Qué es el disyuntor de aire : Funcionamiento y sus aplicaciones

Un disyuntor es un tipo de dispositivo eléctrico que se utiliza para interrumpir un circuito manualmente o a distancia en circunstancias normales. La función principal de un disyuntor o CB es interrumpir un circuito en algunas condiciones de fallo como un cortocircuito, una sobrecorriente, etc. En general, un disyuntor conmuta o protege el sistema. Hay algunos dispositivos asociados a los disyuntores, como los relés, los interruptores, los fusibles, etc., que también se utilizan con el mismo fin. Las aplicaciones de los disyuntores incluyen principalmente los sistemas de energía y las industrias para proteger y controlar diversas partes del circuito, como transformadores, conmutadores, motores, alternadores, generadores, etc. Hay diferentes tipos de disyuntores utilizados en las industrias, siendo el disyuntor de aire uno de ellos. Este artículo trata de una visión general del disyuntor neumático.

¿Qué es el disyuntor de aire?

El disyuntor de aire (ACB) es un dispositivo eléctrico que se utiliza para proporcionar protección contra sobreintensidades y cortocircuitos en circuitos eléctricos de más de 800 amperios a 10.000 amperios. Suelen utilizarse en aplicaciones de baja tensión por debajo de 450V. Podemos encontrar estos sistemas en los Cuadros de Distribución (por debajo de 450V). En este artículo hablaremos del funcionamiento del disyuntor de aire.

Un disyuntor de aire es un disyuntor que funciona en el aire como medio de extinción del arco, a una presión atmosférica determinada. Hoy en día existen en el mercado varios tipos de disyuntores y conmutadores de aire que son duraderos, de alto rendimiento y fáciles de instalar y mantener. Los disyuntores de aire han sustituido por completo a los disyuntores de aceite.

Construcción de disyuntores de aire

La construcción de un disyuntor de aire puede realizarse utilizando diferentes piezas internas y externas como las siguientes

Las partes externas de los interruptores de aire comprimido incluyen principalmente el botón de encendido y apagado, un indicador de la posición del contacto principal, un indicador del mecanismo de almacenamiento de energía, indicadores LED, el botón RST, el controlador, la placa de características nominal, el asa para el almacenamiento de energía, los indicadores, la sacudida, el botón de reposo por fallo, el repositorio basculante, etc.

Las partes internas del interruptor incluyen principalmente la estructura de soporte con chapa de acero, el transformador de corriente utilizado para proteger la unidad de disparo, la caja aislante del grupo de polos, los terminales horizontales, la cámara de arco, la unidad de disparo para la protección, la caja de terminales, los resortes de cierre, el control de apertura y cierre del interruptor, las placas para mover los contactos de arco y principales, las placas para los contactos principales y de arco fijos.

Principio de funcionamiento

• El principio de funcionamiento del disyuntor de aire es diferente al de otros tipos de interruptores. Sabemos que la función básica del interruptor es detener el restablecimiento del arco eléctrico siempre que el hueco entre los contactos resista la tensión de recuperación del sistema.
• El interruptor automático de aire también funciona igual, pero de forma diferente. Al interrumpir un arco, produce una tensión de arco en lugar de la tensión de alimentación. Esta tensión puede definirse como la mínima necesaria para mantener el arco. El disyuntor puede aumentar el suministro de tensión de tres maneras diferentes.
• La tensión del arco puede aumentarse mediante el enfriamiento del plasma del arco.
• Una vez reducida la temperatura del plasma del arco y el movimiento de las partículas, será necesario un gradiente de tensión adicional para mantener el arco. La tensión del arco puede aumentarse dividiendo el arco en varias series
• Una vez que se aumenta el recorrido del arco, también se puede aumentar la tensión del arco. En cuanto se aumente la longitud de la trayectoria del arco, la trayectoria de la resistencia también aumentará la tensión del arco que se utiliza a través de la trayectoria del arco, por lo que se puede aumentar la tensión del arco.
• El rango de tensión de funcionamiento es de hasta 1KV. Incluye dos conjuntos de contacto en los que el par mayor utiliza la corriente, así como el contacto hecho con cobre. Otro par de contactos se puede hacer con carbono. Una vez que se abre el disyuntor, el primer contacto mayor se desbloquea.
• Mientras se abre el contacto mayor, el contacto de arco permanece conectado. Cuando los contactos de arco se dividen, se inicia la formación de arcos. El disyuntor está obsoleto para la tensión media.

Funcionamiento del disyuntor de aire

Los disyuntores de aire funcionan con sus contactos en el aire libre. Su método de control del apagado del arco es totalmente diferente al de los interruptores de aceite. Se utilizan siempre para la interrupción de baja tensión y ahora tienden a sustituir a los interruptores de aceite de alta tensión. La figura que se muestra a continuación ilustra el principio de funcionamiento del circuito del interruptor automático.

Los disyuntores de aire suelen tener dos pares de contactos. El par de contactos principal (1) transporta la corriente en carga normal y estos contactos están hechos de metal de cobre. El segundo par es el contacto de arco (2) y está hecho de carbono. Cuando se abre el disyuntor, los contactos principales se abren primero. Cuando los contactos principales se abren, los contactos de arco siguen en contacto entre sí.

Como la corriente consigue un camino paralelo de baja resistividad a través del contacto de arco. Durante la apertura de los contactos principales, no se produce ningún arco en el contacto principal. El arco sólo se inicia cuando finalmente se separan los contactos de arco. Cada uno de los contactos de arco está provisto de un corredor de arco que ayuda.

La descarga del arco se desplaza hacia arriba debido a los efectos térmicos y electromagnéticos, como se muestra en la figura. A medida que el arco es impulsado hacia arriba, entra en el conducto del arco, formado por salpicaduras. El arco en el conducto se enfriará, se alargará y se dividirá, por lo que la tensión del arco será mucho mayor que la tensión del sistema en el momento del funcionamiento de un disyuntor de aire, y por lo tanto el arco se extinguirá finalmente durante la corriente cero.

La caja del circuito del freno de aire está hecha de material aislante e ignífugo y está dividida en diferentes secciones por las barreras del mismo material. En la parte inferior de cada barrera hay un pequeño elemento metálico conductor entre un lado de la barrera y el otro. Cuando el arco, impulsado hacia arriba por las fuerzas electromagnéticas, entra en el fondo de la canaleta, se divide en muchas secciones por las barreras, pero cada pieza metálica asegura la continuidad eléctrica entre los arcos de cada sección, por lo que los distintos arcos están en serie.

Las fuerzas electromagnéticas dentro de todas y cada una de las secciones de la canaleta hacen que el arco en esa sección inicie la forma de una hélice, como se muestra arriba, figura (b). Todas estas hélices están en serie, de modo que la longitud total del arco se ha ampliado mucho, y su resistencia aumenta abundantemente. Esto afectará a la reducción de la corriente en el circuito.

La figura (a) muestra el desarrollo del arco desde que sale de los contactos principales hasta que se encuentra dentro de la canaleta del arco. Cuando la corriente cesa a continuación en un cero de corriente, el aire ionizado en la trayectoria de donde había estado el arco está en paralelo con los contactos abiertos y actúa como una resistencia de derivación a través de los contactos y de la autocapacidad C, que se muestra en la siguiente figura con el rojo como una alta resistencia R.

Cuando se inicia la oscilación entre C y L, como se describe para el disyuntor idealizado que se muestra en la siguiente figura, esta resistencia amortigua fuertemente la oscilación. Ciertamente, suele ser tan pesada que la amortiguación es crítica, la oscilación no puede entonces tener lugar en absoluto, y la tensión de reenganche, en lugar de aparecer como una oscilación de alta frecuencia, sube sin remedio hasta su valor final de tensión de pico del generador. Esto se muestra debajo de la forma de onda inferior.

Tipos de interruptores automáticos de aire

El circuito de aire los disyuntores son en su mayoría de cuatro tipos y se utilizan ampliamente para el mantenimiento de la media tensión interior y los interruptores de la vivienda.

• Interruptor de corte liso o de chorro cruzado
• Interruptor magnético de rotura de puente
• Interruptor automático del conducto de aire
• Disyuntor de aire

Interruptor automático con ruptura de aire tipo Plain Break

Los disyuntores de aire de freno liso son la forma más sencilla de disyuntores de aire. Los puntos principales de contacto tienen forma de dos cuernos. El arco de estos disyuntores se extiende de una punta a la otra. Este tipo de disyuntor también se conoce como ACB de chorro cruzado. La disposición de éste puede hacerse a través de una cámara (conducto de arco) que está rodeada por el contacto.

La cámara o canaleta de arco ayuda a conseguir la refrigeración y está hecha con material refractario. La canaleta del arco contiene paredes en su interior y está separada en pequeños compartimentos mediante placas metálicas de separación. Estas placas son separadores de arco en los que cada compartimento funcionará como una minicanal de arco.

El primer arco se dividirá en una secuencia de arcos para que todas las tensiones del arco sean más altas en comparación con la tensión del sistema. Se utilizan en aplicaciones de baja tensión.

Interruptor automático magnético de corte en aire

Los disyuntores de aire de soplado magnético se utilizan con una capacidad de tensión de hasta 11KV. La extensión del arco puede conseguirse mediante el campo magnético proporcionado por la corriente en las bobinas de soplado.

Este tipo de disyuntor proporciona un control magnético sobre el momento del arco para crear una extinción del arco en los dispositivos. Así, esta extinción puede controlarse mediante un campo magnético que es suministrado por el flujo de corriente dentro de las bobinas de soplado. La conexión de las bobinas de soplado puede hacerse en serie a través del circuito que se interrumpe.

Como su nombre indica, estas bobinas se denominan "blow out the coil". El campo magnético no gestiona el arco que se produce en el interruptor, sino que lo desplaza hacia los conductos del arco, donde éste se enfría y se extiende en consecuencia. Estos tipos de interruptores se utilizan hasta 11kV.

Interruptor automático con conductos de aire

En el disyuntor de canalización de aire, los contactos principales suelen ser de cobre y conducen la corriente en posición cerrada. Los disyuntores de canalización de aire tienen una baja resistencia de contacto y están chapados en plata. Los contactos del disyuntor son sólidos, resistentes al calor, y están formados por una aleación de cobre.

Este disyuntor incluye dos tipos de contactos: principales y de arco o auxiliares. El diseño de los contactos principales puede hacerse con placas de cobre y plata que tienen menos resistencia y conducen la corriente dentro del lugar cerrado. Otros tipos, como los de arco o auxiliares, se diseñan con una aleación de cobre porque son resistentes al calor.

Se utilizan para evitar dañar los contactos principales a causa de la formación de arcos y pueden cambiarse fácilmente cuando sea necesario. Durante el funcionamiento de este disyuntor, ambos contactos se abren después y antes de cerrar los contactos principales del disyuntor.

Interruptor automático de chorro de aire

Este tipo de disyuntores se utiliza para tensiones de sistema de 245 KV y 420 KV e incluso más, especialmente cuando es necesario un funcionamiento rápido del disyuntor. A continuación se enumeran las ventajas de este disyuntor en comparación con los de tipo aceite.

• No se puede producir riesgo de incendio
• La velocidad de rotura es alta durante todo el funcionamiento de este disyuntor.
• El apagado del arco es más rápido durante todo el funcionamiento de este disyuntor.
• La duración del arco es similar para todos los valores de las corrientes de interrupción.
• Una vez que la duración del arco es menor, se produce menos cantidad de calor del arco a los contactos, por lo que la vida útil del contacto se alarga.
• El mantenimiento de la estabilidad del sistema se mantiene bien porque depende de la velocidad de funcionamiento del disyuntor.
• Necesita menos mantenimiento en comparación con el disyuntor de tipo aceite.
• Los tipos de disyuntores de chorro de aire son de tres tipos: chorro axial y chorro axial con contacto móvil deslizante y chorro cruzado.

Mantenimiento de los disyuntores de aire

Los disyuntores funcionan como dispositivos de protección de circuitos para una amplia gama de aplicaciones de baja tensión de hasta 600 V CA, como SAI, generadores, minicentrales eléctricas, cuadros de distribución MCCB, etc., y sus tamaños van desde 400 A hasta 6300 A, si no son mayores.

En este disyuntor, casi el 20% de los fallos en el sistema de distribución de energía se producen debido a la falta de mantenimiento, la grasa resistente, el polvo, la corrosión y las piezas congeladas. Por ello, el mantenimiento del disyuntor es la opción ideal para garantizar un funcionamiento constante, así como para ampliar la vida útil.

El mantenimiento del disyuntor de aire es muy importante. Para ello, primero hay que desconectarlo y luego separarlo de ambas caras abriendo el aislador eléctrico necesario. El disyuntor debe funcionar en esta condición de no aislado para las zonas restringidas y distantes en cada año. El disyuntor debe trabajarse eléctricamente desde lo restringido y aislarse después mecánicamente desde lo restringido. Este tipo de proceso hará que el disyuntor sea más consistente al desprender cualquier capa exterior desarrollada entre las caras deslizantes.

Procedimiento de prueba del disyuntor de aire

Las pruebas de los disyuntores se utilizan principalmente para comprobar el funcionamiento de cada sistema de conmutación, así como la programación de toda la construcción de disparo. Por lo tanto, las pruebas son muy esenciales para cualquier tipo de disyuntor para garantizar un rendimiento seguro y constante. En comparación con otros dispositivos, la realización de pruebas es más difícil.

Cuando se produce un mal funcionamiento en un disyuntor, puede provocar un cortocircuito en las bobinas, un comportamiento incorrecto, dañar las conexiones mecánicas, etc. Por tanto, los disyuntores deben probarse regularmente para superar todos estos fallos.

Los diferentes tipos de pruebas que se realizan en los disyuntores son principalmente mecánicas, térmicas, dieléctricas, de cortocircuito, etc. Las pruebas rutinarias de un disyuntor son la prueba de disparo, la resistencia de aislamiento, la conexión, la resistencia de contacto, el disparo por sobrecarga, el disparo magnético instantáneo, etc.

¿Cómo se pueden realizar las pruebas?

Para probar un disyuntor, se utilizan diferentes tipos de equipos de prueba para verificar el estado del disyuntor en cualquier sistema de energía. Esta prueba puede realizarse mediante diferentes métodos de prueba y tipos de equipos de prueba. Los dispositivos de prueba son el analizador, el microóhmetro, el probador de inyección primaria de alta corriente, etc. Las pruebas de los disyuntores tienen algunas ventajas, como las siguientes

• Se puede mejorar el rendimiento del disyuntor.
• El circuito se puede comprobar en carga o en descarga.
• Reconoce la necesidad de mantenimiento
• Se pueden evitar los problemas
• Se pueden identificar los primeros indicios de fallos

Ventajas

El ventajas de un disyuntor de aire incluyen las siguientes.

• Instalación de recintos de alta velocidad
• Se utiliza para el funcionamiento frecuente
• Necesita menos mantenimiento
• Funcionamiento a alta velocidad
• Se puede eliminar el riesgo de incendio, no como en los disyuntores de aceite
• Tiempo de arco consistente y corto, por lo que la quema de contactos es menor

Inconvenientes

Las desventajas del disyuntor neumático son las siguientes

• Una desventaja del principio de la canaleta de arco es su ineficacia a bajas corrientes, donde los campos electromagnéticos son débiles.
• El conducto en sí no es necesariamente menos eficaz en su acción de alargamiento y desionización que a altas corrientes, pero el movimiento del arco hacia el conducto tiende a ser más lento, y no se obtiene necesariamente una interrupción de alta velocidad.

Aplicaciones de los disyuntores de aire

Los disyuntores de aire se utilizan para controlar las instalaciones auxiliares de las centrales eléctricas y las plantas industriales. Ofrecen protección a plantas industriales, máquinas eléctricas como transformadores, condensadores y generadores.

• Se utilizan principalmente para la protección de plantas, donde hay posibilidades de peligro de incendio o explosión.
• El principio del freno de aire del arco del circuito del disyuntor de aire se utiliza en circuitos de corriente continua y corriente alterna de hasta 12KV.
• El aire disyuntores tienen una gran potencia de resistencia que ayuda a aumentar la resistencia del arco mediante la división, el enfriamiento y el alargamiento.
• También se utiliza un disyuntor de aire en el sistema de reparto de electricidad y NGD de unos 15kV

Así pues, esto es todo sobre el disyuntor de aire (ACB), su funcionamiento y sus aplicaciones. Esperamos que hayas comprendido mejor este concepto. Además, si tienes alguna duda sobre este concepto o para poner en práctica algún proyecto eléctrico y electrónico, por favor, danos tu opinión comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la función del ACB?