Al iniciarse la separación entre contactos fijo y móvil de un interruptor, se establece entre ellos un arco eléctrico a través del cual continúa circulando la corriente. La diferencia de tensión entre contactos fijo y móvil es muy pequeña respecto a la tensión de servicio, pues es solo la caída de tensión en el arco.
Por tratarse de una corriente alterna, su intensidad pasa por cero cada medio periodo. Por tanto, a cada paso por cero el arco se apaga. El objetivo del interruptor es impedir que vuelva a restablecerse ("reencendido") después de su paso por cero.
Por una parte, al apagarse el arco y por tanto quedar abierto el circuito, la tensión entre contactos fijo y móvil crece rápidamente con intención de alcanzar el valor de la tensión de servicio.
Por otra parte, al extinguirse el arco, el espacio entre contactos fijo y móvil se enfría y por tanto se desioniza por lo cual aumenta también rápidamente la rigidez dieléctrica del medio aislante entre contactos (aire, aceite, SF6, vacío, etc.).
Se produce pues como una "carrera" entre el aumento de la tensión entre contactos y el aumento de la rigidez dieléctrica entre los mismos.
Si la rigidez dieléctrica aumenta más rápidamente y alcanza un valor superior al de la tensión entre contactos, no se produce reencedidos o recebados del arco, y la corriente queda definitivamente interrumpida (Figura 1 a).
Si, por el contrario, la tensión entre contactos crece más rápidamente y alcanza un valor superior al de la rigidez dieléctrica en el espacio entre contactos, se produce una perforación dieléctrica de dicho espacio con el consiguiente reencendido o recebado del arco entre contactos, el cual se mantendrá hasta el nuevo paso por cero de la corriente, momento en que volverá a repetirse la "carrera" explicada (figura 1 b).
Figura 1: Curvas de regeneración dieléctrica en caso de corte con éxito (a)
o con ruptura dieléctrica (b)
En realidad, el proceso de interrupción es un fenómeno más complejo. Lo explicado es una visión simplificada del mismo.
El objetivo del interruptor a cada paso por cero de la corriente con el consiguiente apagado del arco, es pues favorecer el más rápido crecimiento de la rigidez dieléctrica en el espacio entre contactos fijo y móvil. Los recursos para conseguirlo son básicamente:
- Rápido aumento de la separación entre contactos, o sea velocidad de apertura lo más elevada posible.
- Rápida y enérgica desionización del espacio entre contactos.
Esto se consigue:
- Enfriando enérgicamente dicho espacio entre contactos. En efecto, el grado de ionización aumenta con la temperatura.
- Desionizando directamente por captación de electrones libres
- Llenando de la cámara con un fluido aislante, líquido o gaseoso, de elevada rigidez dieléctrica y buenas características como refrigerante (calor específico, conductividad térmica, entalpía) . Se les denomina comúnmente "fluido extintor".
- Diseñando el interior de la cámara de forma que favorezca e incremente la acción refrigerante del fluido extintor, a base de inyectar cantidades frescas del mismo a la zona del arco entre contactos. La energía para esta inyección la proporciona el mecanismo de accionamiento, junto con la energía para la maniobra de apertura.
- Practicando un elevado vacío en la cámara, con lo cual se obtiene una muy elevada rigidez dieléctrica en el espacio entre contactos. Es el sistema de los denominados "interruptores de vacío".
El interruptor debe interrumpir la corriente solamente cuando esta pasa por su valor cero, y por tanto el arco eléctrico se apagará, a base de impedir que vuelva a encenderse, según lo antes explicado.
El interruptor no debe nunca apagar el arco antes de que se extinga por sí mismo pues esto provocaría una interrupción brusca del paso de la corriente, lo cual produciría una elevada sobretensión entre contactos, peligrosa para el propio interruptor y para los otros aparatos y elementos del circuito. Los interruptores deben estar debidamente diseñados para evitar esta eventualidad.
Definición de algunos términos:
- Tensión de restablecimiento (TR)
Es la tensión que aparece entre los bornes de un polo de un interruptor después de la interrupción de la corriente. En su régimen final, después de un periodo transitorio, la TR es una tensión a la frecuencia de servicio de la red.
- Tensión transitoria de restablecimiento (TTR)
Oscilación inicial de carácter transitorio de la tensión de restablecimiento, que acostumbra a presentar un valor cresta superior al de la TR a la frecuencia de servicio. La TTR representa pues una cierta sobretensión pasajera. Los interruptores deben estar diseñados para poder soportar esta sobretensión, y a la vez para limitarla a valores no peligrosos indicados en las normas.
Figura 2: Tensión transitoria de restablecimiento (TTR) asignada en caso de cortocircuito en los bornes de un disyuntor (IEC 60056)
- Reencendido
Restablecimiento de la corriente entre los contactos de un aparato mecánico de conexión durante una maniobra de corte, antes de un cuarto de período después del paso por cero de la corriente.
- Recebado
Restablecimiento de la corriente entre los contactos de un aparato mecánico de conexión durante una maniobra de corte, después de un cuarto de período después del paso por cero de la corriente.
- Poder de corte nominal en cortocircuito (PdC)
Es la mayor intensidad de cortocircuito que el interruptor debe ser capaz de interrumpir en un circuito en el que la tensión de restablecimiento a frecuencia industrial corresponde a la tensión nominal del interruptor, y en el que la tensión transitoria de restablecimiento (TTR) es igual al valor especificado en la tabla de la figura 2.
El poder de corte nominal en cortocircuito, se caracteriza por los dos valores correspondientes a las dos componentes que pueden tener la corriente de cortocircuito:
o Valor eficaz de la componente periódica.
o Porcentaje de la corriente aperiódica.
Ambas componentes se determinan según la figura 3:
Figura 3: Determinación de la intensidad establecida y cortada, y del porcentaje de la componente periódica
Los valores normalizados de la componente periódica son los mismos que para la intensidad admisible de corta duración.
- Intensidad admisible de corta duración asignada
Es el valor eficaz de la corriente que puede soportar un aparato mecánico de conexión en posición de cierre, durante un corto periodo especificado y en las condiciones prescritas de empleo y funcionamiento.
Valores normales de la aparamenta de MT hasta 72,5 kV:
6,3kA - 8kA - 10kA - 12,5kA - 16kA - 20kA - 25kA - 31,5kA - 40kA - 50kA - 63kA - 80kA - 100kA
Nota: El valor elegido de entre los anteriores, debe ser compatible con cualquier otra característica de cortocircuito asignada al aparato mecánico de conexión.
En un interruptor, la intensidad admisible de corta duración asignada, en valor eficaz, debe ser igual al valor eficaz de la componente periódica de su poder de corte nominal en cortocircuito.
Así mismo, el valor cresta de la intensidad de corta duración asignada, debe ser igual al valor cresta inicial de su poder de corte nominal en cortocircuito (IMC).
A partir del poder de corte asignado en cortocircuito y el tiempo de prearco, se puede determinar el (%) de la corriente aperiódica utilizando el gráfico de la figura 4:
·
- Poder de cierre nominal en cortocircuito.
Es igual a 2,5 veces el valor eficaz del poder de corte nominal asignado.
REFERENCIAS:
Cuaderno técnico 193, Schneider Electric: Las técnicas de corte en MT
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