¿Qué son los disyuntores? Tipos de disyuntores totalmente diferentes

En este tutorial, conoceremos una de las muchas unidades eléctricas cruciales y muy útiles: Los disyuntores. Intentaremos entender qué es un disyuntor, cuál es el uso / significado / rendimiento de los disyuntores en los métodos de energía, cuáles son los diferentes tipos de disyuntores y además sus propósitos.

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Introducción

Los disyuntores son unidades bastante peculiares en el sentido de que son unidades mecánicas relacionadas con el sistema eléctrico. Por la razón de que cuando se utilizaron los primeros métodos eléctricos, siempre puede haber una necesidad de un mecanismo o herramienta que pueda provocar e interrumpir el flujo de corriente eléctrica presente.

En el sistema energético, suele ser vital modificar diversas unidades y circuitos eléctricos, como la producción de cultivos, la línea de transmisión, los métodos de distribución, etc., tanto en circunstancias de trabajo normales como en condiciones irregulares. Inicialmente, este proceso se lleva a cabo mediante un interruptor y un fusible relacionados en secuencia con el circuito {eléctrico}.

El principal inconveniente de esta configuración es que, si se funde un fusible, suele llevar mucho tiempo cambiarlo y restablecer la capacidad suministrada. La desventaja opuesta y principal es (que un) fusible no puede interrumpir las fuertes corrientes de fallo.

Estas limitaciones han restringido el uso de la mezcla de interruptor y fusible a circuitos de pequeña tensión y capacidad. Sin embargo, en el caso de un sistema de tensión excesiva y corriente enorme, se desea una forma más fiable que el uso de un intercambiador y un fusible.

Esto se consigue con la ayuda de los disyuntores.

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¿Qué son los disyuntores?

Los disyuntores son unidades de conmutación mecánicas que pueden hacer, llevar o interrumpir un circuito tanto manualmente como de forma rutinaria en circunstancias regulares e irregulares del circuito. En circunstancias regulares, un disyuntor puede hacer, transportar o interrumpir corrientes y, en circunstancias irregulares, probablemente hará o transportará durante un tiempo seleccionado e interrumpirá corrientes.

Las características de un disyuntor son las siguientes

• Puede hacer o romper un circuito en circunstancias normales de trabajo, ya sea manualmente o mediante gestión a distancia.
• En circunstancias irregulares o defectuosas, probablemente romperá el circuito de forma rutinaria.
• Puedes hacer el circuito bajo circunstancias defectuosas tanto manualmente como utilizando la gestión a distancia.

Estas características de un disyuntor lo convierten en un aparato realmente útil para el cambio y la seguridad en un sistema de influencia.

Precepto de funcionamiento del disyuntor

La principal responsabilidad de un disyuntor es modificar los circuitos de encendido y apagado (los circuitos eléctricos) a lo largo de circunstancias de trabajo regulares o irregulares, tan pronto como o en varios casos de forma repetida. El precepto de manejar un disyuntor puede ser muy fácil.

Un disyuntor típico consta de un contacto duro y rápido y de un contacto de transferencia llamado Electrodos. Estos contactos están cerrados en circunstancias normales de funcionamiento del circuito.

Si el sistema se avería, los contactos se abrirán de forma rutinaria y, alternativamente, estos contactos pueden abrirse manualmente cuando lo desees (por ejemplo, durante el mantenimiento).

En las circunstancias del sistema defectuoso, un mecanismo fácil empujará los contactos de transferencia debido a que la bobina de disparo se energiza y principalmente abre el circuito.

Un fenómeno necesario que se produce al abrir los contactos es el Fenómeno del Arco. Si se detecta una avería en cualquier parte del sistema, los contactos del disyuntor se separan y mediante este disparo se produce un arco entre ellos. Hasta que el arco se descargue, el presente dentro del circuito sigue fluyendo.

El arco no sólo retrasa la interrupción del circuito, sino que produce una gran cantidad de calor que probablemente puede dañar el propio disyuntor o todo el sistema. Por lo tanto, uno de los principales retos de los disyuntores es extinguir el arco eléctrico lo más rápidamente posible.

Fenómeno del arco en los interruptores automáticos

En circunstancias de fallo, como un cortocircuito, por ejemplo, una cantidad considerablemente grande de flujo presente a través de los contactos del interruptor antes de que el mecanismo de protección entre en acción y abra los contactos.

En el momento en que los contactos comienzan a abrirse, el espacio de contacto se reduce a la nada y la densidad de corriente aumentará debido al gigantesco circuito rápido presente. Esto provoca un aumento de la temperatura y el calor producido es suficiente para ionizar el medio (aire o aceite). El medio ionizado actúa como conductor y se produce un arco entre los contactos.

Este arco da una trayectoria de baja resistencia entre los contactos (aunque estén abiertos) y el enorme presente defectuoso sigue fluyendo mientras exista el arco y anula el propósito del disyuntor.

Causas del Arco

Antes de comprender las estrategias de extinción de arcos, nos permite intentar analizar los componentes responsables de mantener el arco entre los contactos del interruptor.

Las explicaciones pueden limitarse a las dos siguientes:

• Distinción potencial entre contactos
• Partículas ionizadas entre los contactos

La distinción de potencial entre los contactos es suficiente para que exista el arco, porque la separación entre los contactos es mucho menor. Además, el medio ionizado, es decir, el aire ionizado o el aceite, tiende generalmente a mantener el arco.

Estrategias de extinción de arco totalmente diferentes

Principalmente, hay dos métodos para extinguir el arco entre los contactos de un disyuntor. Son:

• Técnica de resistencia excesiva
• Técnica de baja resistencia

Técnica de sobre resistencia

Dentro de la metodología de la Resistencia Excesiva, la resistencia del arco se eleva de forma que el presente se hace despreciable para mantener el arco. Hay varios métodos para poner en práctica la Técnica de Resistencia Excesiva.

Algunos métodos para ampliar la resistencia del arco son

• Aumenta el tamaño del arco
• Enfriamiento del arco
• Disminución del mundo de la sección transversal del arco
• Dividir el arco

Esta metodología suele realizarse en interruptores de corriente continua y en circuitos de corriente alterna de baja capacidad, ya que produce una enorme cantidad de calor al extinguir el arco.

Técnica de baja resistencia

Dentro de la metodología de baja resistencia, como su nombre indica, la resistencia del arco se mantiene baja hasta que el presente se convierte en cero y el arco se extingue de forma natural. Por ello, esta metodología suele conocerse como la Técnica del Presente Cero.

La metodología de baja resistencia se realiza normalmente en los disyuntores de CA de potencia excesiva, ya que esta metodología evita la restricción del arco incluso cuando la tensión a través de los contactos aumenta.

Otra cuestión necesaria en la que hay que pensar es la ionización del medio y la tendencia de las partículas ionizadas a mantener el arco. Si el medio entre los contactos se desioniza lo más rápidamente posible, el potencial de restricción puede reducirse considerablemente.

La desionización del medio puede conseguirse por los siguientes métodos:

• Hacer crecer el agujero entre los contactos
• Aumentar la tensión
• Enfriamiento del arco
• Impacto de la explosión del combustible

Clasificación de los disyuntores

Hay una serie de métodos totalmente diferentes para clasificar los disyuntores. Algunas de las normas frecuentes utilizadas para clasificar los disyuntores son

• Funciones de la tensión media
• Lugar de instalación
• Trazos de diseño
• Técnica y medio utilizados para la presente interrupción (Extinción de Arco)

Aunque hay varios métodos para clasificar los disyuntores, la clasificación basada principalmente en el medio y la metodología de la interrupción presente es más común e importante dentro del negocio. Por ahora, tocaremos brevemente todas estas clasificaciones y en secciones posteriores nos concentraremos en la clasificación principal (es decir, basada sobre todo en la metodología de extinción del arco) de forma más completa.

Basado principalmente en la Clase de Tensión

La principal clasificación lógica de los disyuntores se basa en la tensión de trabajo que se supone que tienen para su uso. Hay dos tipos de disyuntores, basados principalmente en la tensión nominal. Son:

• Interruptores automáticos de baja tensión, que se supone que se utilizan con tensiones de hasta 1000V.
• Interruptores automáticos de tensión excesiva, que se supone que se utilizan con tensiones superiores a 1000 V.

De nuevo, los interruptores de tensión excesiva se dividen en 123kV o más y 72,5kV o menos.

Principalmente se basa en el tipo de configuración

Además, los disyuntores se clasifican en función de la situación de la instalación, es decir, al aire libre o en instalaciones interiores. Estos disyuntores son normalmente disyuntores de sobretensión. Los disyuntores de interior están diseñados para su uso en el interior de edificios o con carcasas particulares resistentes a la intemperie, normalmente una carcasa metálica cubierta por el interruptor.

En realidad, la principal distinción entre los disyuntores de interior y los de exterior son los edificios y recintos de embalaje, mientras que la construcción interior, como los componentes portadores reales, el mecanismo de ruptura y el funcionamiento, son prácticamente idénticos.

Basado principalmente en el tipo de diseño exterior

La clasificación de los disyuntores puede realizarse principalmente en función del diseño de la estructura del cuerpo y suele realizarse en dos métodos. Son:

• Interruptores automáticos para tanques sin vida
• Interruptores automáticos de tipo tanque de estancia

En los disyuntores de tipo tanque sin vida, el dispositivo de conmutación se coloca en un recipiente con potencial en el suelo y está rodeado de interruptores y aisladores. Por el contrario, en un disyuntor tipo tanque sin vida, el recipiente que contiene los interruptores y el medio aislante está a un potencial más alto que el suelo.

Los disyuntores de tanques sin vida son más frecuentes en Estados Unidos, mientras que los disyuntores de tanques sin vida se utilizan incesantemente en Europa y Asia.

Basado principalmente en el tipo de medio de interrupción

Probablemente la clasificación más importante y necesaria de los disyuntores se basa en el medio de interrupción y la metodología de extinción del arco. De hecho, el medio de interrupción de la corriente y la metodología de extinción del arco se han convertido en los principales componentes del diseño de los disyuntores y, además, dictan los parámetros generales de diseño.

Inicialmente, el aceite y el aire servían como medio de interrupción y siguen utilizándose incluso después de casi un siglo desde su primera aplicación.

Hay dos estrategias más recientes, una que implica el vacío y la otra que se basa principalmente en el sulfurhexafluoruro (SF₆) gasolina porque los medios de interrupción. Estos dos dominan actualmente el negocio de los disyuntores, pero también hay disyuntores de aceite y de aire.

Tipos de disyuntores totalmente diferentes

Dado que la forma más común y habitual de clasificar los disyuntores se basa en el medio utilizado para extinguir el arco, veremos varios tipos de disyuntores basados principalmente en lo mismo.

Normalmente, el medio utilizado para la extinción del arco es el aire, el aceite, la gasolina con azufre o el vacío. Por lo tanto, los distintos tipos de disyuntores basados principalmente en estos medios son

• Interruptores automáticos magnéticos de aire
• Interruptores automáticos de aire
• Interruptores automáticos de aceite
• El sulfurhexafluoruro de sodio (SF₆) Interruptores automáticos
• Interruptores automáticos de vacío

Todos los tipos tienen sus ventajas e inconvenientes, y vamos a ver cómo funcionan íntimamente estos distintos tipos de disyuntores.

Interruptores automáticos magnéticos de aire

El disyuntor principal es el disyuntor magnético de aire. Además, se le conoce como el disyuntor de patada de aire. Suele constar de muchas placas entre los contactos y se compone de suministros metálicos o aislados.

Cuando el arco es golpeado, está disponible en contacto con la secuencia de placas metálicas. Como resultado, el arco principal se divide en muchos arcos más pequeños que recorren las placas y la caída de tensión suele ser de 30 a 40 voltios. En este tipo de disyuntor, las placas suelen ser metálicas.

Otro tipo de disyuntor de arco se basa en una asistencia magnética de baja potencia. Este tipo suele utilizar placas de arco aisladas y son de cerámica.

En este tipo, el arco se hace viajar primero entre las placas aisladas para alargar el arco. A continuación, el arco se enfría por difusión. Cuando el disyuntor comienza a abrirse y se inicia el arco, se eleva la separación entre los contactos. Una bobina, que no forma parte del circuito conductor principal, entra en contacto con el presente.

El sujeto magnético creado por esta bobina ejercerá un impulso sobre el arco y, debido a ello, el arco tiende a maniobrar más hacia el interior del carril.

Disyuntores de chorro de aire

Los segundos, basados principalmente en el aire, son los disyuntores de chorro de aire. En este tipo, se utiliza un chorro de aire a alta presión como medio de extinción del arco. En caso de fallo, el chorro de aire, gestionado por una válvula de chorro, abrirá los contactos y además enfriará el arco.

El arco y la mercancía del arco son arrastrados al entorno, lo que aumentará rápidamente la energía dieléctrica del medio. Como consecuencia, se impide la restricción del arco. En consecuencia, el arco se apaga y el flujo del presente se detiene por completo.

Hay tres variedades de disyuntores de chorro de aire basadas principalmente en la trayectoria del chorro de aire en relación con el arco. Son:

• Tipo de chorro axial
• Tipo de chorro cruzado
• Tipo de chorro radial

En los disyuntores axiales, el chorro de aire fluye en la misma trayectoria que el arco. El chorro de aire a alta presión empujará el contacto de transferencia, abriendo el circuito y además empujará el arco con él.

El chorro de aire en los martillos de chorro transversal es perpendicular a la trayectoria del arco y en los martillos de chorro radial, se dirige radialmente.

Beneficios

• La amenaza del fuego está erradicada.
• El chorro de aire elimina por completo las mercancías arqueadas.
• Mejoras considerablemente anteriores en la energía dieléctrica. Por lo tanto, el orificio de contacto puede ser mucho más pequeño, lo que da lugar a aparatos más pequeños.
• El tiempo de arco puede ser muy pequeño y la potencia del arco puede ser pequeña. Adecuado para operaciones frecuentes.
• El chorro de aire es imparcial a la interrupción presente.

Desventajas

• Las propiedades de extinción del aire son inferiores.
• Es delicado a las variaciones de la tensión umbral.
• Hay que mantener el compresor de soplado de aire.

Interruptores automáticos de aceite

En los disyuntores de aceite, se utiliza un aceite aislante como medio de extinción del arco. Como los contactos se abren en el aceite, cuando el arco eléctrico golpea, el aceite circundante se evapora en forma de gasolina de hidrógeno.

La burbuja de hidrógeno gasolina abarcará la zona del arco. La gasolina de hidrógeno, debido a su excesiva conductividad térmica, enfría el arco y además desioniza el medio. Además, la gasolina provoca turbulencias en el aceite circundante y todas las mercancías del arco son empujadas lejos del mismo.

Hay dos variedades de interruptores de aceite. Son:

• Interruptores automáticos a granel
• Disyuntores de bajo nivel de aceite

Como su nombre indica, los rompedores de aceite a granel utilizan una cantidad considerablemente grande de aceite. Los rompedores de aceite a granel adicionales se dividen una vez más en dos variedades.

• Interruptores automáticos de aceite de ruptura simple
• Interruptores automáticos de aceite para la gestión de arcos

En los disyuntores de la línea de aceite, los contactos están separados dentro del depósito de aceite y el sistema de gestión del arco es ampliar la separación de los contactos. Cuando se alcanza un hueco crucial entre los contactos, se produce la extinción del arco.

La falta de gestión del arco en los disyuntores de aceite de una sola apertura se supera en los disyuntores de aceite con gestión del arco. La gestión del arco se realiza mediante dos métodos denominados:

• Interruptores automáticos de aceite
• Interruptores automáticos de chorro de aceite

En los disyuntores autoexplosivos, se utiliza una cámara de tensión inflexible aislante con los contactos y los gases lanzados a través del arco quedan confinados en esta cámara o recipiente. La tensión excesiva desarrollada dentro de la pequeña cámara hará que el aceite, como la gasolina, atraviese el arco y lo extinga posteriormente.

Hay tres tipos o diseños de crisoles de tensión en los disyuntores de aceite autoexplosivos. Son:

• Olla de explosión simple
• Olla de explosión cruzada
• Olla de chorro autocompensada

En el caso de los rompedores de aceite de chorro a presión, se utiliza un cilindro de pistón para crear la tensión de aceite necesaria, a diferencia de los rompedores de aceite de chorro automático, en los que la tensión es desarrollada por el propio arco.

En todos los rompedores de aceite a granel de los que hemos hablado anteriormente, el aceite tiene dos trabajos. Uno de ellos se comporta como medio de extinción del arco y el otro aísla el circuito de estancia de la tierra. Sólo una pequeña parte (10% o mucho menos) se utiliza definitivamente para la extinción del arco y casi todo el aceite se utiliza para la función de aislamiento.

En los disyuntores de bajo nivel de aceite, se utiliza aceite para la extinción del arco y un material estable como la porcelana y el papel para el aislamiento.

Beneficios

• El aceite tiene una gloriosa propiedad refrigerante y la fuerza del arco convierte el aceite en gasolina.
• Actúa como aislante entre los cables del establo y la tierra.

Desventajas

• El aceite es inflamable y es un peligro para la chimenea.
• Las mercancías arqueadas no pueden escapar y permanecer dentro del aceite.

El sulfurhexafluoruro de sodio (SF₆) Interruptores automáticos

En los disyuntores Hexafluoruro de azufre, Hexafluoruro de azufre con componentes químicos SF₆se utiliza como medio de extinción del arco.

La gasolina de azufre-hexafluoruro es de naturaleza electro-negativa, lo que significa que atrae electrones libres. Cuando se abren los contactos del circuito, un voltaje excesivo de gasolina de sulfuro fluye a través de la cámara porque se produce el arco eléctrico.

Los electrones libres producidos por el arco eléctrico son rápidamente absorbidos por el SF₆ gasolina, lo que conduce a iones inmóviles adversos. A medida que el arco pierde sus electrones conductores, la energía aislante del medio circundante aumenta rápidamente y el arco se extingue por completo.

La siguiente fotografía muestra un edificio simplificado de SF₆ Interruptor automático. Cada uno de los contactos de sujeción y de transferencia está colocado en una cámara de arco, que aloja gasolina de sulfuro. Cuando los contactos se abren, la tensión excesiva SF₆ la gasolina de un depósito fluye por la entrada de la cámara.

Beneficios

• Propiedad superior de extinción de arco.
• Puede interrumpir corrientes mayores porque la energía dieléctrica del SF₆ la gasolina es más o menos 3 veces mayor que el aire.
• Funcionamiento silencioso y sin emisiones al medio ambiente.
• Funcionamiento sin humedad porque el compartimento de la gasolina se mantiene en el interior seco.
• Tiene muy poco mantenimiento y requiere un mínimo de herramientas.
• Adecuado para circunstancias peligrosas y hostiles, como las minas de carbón, porque los disyuntores están cerrados y sellados.

Desventajas

• La gasolina con azufre y hexafluoruro puede ser muy cara.
• SF₆ debe ser reacondicionado después de cada operación.
• Este exceso de tensión de la gasolina de azufreexafluoruro absorberá todos los electrones libres conductores y, por tanto, hará que el arco se extinga.

Interruptores automáticos de vacío

En los disyuntores de vacío o VCB, el medio de extinción del arco es efectivamente el vacío. Presenta unas propiedades de extinción de arcos superiores a las de los distintos medios porque tiene la mejor energía aislante.

Cuando se abren los contactos del disyuntor en el vacío, se forma un arco debido a la ionización de los vapores metálicos de los contactos. Sin embargo, el arco se apaga rápidamente porque los vapores se condensan rápidamente.

En la siguiente imagen se muestra un típico disyuntor de vacío. Consta de un contacto de transferencia y un contacto duro y rápido y, además, de una defensa de arco montada en una cámara de vacío. El físico aislante exterior suele estar compuesto de vidrio o cerámica.

Beneficios

• No hay peligro para el corazón.
• Compacto, muy fiable y con una vida útil muy larga.
• No se genera gasolina durante o después del funcionamiento.
• Poco o ningún mantenimiento.
• Los VCB pueden interrumpir cualquier fallo presente.
• Puedes contrarrestar los ataques relámpago.
• Se lanza un arco de baja potencia.