Manual Del Tablerista Electrico

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Mercado Elctrico Dahujori

2006

por Roberto Garca


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. :: Diseo y proyecto de tableros elctricos .

Rev.1.0 (Sept.2006)

1.0 Determinacin de la corriente de proyecto Ib [A]

[ ]VAIbUnDPMS .=

1.1 Circuitos monofsicos:

[ ]ADPMS

Ib230

=

1.2 Circuitos trifsicos:

[ ]ADPMS

Ib400.3

=

Nota 1: Si se consideran motores como consumos se deber calcular el 125 % de la potencia del motor de mayor consumo ms la potencia del resto de los motores.

2.0 Eleccin del conductor a partir de su corriente mxima admisible (conductores o barras), Iz [A].

2.1 Caractersticas de conductores o barras suministradas por los fabricantes.

2.2 Tablas indicadas en el REIEI (AEA 90364).

3.0 Eleccin de la corriente asignada ( datos aportados por los fabricantes) de los

dispositivos de proteccin In [A].

Nota 1: Si se utilizan dispositivos de proteccin con corriente regulable (Ir) se deber tener en cuenta el alcance mximo de la regulacin.

4.0 Comprobar:

[ ]AIzInIb

5.0 Verificar la actuacin por sobrecarga de la proteccin ( 2I )

[ ]AIzI 45,12

Nota 1: Si no verifica modificar la seccin ZI .

Nota 2: La seccin elegida y definida se denominar 1S .


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6.0 Determinar la corriente de cortocircuito mxima en bornes de entrada del primer seccionamiento KI" .

6.1 Dato que debera ser aportado por la empresa distribuidora de energa.

6.2 Por clculo y tablas sugeridas por la norma AEA 90909.

6.3 Conociendo las caractersticas del trafo., la C.C. del trafo. ( nK II 25" ), la longitud de

la lnea, y el tipo de seccin y el conductor.

SrT [KVA] I"k [A]

100 3,568

200 7,074

315 11,028

400 13,899

500 17,229

630 21,458

800 21,768

1000 26,838

1250 27,876

6.4 Las tablas indicativas se describen en el REIEI AEA 90364.

6.5 Por medio de instrumentos especficos.

Nota 1: Regla del poder de corte (PdCcc). La capacidad del dispositivo de proteccin (PdCcc), ser por lo menos igual a la mxima intensidad

de corriente de cortocircuito presunta ( kI" ) en el punto donde el dispositivo ser instalado.

kIPdCcc "

Nota 2: La energa que el dispositivo de proteccin deja pasar no debe exceder a la que puede soportar sin dao el dispositivo ubicado lado carga y los conductores protegidos por estos conductores.


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Nota 3: Regla del tiempo de corte:

kI

SKt"

duracin del CC: st 51.0

K

tIS k

"

Nota 4: Dispositivos segn IEC 60947, y en los casos de retardo a la apertura, con tiempo de duracin del c.c. desde 0.1s y mayores hasta 5s.

7.0 Verificacin de la mxima exigencia trmica 2S .

7.1 tISK 222

7.2 K

tIS K

"

Si 12 SS > entonces 2SS =


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Nota 1: tI 2 es la mxima energa especfica pasante en SA2 definida por la norma IEC 60898, indicada con 1, 2, o 3 dentro de un cuadrado en el frente del cuerpo de la proteccin, la norma IEC 60947 lo indica por medio de curvas. El fabricante garantiza y puede no indicar el n 1, pero de igual modo rigen sus caractersticas.

Nota 2: Duracin del cortocircuito St 1,0 . Nota 3: Segn IEC 60898 la clase 1, 2 o 3 se indica en tablas (AEA 90364) en dispositivos de

proteccin A16 o AIA n 3216 .

:: Para pequeos interruptores de hasta 16 A

Clases de limitacin de energa

Clase 1 Clase 2 Clase 3

I.t max. [As]

I.t max. [As]

I.t max. [As]

Poder de corte asignado

[A] Tipos B y C Tipo B Tipo C Tipo B Tipo C

3000 31000 37000 15000 18000

4500 60000 75000 25000 30000

6000 100000 120000 35000 42000

10000

Sin Lmite especificado

240000 290000 70000 84000

:: Para pequeos interruptores automticos de 16 A In32 A

Clases de limitacin de energa

Clase 1 Clase 2 Clase 3

I.t max. [As]

I.t max. [As]

I.t max. [As]

Poder de corte asignado

[A] Tipos B y C Tipo B Tipo C Tipo B Tipo C

3000 40000 50000 18000 22000

4500 80000 100000 32000 39000

6000 130000 160000 45000 55000

10000

Sin Lmite especificado

310000 370000 90000 110000

Nota 4: La proteccin de conductores queda garantizada utilizando dispositivos limitadores o con tiempos menores a 0.1s.


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8.0 Verificacin de la actuacin de la proteccin por corriente mnima de c.c., determinando la posible seccin del conductor 3S .

8.1 Tablas de distancias a tableros seccionales.

8.2 Tablas de distancias a circuitos terminales.

Nota 1: Segn tablas orientativas AEA 90364. Condicin:

Si 3S > S entonces 3SS =

9.0 Verificacin de la cada de tensin en el extremo del circuito:

VsenRLIk bu [).cos..(. . += ]

K= 2 para sistemas monofsicos.

K= 3 para sistemas trifsicos.

Nota 1: Valores tipos para cos y sen :

Cargas normales: 53.0;85.0cos == sen

Arranque de motores: 95.030.0cos == sen

Para conductores unipolares en caeras segn IRAM NM247-3 o 62267: 6.08.0cos == sen ,

para lneas monofsicas.

Para conductores norma IRAM 2178, 62266, y 62267 tambin se puede utilizar la frmula:

S

LIGDCu

.= [m]

Nota 2: GDC se extrae de tablas (AEA 90364), segn sea sistema normal y de arranque de motores.

Gradiente de cada (GDC)

Carga Comn Cos Tipo de

sistema Cobre Aluminio

Monofsico 0,04 0,063

Trifsico 0,035 0,055


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Gradiente de cada (GDC)

Arranque de motores cos Tipo de

sistema

Seccin de los conductores

Cobre Aluminio

de 1,5 a 25 mm 0,016 0,025 Monofsico

de 35 a 70 mm 0,0205 0,029

de 1,5 a 25 mm 0,0135 0,0215 Trifsico

de 35 a 70 mm 0,175 0,0255

10.0 Clculo de lneas de circuitos monofsicos y trifsicos con porcentaje elevado de

armnicas, en funcin de la corriente de lnea o de neutro, segn corresponda.

10.1 Comprobacin de los porcentajes de las armnicas de orden 3, 5, 7 y 9 en corriente, por mediciones o por el uso de tablas (por ej . 771-H-XIII y, 771.16.XIII del AEA 90364), y aplicar los factores de correccin correspondientes.

Factor de correccin (por reduccin de la intensidad de corriente admisible)

en los conductores de lnea y de neutro. (FRS)

Factor de reduccin Contenido de 3

armnica en la corriente de lnea (%)

Seleccin basada en la corriente de

lnea

Seleccin basada en la corriente de neutro

1.00

0.86

0.86

1.00

cos..3

)(

U

WPIf =

FRS

IfIf =3 (circuito equilibrado)

Nota 1: 3If es la corriente nominal de lnea calculada.

cos..3

)(

U

WPIf =

3)..(%hfIfIn = (circuito desequilibrado)

FRS

InIn =3

Nota 2: (%hf) porcentaje de armnicas en cargas monofsicas.


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11.0 Dimensionamiento trmico de los tableros. (Cumplimiento IEC 60670-24, IEC 62208)

Potencia disipada por polo a corriente nominal

Corriente asignada [A]

Potencia disipada [W]

10nI 3

1610 nI 3.5

2516 nI 4.5

3225 nI 6

4032 nI 7.5

5040 nI 9

6350 nI 13

10063 nI 15

125100 nI 20

Referencias de clculo:

neI : Corriente asignada de entrada

Corriente asignada del dispositivo de maniobra y proteccin ubicado en la entrada o cabecera del tablero o la suma aritmtica de las corrientes asignadas de todos los dispositivos de maniobra y proteccin ubicados en la entrada del tablero que son susceptibles de ser utilizados al mismo tiempo.

nuI : Corriente asignada de salida

Suma aritmtica de las corrientes asignadas de todos los dispositivos de maniobra y proteccin de salida del tablero que son susceptibles de ser utilizados al mismo tiempo.

nqI : Corriente asignada del tablero

Corriente asignada a ser calculada como: enenq KxII =

eK : Factor de utilizacin Relacin entre la corriente que realmente circula por alguno de los dispositivos de proteccin de entrada o cabecera del tablero y la corriente asignada de dicho dispositivo de cabecera. El factor de utilizacin se lo toma por convencin igual a 0.85

K : Factor de simultaneidad


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Relacin calculada por el instalador entre la corriente asignada del tablero ( )nqI y la corriente asignada de salida ( )nuI . Si en la cabecera existe un interruptor diferencial o un interruptor-seccionador en lugar de un interruptor automtico termomagntico la corriente asignada del tablero se considera igual a la corriente

asignada de salida ( )nuI

Nota 1: Si no se disponen los valores reales de corriente, se puede emplear convencionalmente el

factor de simultaneidad K indicados en la siguiente tabla:

N de circuitos principales Factor de simultaneidad

asignado (K)

2 y 3 0.8

4 y 5 0.7

6N 9 0.6

> 10 0.5

La potencia total disipada dentro del tablero se calcula con la siguiente expresin:

audpdptot PPPP ++= 2.0

donde:

totP : es la potencia total disipada en el tablero en watts.

dpP : es la potencia disipada por los dispositivos de proteccin, en watts, tomando en cuenta el

factor de utilizacin eK y el factor de utilizacin K .

dpP2.0 : es la potencia total disipada por las conexiones, los tomacorrientes, los reles,los

interruptores diferenciales, los interruptores-seccionadores, etc.

auP : es la potencia total disipada por los otros dispositivos y aparatos elctricos instalados en el

tablero y no incluidos en dpP y en dpP2.0 tales como las lmparas de sealizacin (ojos de buey),

los transformadores para campanillas, etc.

Verificacin:

detot PP

El valor de la potencia total disipada en watts en el tablero ( )totP debe ser menor o igual a

la potencia mxima disipable por la envoltura o gabinete ( )deP . Donde ( )deP es la potencia mxima disipable en watts en uso normal declarada por el fabricante.

Nota 2: Se deber tener en cuenta en el clculo los distintos niveles de circuitos, que se desprenden de un diagrama unificar.


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. :: Anexo: Tablas de consulta .

> Condiciones ambientales

tem UTILIZACIN CDIGO DESCRIPCIN

1 Temperatura ambiente AA4 -5 a + 40 C (normal)

2 Humedad atmosfrica AB4 5% a 95% (normal)

3 Altitud AC1 a 2000 m

4 Presencia de agua AD1 Despreciable

5 Presencia de cuerpos slidos

extraos AE1 Despreciable

6 Presencias de sustancias

corrosivas o contaminantes AF1 Normal

7 Impacto AG1 Baja severidad

8 Vibracin AH1 Baja severidad

9 Presencia de flora o moho AK1 Sin riesgo (normal)

10 Presencia de fauna AL1 Sin riesgo (normal)

11 Influencia electromagntica,

electrosttica o ionizante AM1 Despreciable

12 Radiacin solar AN1 Despreciable

13 Efectos ssmicos AP1 Despreciable

14 Descargas atmosfricas AQ2 Exposicin indirecta


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> Condiciones de utilizacin

tem UTILIZACIN CDIGO DESCRIPCIN

BA1 Normal u ordinaria

BA2 Nios

BA3 Personas con capacidad diferente

BA4 Instruidos en seguridad elctrica

1 Capacidad de las

personas

BA5 Calificados en seguridad elctrica

2 Resistencia elctrica del cuerpo humano

BB1 Normal

BC2 Bajo

3

Contacto con personas al potencial

de tierra BC3 Frecuente

BD1 Baja densidad ocupacional y

condiciones fciles de evacuacin

BD2 Baja densidad ocupacional y

condiciones difciles de evacuacin

BD3 Alta densidad ocupacional y

condiciones fciles de evacuacin

4

Condiciones de evacuacin ante un

siniestro

BD4 Alta densidad ocupacional y

condiciones difciles de evacuacin

BE1 Riesgos insignificantes (normal)

BE2 Riesgo de incendio

BE3 Riesgo de explosin

5

Naturaleza de los materiales

procesados o almacenados

BE4 Riesgo de contaminacin

CA1 No combustibles (normal)

6 Materiales de construccin

CA2 Combustibles

CB1 Riesgo despreciable

CB2 Riesgo de propagacin de incendio

CB3 Riesgo de movimiento

7 Proyectos de edificios

CB4 Estructuras flexibles o inestables


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> Tipos de cortocircuitos

Consumo de Electrodomsticos

Artculo Consumo en

funcionamiento (watts) Consumo en el arranque (watts)

Cafetera 900 900

Plancha 950-1200 950-1200

Tostadora 750-1000 750-1000

Aspiradora 1000 1500

Lavaplatos 700 1400

Freidora 1300 1300

Hormo microondas de 750w 750 1500

Grill elctrico 1000-1500 1000-1500

Heladera con freezer 500 1500

Lavarropas automtico 500 2200

Secarropa 575 2300

Caloventor 1500 1800

Lmpara incandescente de 40w 40 40

Tubo fluorescente de 40w 50 100

Televisor color 21 100 150

Video casetera 25 25

Aire acondicionado 2200 frigoras 1500 2500

Bomba de agua c/motor de HP 700 1800

Agujereadora manual 300 900

Computadora 150 150

Computadora porttil 200 200

Monitor 14 150

Fax 60 60

Impresora chorro de tinta 15 15


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> Curvas de Contactores


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> Curvas de fusibles


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. :: Anexo informativo .

> Aparatos de Maniobra

MANIOBRAS EN LA RED ELECTRICA, SECCIONAMIENTO E INTERRUPCION

Alfredo Rifaldi - Norberto I. Sirabonian /(Internet 2006)

MANIOBRAS EN LA RED ELECTRICA

En la red elctrica es necesario ejecutar maniobras, variar su configuracin, su topologa.

Ciertas maniobras son necesarias para simplemente conectar cargas, se debe establecer corriente en condiciones que se presumen normales, pero a veces la maniobra origina una falla.

El aparato sometido a estos requerimientos debe ser capaz de soportar la condicin previa a la maniobra, asegurar la aislacin de la carga, luego establecer la corriente normal o cuando la falla existe, la corriente de falla.

Si ocurre falla algn aparato deber encargarse de la interrupcin, ser adecuado para ello, soportando los fenmenos que suceden inmediatamente.

Segn sea la red se presentarn distintas condiciones que podemos analizar en detalle, pero la corriente que debe establecerse e interrumpirse puede adems tener distintas caractersticas, capacitiva, inductiva, tener distintos valores, incluir una componente continua, armnicas, etc.

Ciertas maniobras se ejecutan sin establecer o interrumpir corriente, se las llama maniobras de seccionamiento, para distinguirlas de las de interrupcin.

SECCIONAMIENTO

El aparato que cumple esta funcin se llama seccionador, y se trata de un aparato electromecnico cuya funcin es estando abierto soportar la aislacin entre dos partes del circuito, en cualquier condicin mantener la aislacin hacia masa, y estando cerrado conducir corrientes normales permanentemente, y sobrecargas y cortocircuitos por tiempos establecidos.

El seccionador en principio solo puede establecer e interrumpir corrientes despreciables, o con diferencias de potencial despreciables entre sus extremos.

Sus caractersticas son abierto aislacin entre contactos, en cualquier posicin aislacion a masa, cerrado conduccin de corriente permanente, o sobrecorrientes por tiempos definidos (breves).

INTERRUPCION

El interruptor suma a las caractersticas antes enumeradas la capacidad de interrumpir corrientes de cualquier tipo y valor hasta las corrientes de cortocircuito mximas, y por cierto establecer estas corrientes.

Lgicamente la duracin de los contactos, del medio aislante, de las cmaras que contienen los fenmenos que se producen limitan la cantidad de maniobras que pueden hacerse en distintas condiciones, sin mantenimiento (se produce desgaste de los contactos, de las cmaras, del medio de interrupcin).


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Cada tipo de interrupcin presenta caractersticas que pueden ser distintas, y que adems dependen del principio de funcionamiento del interruptor.

Los aparatos que no pueden llegar a interrumpir cortocircuitos no son interruptores, se los llama interruptores de maniobra, y cuando cumplen ciertas condiciones (de aislacin) seccionadores bajo carga

Si comparamos las caractersticas de aislacin que fijan las normas para interruptores y seccionadores, notaremos diferencias en la aislacin entre contactos abiertos, en alta tensin en particular el interruptor siempre se encuentra asociado a seccionadores por lo que la funcin de seguridad de la aislacin se ha asignado a estos ltimos.

Los interruptores tienen dos posiciones estables en las que pueden encontrarse, abiertos, o cerrados, y tienen una duracin mecnica en cuanto a maniobras que pueden hacer, esta duracin en comparacin con otros aparatos parece limitada.

CONTACTORES

Los contactores tambin tienen capacidad de interrumpir corrientes, pero no de cortocircuito, desde este punto de viste parecen interruptores de maniobra. Tienen capacidad de hacer una cantidad enorme de maniobras mecnicas, en el orden del milln, mientras que los interruptores despus de 1000 o diez mil maniobras requieren mantenimiento.

Los contactores estn concebidos para conectar y desconectar cargas, motores por ejemplo, y para realizar un gran numero de maniobras sin mantenimiento, ya que su funcin es maniobrar (conectar y desconectar) cargas con frecuencia.

Generalmente tienen una sola posicin estable (abierto), y se mantienen cerrados por la accin de una bobina excitada.

Los contactores no tienen capacidad de interrumpir cortocircuito, esto se confa a otro aparato que se instala en serie, un interruptor, o un fusible, que tienen la funcin de proteger al contactor y la instalacin en caso de cortocircuito.

FUSIBLES

Los fusibles solo son capaces de interrumpir corrientes elevadas, sacrificando su integridad, y luego deben ser repuestos, en general en un sistema trifsico, cuando un fusible se funde no puede garantizarse que los otros no se hayan degradado.

DEFINICIONES

Las normas IEC (internacionales) se han ocupado de establecer definiciones que permiten encuadrar los distintos aparatos permitiendo su utilizacin correcta.

Interruptor es un aparato mecnico de conexin, que tiene dos posiciones de reposo, capaz de establecer, soportar, e interrumpir corrientes en condiciones normales de circuito, as como en condiciones predeterminadas establecer, soportar por un lapso definido, e interrumpir corrientes en condiciones anormales especificadas de circuito tales como las de cortocircuito.

Seccionador es un aparato utilizado para abrir o cerrar un circuito con una corriente despreciable (como ser corriente capacitiva de barras, conexiones, longitudes muy cortas de cables, corriente de transformadores de tensin y divisores capacitivos) bien con un cambio insignificante de tensin entre sus terminales.


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Estamos utilizando dos palabras que conviene buscarlas en el diccionario, aparato y dispositivo, veamos que significan:

Aparato: apresto, preparativo, conjunto de cuanto se necesita o requiere para un objeto dado. Anatoma - conjunto de rganos que concurren a desempear una funcin. Reunin y combinacin de medios y elementos mecnicos dispuestos para ser empleados en la ejecucin de movimientos, experiencias, labores, y maniobras.

Dispositivo: dicese de lo que dispone.

MECANISMOS DE INTERRUPCION DE LA CORRIENTE ELECTRICA

Si se intenta interrumpir una corriente elctrica separando contactos se observa la formacin de un arco elctrico, que sigue sosteniendo la corriente, presentando simultneamente cierta diferencia de potencial entre contactos.

Las corrientes mas elevadas se presentan cuando se producen cortocircuitos, las reactancias son preponderantes, la corriente esta desfasada casi 90 grados respecto de la tensin.

Si la diferencia de potencial entre contactos es pequea, la corriente de arco (ver lamina)

Corriente de arco

se modificara muy poco respecto de la que hubiera habido de no haberse formado arco, se dice que se ha presentado un arco de baja resistencia; obsrvese el lapso mientras los contactos permanecen cerrados (1), el lapso a partir del inicio del movimiento de los contactos, hasta la anulacin de la corriente (2), la corriente que finalmente se anula (4), la tensin de arco que es muy pequea en el caso examinado por lo que la resistencia de arco es tambin reducida (3), la tensin inmediatamente despus de la interrupcin que por oscilaciones amortiguadas alcanza la tensin impuesta por la fuente (5).

Si en cambio la corriente presunta (ver lamina) es muy distinta a la corriente que efectivamente se presenta, entonces la resistencia del arco es relativamente grande, por eso modifica la corriente; la separacin de contactos inicia en (t0), la corriente se extingue en (toff), la tensin de arco crece a medida que pasa el tiempo desde el inicio de la separacin de contactos (UB), la corriente se modifica respecto de la que se tendra con tensin de arco nula, obsrvese la corriente (i) que se interrumpe en fase con la tensin debido a que la resistencia de arco se hizo preponderante en el circuito.


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Mientras la corriente es relativamente grande, el arco no se interrumpe, una columna ionizada, plasma, conduce la corriente entre los electrodos.

En corriente alterna la corriente pasa por cero y luego se invierte, en ese instante la columna puede perder conductividad, y si esto ocurre se interrumpe la corriente.

Corriente Presunta

En los instantes sucesivos se presenta cierto potencial aplicado entre los contactos, si la rigidez dielctrica de la interrupcin crece (o se mantiene superior a la tensin aplicada), esta habr tenido xito, si en cambio se restablece la corriente, habr que esperar el sucesivo pasaje por cero para opinar respecto del xito de la interrupcin.

En corriente alterna merced a esta situacin se puede efectuar la interrupcin aun con resistencias de arco bajas, en corriente continua no ocurre lo mismo, debe lograrse intercalar suficiente resistencia de arco, y una suficiente reduccin de corriente para lograr interrumpir.

EL ARCO ELECTRICO

Los arcos estables han sido estudiados desde largo tiempo, mientras que los arcos en corriente alterna, con variaciones de la posicin de los electrodos (los contactos que se separan) son mucho mas difciles de estudiar, en rigor los interruptores que utilizan estos principios se ensayan en condiciones prximas a las reales y establecidas por normas.

Si el arco en su evolucin se convierte en un arco de elevada resistencia al final se tratara de interrumpir una corriente resistiva (corriente y tensin en fase), si en cambio es de baja resistencia (ver lamina) la interrupcin ser particularmente sensible a las condiciones de corriente y tensin que se presentan en la proximidad del cero de corriente (corriente y tensin desfasadas, hay tensin con corriente nula).

Analicemos el fenmeno en dicho instante, supongamos que intentamos interrumpir una corriente resistiva, en el momento en que la corriente se anula tambin la tensin entre contactos es nula, a partir de ese instante crecer en el tiempo en igual forma que la tensin de la fuente.Pensemos ahora en la interrupcin de una corriente inductiva, en el momento en que la corriente pasa por cero observemos la tensin en los contactos, un instante antes era nula, si la interrupcin tiene xito, un instante despus la tensin tendr un elevado valor, que corresponde a la que impone la fuente...Hemos despreciado en nuestros razonamientos


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las capacitancias parsitas que hay entre los contactos del interruptor, en rigor la tensin pasara de cero al valor final, a travs de un transitorio con importantes sobretensiones del orden de 2 veces.

Hemos analizado una corriente de cortocircuito en bornes del interruptor y su interrupcin, y hemos observado la tensin entre los contactos.

Si el cortocircuito se establece en lnea, (a alguna distancia del interruptor) la interrupcin presenta dos tensiones de distintas caractersticas, del lado fuente la tensin variara en forma parecida a la indicada, partiendo del valor correspondiente a la cada de tensin en lnea, mientras del lado lnea se presentara un fenmeno de onda viajera, que causa en el borne del interruptor una onda diente de sierra.

La tensin entre bornes crece con gran velocidad, y para que la interrupcin tenga xito, la distancia entre contactos debe soportar estas condiciones, impuestas por la lnea, circuito de parmetros distribuidos.

Un efecto parecido puede presentarse cuando se interrumpe un cortocircuito secundario de un transformador, desde el interruptor el transformador es visto como una capacitancia con una inductancia en paralelo, esta es una simplificacin demasiado drstica, pero el fenmeno observado es con oscilaciones del lado del transformador, y una tensin del lado de alimentacin con oscilaciones parecidas (aunque menores) que para el cortocircuito franco.

La interrupcin de la corriente de un reactor derivacin, o un cortocircuito con reactor serie tambin son anlogas.

Totalmente distintas son las condiciones cuando se interrumpe una corriente capacitiva, banco de capacitores, cables en vaco, lneas areas en vaco.

En este caso al pasar la corriente por cero, se interrumpe, de un lado queda el capacitor cargado, del otro la fuente la tensin sigue variando con la frecuencia de la red.

Si la interrupcin tiene xito un cuarto de ciclo despus se tendr sobre los contactos aplicada la mxima diferencia de tensin.

Si en cambio se presenta falla dielctrica del interruptor, se establecer una corriente con un pico muy grande, aparecer una oscilacin de gran amplitud, y el capacitor podr quedar cargado con doble tensin, siendo la situacin final con tensin an mas alta, este fenmeno es llamado reencendido, y hace que ciertos interruptores no sean adecuados para largas lneas, cables o capacitores.

Tambin la interrupcin de pequeas corrientes inductivas puede presentar efectos de reencendido, pero no con los desastrosos efectos acumulativos antes comentados, simplemente al aumentar la distancia entre contactos la interrupcin finalmente tiene xito, pero sucesivas interrupciones y reencendidos crean trenes de ondas viajeras que pueden daar las aislaciones.

Una corriente particular puede presentarse en caso de cortocircuito en una lnea que parte de un nodo prximo a una batera de capacitores, el interruptor de la lnea deber interrumpir la corriente de cortocircuito, con superpuesta la corriente de descarga de los capacitores, de frecuencia relativamente alta, quizs presentando varios pasajes por el cero en escasos milisegundos...

Las normas suponen que la corriente es de amplitud constante como corresponde cuando se esta a distancia (elctrica) relativamente grande de las maquinas generadoras. La presencia de los fenmenos transitorios y de la componente continua en proximidad de generadores, puede ser causa de que la corriente de falla no pase por cero durante cierto nmero de ciclos, presentndose entonces al interruptor una situacin de gran dificultad.


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No olvidemos que tambin en casos normales, con elevada constante de tiempo de la componente continua, los dos semiciclos sucesivos son de amplitud totalmente distinta, y ofrecen distinto grado de dificultad al xito de la interrupcin.

Mientras el interruptor esta cerrado el efecto joule en los contactos es la nica magnitud que produce efecto apreciable, calentamiento de los contactos, en cuanto los contactos se separan puede medirse la tensin de arco, puede hablarse de potencia de arco, e integrndola en el tiempo, energa de arco.

La comparacin de como evoluciona esta energa, con la que el interruptor es capaz de controlar, es la que seala el posible xito o fracaso de la interrupcin, y es el factor que el proyectista estudia relacionando tensin, corriente, tiempo, energa.

PRINCIPIOS CONSTRUCTIVOS DE LOS EQUIPOS DE MANIOBRA

El ingenio humano ha dado pruebas significativas en la historia de los interruptores, las soluciones fueron sucedindose con rapidez unas a otras, las nuevas soluciones presentaban nuevos problemas, y la tcnica exiga soluciones completas y generales.

Las tcnicas de interrupcin comenzaron utilizando el aire natural, e inmediatamente buscaron otros fluidos, aceite, agua, aire comprimido, SF6, las formas y el tamao de los aparatos fue cambiando, llegndose finalmente a soluciones compactas actuales.

Actualmente los interruptores de baja tensin utilizan cmaras de interrupcin de ion, con varias chapas metlicas que dividen el arco aumentando la tensin de arco (resistencia), cuando las corrientes nominales son relativamente bajas de modo que los contactos son livianos y pueden ser fcilmente acelerados, se realizan interruptores con caractersticas limitadoras, que deforman notablemente la corriente de cortocircuito, impidiendo que se presente el pico mximo.

Parece que tendrn futuro los interruptores en vaco, y los de estado slido (sin contactos de interrupcin mviles...).

En media tensin las tcnicas actualmente difundidas son el vaco, el gas SF6 en versiones auto soplante, de arco rotativo, todava en aplicaciones especiales se utiliza el aire comprimido, y el aire a des ionizacion magntica.

Los interruptores en pequeo volumen de aceite, fueron los mas difundidos en el pasado, y todava sern utilizados por muchos aos, aunque ya casi no se fabrican.

En media tensin se utilizan interruptores de limitado poder de interrupcin (llamados seccionadores bajo carga o interruptores de maniobra, incapaces de interrumpir el cortocircuito), la buena tcnica solo ha dejado subsistir los auto neumticos en aire y en ambiente cerrado de SF6.

En alta tensin la tcnica avanzo en direccin de soluciones modulares de cmaras en serie, el pequeo volumen de aceite, el aire comprimido, el SF6 tipo auto soplante, fueron las soluciones que mas xito tuvieron, y la decadencia de cada solucin tcnica apareci al alcanzar sus limites naturales de aplicacin.

En el futuro puede preverse la utilizacin del vaco, multicamara.

En todos los casos el interruptor en su concepcin actual debe tener un comando que mecnicamente debe ser optimo, las buenas cualidades elctricas de la cmara de interrupcin deben estar acompaadas por sobresalientes caractersticas mecnicas, despus de haber quedado cerrado mucho tiempo se exige siempre una buena actuacin, rpida, oportuna... todava hoy este proyecto presenta importantes desafos.

El vaco es un mtodo de interrupcin que en algunas aplicaciones trae aparejadas sobretensiones que se propagan en los circuitos solicitando en modo inconveniente algunos componentes, por lo que debe


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estudiarse atentamente su aplicacin. Quizs esto sea consecuencia de ser el mtodo de interrupcin mas joven.

La tensin en los interruptores multicamara debe repartirse con oportunos capacitores que regulan la solicitacin en cada una, tambin influyen controlando la tensin de retorno que se presenta.

CARACTERISTICAS FUNCIONALES DE INTERRUPTORES

Las caractersticas funcionales, sirven para especificar los aparatos, definindolos.

La especificacin de un dispositivo se hace con el objetivo de obtenerlo en el mercado, o construirlo especialmente.

Cuando el objetivo de la especificacin es la construccin de un equipo especial, el nico limite a lo que se especifica esta dado por la posibilidad constructiva, y los riesgos de que la construccin no tenga xito.

Generalmente es preferible comprar dispositivos normales, existentes, por lo que la especificacin debe identificar suficientemente bien las caractersticas de inters, definiendo adecuadamente el objeto de compra.

Frecuentemente el proyectista de instalaciones debe hacer esfuerzo en lograr una instalacin donde puedan utilizarse los dispositivos mas abundantes del mercado, y para esto quizs haya que esforzarse en replantear el proyecto mas veces.

La primera caracterstica del interruptor es su tensin nominal:

baja tensin

media tensin

alta tensin

altsima tensin

Un mismo interruptor de baja tensin puede ser aplicado en instalaciones de distintas tensiones nominales, por ejemplo 230 V, 400, 500, 660, 750, 1000 V (a veces no todos los valores, sino solo algunos), es as que frente a una especificacin se pueden obtener soluciones muy distintas.

En media tensin en cambio los aparatos pueden utilizarse en unas pocas tensiones nominales, las medias tensiones utilizadas en nuestro pas 2.3 kV, 3.6, 5, 7.2, 11, 13.2, 13.8, 36 kV utilizan aparatos de tensiones nominales que dependen del pas de origen del aparato (o de su licencia de fabricacin) por ejemplo aparatos de origen europeo de tensin nominal 17.5 kV se utilizan para las tensiones nominales de 7.2 hasta 13.8 kV, lamentablemente entonces no se pueden aprovechar al mximo...

En alta tensin los fabricantes plantean soluciones para su mercado de mas importancia, y esa adopcin la ofrecen a los otros mercados, por ejemplo una solucin para 145 kV se ofrece para redes de 123 kV, una solucin para 170 kV se lo ofrece para 145 kV.

A medida que la tensin crece aparecen soluciones modulares, cmaras mltiples en serie, es as que deben observarse soluciones de 245 kV, 362 (altsima tensin), 420, 550, 765 - 800 kV que cada fabricante ha desarrollado, notndose que cada fabricante ha tratado de minimizar la cantidad de cmaras en serie, para reducir el costo, en el transcurso de los aos a medida que una solucin se sustituyo por otra la tensin nominal de la cmara modular fue creciendo as en los aos 70 un interruptor de hexafluoruro de 362 kV tenia tres cmaras, hoy (en el 2000) se ofrece con dos, solucin que tambin alcanza para algn fabricante para 550 kV, es decir que la cmara es de tensin nominal 245 kV.Asociada a la tensin nominal, se presentan las caractersticas de aislacion, tensin de ensayo a frecuencia industrial, tensin de ensayo a impulso.La otra caracterstica es la corriente nominal, en baja tensin los valores que se presentan estn


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asociados a los rels de proteccin integrados al interruptor, cada tipo de interruptor cubre hasta cierta corriente nominal mxima, 63 A, 100, 1250, 2500, 4000, 6300 A.

En media tensin los fabricantes han reducido las opciones que ofrecen, 800 A, 1250, 1600, 2500, en general solo 2 de estos valores, y es difcil encontrar aparatos de corriente nominal elevada.

Los interruptores para generadores cubren necesidades por arriba de los 10000 A.

En alta tensin las soluciones se orientaron a corrientes nominales 2000 o 3000 A, buscando en las soluciones de los aos 70 observamos soluciones de 1250 A, y menos.

El otro tema es la corriente de interrupcin, en baja tensin 1 KA, 10 hasta 100 (los interruptores limitadores).En media y alta tensin esta caracterstica es 20 KA, 40, 63. En altsima tensin las soluciones de menores corrientes (para una misma tensin) son en general con menor cantidad de cmaras.

Exigencias que se presentan al interruptor

Un folleto de 1970 propona que un interruptor no puede ser juzgado solo en base al poder de interrupcin normal de cortocircuito, y explicaba que pocas veces, quizs nunca en su vida, el interruptor deba interrumpir dicha corriente.

Pero todos los das, para un servicio seguro y tranquilo, que no incremente el precio de adquisicin (inicial), por la continuidad y calidad de servicio, para la proteccin de los aparatos, las maquinas, las lneas, los cables, y para la seguridad de las personas, un verdadero interruptor, cualquiera sea su poder de interrupcin, aun si muy superior al que corresponde al punto donde fue instalado, debe:

ser mecnicamente simple y de seguro funcionamiento en el tiempo.

Realizar en cualquier condicin de servicio ciclos de recierre rpido

Interrumpir pequeas corrientes inductivas, con sobretensiones limitadas (menores de 2.5 - 2), por ejemplo fallas en el secundario de transformadores.

Interrumpir pequeas corrientes magnetizantes de transformadores en vaco, con sobretensiones limitadas.

Interrumpir lneas y cables en vaco sin reencendidos.

Interrumpir con seguridad fallas en lnea (kilomtricas).

Interrumpir fallas consecutivas

Interrumpir en oposicin de fase

Interrumpir cortocircuitos repetidos sin requerir mantenimiento.

Se trata de una excelente sntesis, que conviene repasar frente a la necesidad de comparar entre si distintos interruptores, con el objetivo de tomar una decisin, que seguramente no puede ser orientada por el solo precio, sino debe ser antes calificada por la comparacin pesada de estas prestaciones.

Descripcin de distintos tipos de interruptores

El interruptor es un aparato esencialmente formado por contactos que se separan con importante velocidad para pasar rpidamente de condiciones de conduccin a aislacion, y un mecanismo de comando con energa acumulada para lograr satisfacer las condiciones de movimiento.

El ambiente en el que se separan los contactos permite una clasificacin y define una cantidad de tipos de interruptores

aire natural

aire con cmaras de ion

aire a desionizacion magntica (cmaras cermicas, o metlicas - cada catdica)


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arco rotativo

aceite, gran volumen

interrupciones mltiples (en serie)

aire comprimido, soplado longitudinal, transversal

con resistor de apertura

aceite, pequeo volumen (cmaras mltiples)

hexafluoruro de dos presiones (neumtico)

hexafluoruro de simple presin, auto soplante

hexafluoruro de arco rotativo

vaco, con distintos materiales en los contactos, cmaras mltiples, resistores de maniobra

hexafluoruro con aprovechamiento de la energa de arco

seguramente en un futuro prximo, cmara de interrupcin de estado slido

Los comandos son de distintos tipos, pero todos se caracterizan por disponer de energa acumulada, y deben ser adecuados al tipo de interruptor, ya que entre comando y cmaras de interrupcin se debe lograr la solucin optima:

comando a solenoide (combinado con resortes)

comando a resortes (helicoidales, y espirales, cargados con motor elctrico, o a mano)

comando de aire comprimido, de un efecto (combinado con resortes) o de doble efecto

comando de aceite a presin, fluodinamico

comando de gas (hexafluoruro) a presin, y resortes.

Intentar explicar el desarrollo de estas distintas tcnicas y sus variantes, y como se encadenaron y evolucionaron es dificultoso y complicado, en forma arbitraria se han seleccionado una serie de figuras encontradas en revistas que muestran caractersticas de distintos tipos de aparatos, y que cubren casi 100 aos de desarrollo tecnolgico alrededor de estos temas.

Puede ser de inters observar como ha variado para los distintos tipos de interruptores la faja de mercado que han cubierto durante cierto periodo del siglo XX.

Faja de mercado


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Se puede resumir el comportamiento de los distintos tipos de interruptores en un nico concepto, los contactos se separan, se forma el arco, y este puede ser de baja resistencia o de alta resistencia, y en relacin con el, es el comportamiento de la tensin de retorno (ver figura) que aparece inmediatamente.

Tensin de retorno

El desarrollo de los interruptores es esencialmente experimental, el desarrollo terico o de gabinete es complementario, de los ensayos se extrae informacin que sirve para juzgar fortalezas y debilidades del proyecto y que orienta hacia nuevas mejoras, pero no se puede encarar un desarrollo sin la disponibilidad de un laboratorio de pruebas que permita simular condiciones elctricas reales de la interrupcin.

interrupcin en aire libre

Modelo primitivo de interruptor en aire libre, con cuernos de arco. Se observan los contactos que se separan, el arco se forma entre ellos, se transfiere a los cuernos y deslizando sobre estos se alarga y se enfra.

Interruptor al aire libre

Pero el arco se mueve libremente, y es necesario asegurar espacio para que la interrupcin no se transforme en un arco de falla (a masa o entre fases). Para limitar el desgaste de los contactos por el arco es necesario alejarlos rpidamente, esta accin no puede ser desarrollada por el esfuerzo del operador, la energa para la operacin se acumula previamente, la apertura es iniciada por un mecanismo de gatillo que libera el disparo de apertura, la energa mecnica de apertura se carga durante el cierre.


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Algunos conceptos bsicos que se observan se han mantenido en el tiempo, la separacin de funciones de conduccin y arco (para no desgastar con el arco los contactos de conduccin), el alargamiento del arco, el aprovechamiento de fuerzas electrodinamicas.

cmaras de ion

Es necesario controlar el movimiento del arco, se lo puede contener dentro de una cmara para que no escape libremente, en el interruptor de baja tensin en aire se observa que cuando sus contactos se alejan, el arco pasa a los contactos de arco, entra en la cmara, y en ella debe apagarse, por la parte superior de la cmara deben salir solo los gases pero no el arco, obsrvese otro interruptor de baja tensin en aire que de todos modos es muy semejante. Las cmaras pueden estar hechas con chapas metlicas o material aislante,

Otra figura muestra un interruptor de baja tensin de corriente nominal elevada, y de tipo extraible, el detalle de los contactos cerrados y abiertos es de inters.

Interruptor en aire


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Los contactos pueden ser planos como vistos o de cuchilla como muestra el detalle cmara de interruptor de un modelo mas moderno de interruptor en aire

Cmara del interruptor

El tamao de los interruptores fue cubriendo desde las aplicaciones domiciliarias a las mximas exigencias industriales, obsrvese un pequeo interruptor en caja aislante, el despiece del aparato ayuda a interpretar la funcin de los principales componentes.

Interruptor en caja aislante


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El aprovechamiento de las fuerzas electrodinamicas y la gran velocidad de alejamiento de los contactos suficientemente livianos (poca fuerza de inercia) inicio el desarrollo del interruptor limitador que impide se alcance el pico mximo de cortocircuito, ventaja ofrecida por los buenos fusibles.

Interruptor limitador

Los conceptos de desarrollo de los interruptores limitadores, prosperaron a mayores tamaos, complementndose con interruptores en aire aptos para proteccin selectiva.

Corte de un interruptor de uso industrial, con rels trmico y magntico.


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Interruptor de contacto rotativo obsrvense particularmente las formas de los caminos de corriente.

Corte de un interuptor

Contacto rotativo

Detalle de interruptor de elevada resistencia electrodinmica corte del aparato obsrvense los elementos componentes, la solucin moderna ofrece rel electrnico alimentado por un transformador de corriente.

Esfuerzos electrodinmicos


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El progreso de los interruptores se baso en el cuidadoso estudio de los esfuerzos electrodinmicos entre contactos, lo que permiti mejorar sus formas y comportamiento.

Repulsin de los contactos


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Los interruptores limitadores aprovecharon los principios de repulsin de los contactos tambin basados en esfuerzos electrodinmicos.

Que se complementaron con dispositivos magnticos de repulsin de los contactos, como muestra la figura.

contactor en aire

El contactor, vase un modelo de contactor en aire, debe poder hacer gran numero de maniobras sin mantenimiento, pero no debe interrumpir corrientes de cortocircuito, el mecanismo debe ser simple, liviano, robusto, los contactos autolimpiantes, obsrveselos inclinados para auto centrarse, el arco debe apagarse rpidamente en la cmara.


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Otros modelo muestra una solucin con contactos planos, y otro propone contactos con forma mas adecuada para soplar el arco, comprese la forma con la del interruptor limitador.

Contactos planos


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Contactos con forma

soplado magntico


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Es necesario que el arco se desplace dentro de la cmara, en el interruptor de soplado magntico, se busca este efecto con bobinas por las que circula la corriente a interrumpir, el efecto de la cmara es proporcional a la corriente, el esquema muestra varios detalles y explica el funcionamiento.

Esquema

Ms natural es la propuesta con el arco que se desplaza hacia arriba como se observa en la figura.

Desplazamiento del arco


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Obsrvese el esquema de principio, los bornes, el contacto fijo y el mvil, se separan, el arco se transfiere al cuerno, se intercala una primera bobina, y a medida que el arco se desplaza se intercalan las otras, el arco es desplazado dentro de la cmara. En ella se alarga y se enfra.

Otro modelo interruptor de soplado magntico las cmaras son cermicas, se observan los cuernos de arco principales, y los cuernos intermedios, que actan cuando el arco ya esta en la cmara. El arco y los cuernos toman una forma de solenoide, el mismo arco genera el campo magntico.

Interruptor de soplado magntico

Observemos otro modelo de cmaras de interrupcin con chapas metlicas, y cuernos intermedios, aqu tambin se genera el solenoide, pero el arco entra en las cmaras de chapas metlicas.

En estos ltimos modelos el solenoide origen del campo magntico esta formado en parte por conductores, en parte por el mismo arco y no es fcilmente controlable, en cambio con electroimanes el control es mas fcil, la cmara de soplado magntico muestra el detalle de la bobina lateral, contactos y cmara de interrupcin, el campo magntico es creado por un electroimn, el diseo tiende a lograr campo uniforme entre los ncleos laterales, tambin aparecen campos dispersos y bobinas laterales que los tienden a anular.


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Cmara de interrupcin

El efecto magntico es proporcional a la corriente que se debe interrumpir, con elevadas corrientes el efecto es grande, pero el interruptor debe interrumpir tambin pequeas corrientes, con estas se observa que el arco no se desplaza hacia dentro de la cmara con suficiente rapidez, aparece entonces pistn que genera un soplado de aire que obliga a que el arco se encauce en su camino.

Otro modelo de cmara de soplado magntico para mejorar la distribucin del campo dispone la bobina al centro de la cmara, en su movimiento el arco embiste una pequea cmara de interrupcin que se observa en el centro, se inserta la bobina, y aparece el efecto del campo que se establece.

La figura esquematiza el funcionamiento del interruptor y el movimiento del arco dentro de la cmara de interrupcin y las fuerzas que actan.

Soplado magntico


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Soplado magntico Soplado en aire

El detalle de la cmara de interrupcin de placas cermicas muestra como se alarga el arco, y como es obligado a reducir su dimetro por influencia del corte en V de las placas a medida que penetra en la cmara.

Cmara de interrupcin de placas cermicas

El detalle muestra el montaje de las placas cermicas. Mientras se desplaza dentro de la cmara se observa el arco en distintas situaciones la columna de arco a medida que penetra en la cmara es deformada y aparece un efecto de enfriamiento.


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Placas cermicas

Es conveniente que el campo magntico y la corriente no estn en fase, de manera que el efecto magntico se mantenga en el momento en que la corriente se extingue, presentndose el efecto sobre los iones, y ayudando a la renovacin del aire, esto se consigue con una espira en cortocircuito sobre el ncleo del electroimn

Los contactos del tipo cuchillas se observan en el detalle de la figura, contactos principales (que deben ofrecer poca resistencia elctrica) y de arco, adems el contacto rotante (donde la cuchilla gira y que tambin debe tener baja resistencia), pistn de soplado, biela aislante que transmite movimiento a la cuchilla.

Contactos tipo cuchilla


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El soplado magntico tambin fue aprovechado en los contactores de media tensin.

Contactores de MT

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