos y tambin las corrientes de alta frecuencia.

    Para las intensidades elevadas, a cero de intensidad todava puede quedar un plasma de arco y el corte no resulta seguro. Esencialmente pues, la densidad de vapor metlico residual es la que determina el Pdc.Los fenmenos de reencendido y de disparo indeseado se producen cuando los contactos liberan demasiados vapores metlicos.

  • Las distintas tecnologas de corte en vaco:Exigencias a cumplirreducir el fenmeno de arranque de corriente para limitar las sobretensionesevitar la erosin precoz de los contactos para obtener una durabilidad mecnica elevadaretrasar la aparicin del rgimen de arco concentrado para aumentar el Pdclimitar la produccin de vapores metlicos para evitar los disparos indeseadosconservar el vaco,...