Las técnicas de corte del arco eléctrico (Parte 2ª)

Extinción del arco por soplado magnético (Corte en aire magnético)

El éxito en Baja Tensión (BT) animó a los fabricantes y usuarios a desarrollar este tipo de corte en tensiones superiores. En MT, el principio es el mismo que en BT, es necesario actuar sobre la elongación del arco, enfriarlo, y efectuar el corte en el aire. Como la evacuación del calor es más importante, estos aparatos presentan dimensiones y pesos muy importantes.

El principio de corte de esta técnica consiste en aprovechar la propiedad que tienen los imanes, de desplazar la extremidad positiva de un arco eléctrico en corriente continua. Dicha propiedad se emplea para extinguir el arco eléctrico: con ayuda de un campo magnético, se desplaza el arco eléctrico entre electrodos cada vez más alejados hasta conseguir su extinción, en cuyo caso se dice que ésta se ha realizado por soplado magnético.

Para una mejor comprensión del fenómeno, examinemos la Figura 7:

Se coloca un circuito magnético perpendicularmente a un arco eléctrico establecido entre dos electrodos.  El circuito magnético consta de una bobina por la que pasa una corriente que crea un campo magnético H en el entrehierro del circuito magnético (Figura 7 a).  El arco eléctrico se ve sometido a una fuerza OF que tiende a alargarlo (Figura 7 b).  Si se invierte el sentido de la corriente en la bobina, el campo (H'), y, por consiguiente, la fuerza OF' se ven igualmente invertidos (Figuras 7 c y d), de lo que resulta que, si la bobina y el arco eléctrico están recorridos por la misma corriente alterna, la fuerza que actúa sobre el arco se encontrará siempre dirigida hacia el mismo sentido (Figura  7 e).

Este procedimiento de extinción se emplea especialmente en baja tensión (contactores).

Figura 7: Extinción del arco por soplado magnético

En la Figura 8 se expresa esquemáticamente el principio de soplado magnético.  En serie con los contactos del interruptor, se conecta una bobina de soplado, constituida por un núcleo de hierro y varias vueltas de hilo o pletina de cobre.

Figura 8: Esquema de principio del soplado magnético

Mientras está cerrado el interruptor o mientras existe un arco entre sus contactos, la corriente circula por esta bobina, produciéndose un campo magnético y una fuerza de empuje que desplaza el arco hacia arriba, por lo que provoca la ruptura del mismo.

Para que el arco de ruptura no produzca efectos destructivos en proximidades del interruptor, los contactos están limitados por una cámara de corte que ayuda también a extinguir el arco alargándolo, Figura 12.

En la práctica este tipo de interruptores pueden disponer de varias bobinas de soplado e introducen sistemas de inyección de aire junto con la disposición de contactos para-chispas.

 Figura 9: Diversas etapas del camino del arco en un interruptor de soplado magnético

Veamos las diversas etapas del camino del arco y las diversas bobinas de soplado que intervienen (Figura 9 y 10).

a) En la Figura 9 a, se representa el interruptor cerrado, la corriente circula por el contacto principal A

b) En la Figura 9 b,  se inicia la apertura.  La corriente pasa por el contacto auxiliar y la bobina de soplado B.

c) Figura 9 c, nace el arco, que queda sometido a la acci6n del campo magnética de la bobina B y al soplado neumático procedente del pistón D.

d) Figura 9 d,   el arco se estira y se fracciona en las chimeneas de corte.

e) Figura 9 e, el arco abandona el contacto móvil.  Queda sometido a la acción de soplado magnética debido a las bobinas B y E. Se eleva, como consecuencia de este soplado y de la temperatura alcanzada en la zona y se interrumpe.

Figura 10: Fases de la ruptura de un arco en un interruptor de soplado magnético

 Ventajas del corte en aire magnético:

·       Gran seguridad de utilización para el personal y los equipos.

·       Ausencia de sobretensiones en el corte: corte suave.

·      Buena resistencia mecánica, pero deterioro de las características mecánicas en el transcurso del tiempo (velocidad).

·       Poder de corte que puede sobrepasar los 50 kA.

Inconvenientes del corte en aire magnético:

·      Sensibilidad al entorno (polución ambiental).

·  Mantenimiento de todos los órganos: para las cámaras de corte es necesario efectuar desmontajes periódicos, largos y minuciosos, para evitar cualquier fallo.

·      Coste elevado de las piezas de repuesto.

·      Ruidoso, voluminoso, pesado.

·      Limitación en tensión.

·      El aire, a presión atmosférica, presenta una rigidez dieléctrica modesta.

 Corte con dispositivo de electrodos en antena

Supongamos que una corriente i atraviesa un circuito eléctrico cerrado mediante un dispositivo de electrodos semejante al de la Figura 13 a.

Al separar progresivamente los dos electrodos, se establece un arco en la base (Figura 13 b).

Figura 13: Dispositivos de electrodos en antena

Con el paso del arco, el aire comprendido entre ambos electrodos se calienta y, al ascender, arrastra consigo a dicho arco (Figura 13 c).

A medida que el arco se eleva, va alargándose hasta llegar a extinguirse.

Este tipo de dispositivo se usa en los interruptores aéreos (Figura 14).  En este caso, se trata de cortar corrientes débiles correspondientes a la capacidad de los conductores; de esta forma, los electrodos de cebado desempeñan el papel de parachispas.

El mismo principio de desconexión del arco se puede mejorar más aun añadiendo a la fuerza ascensional provocada por la temperatura otra fuerza mucho más importante obtenida por soplado magnético.  Esta asociación de medios se utiliza en los contactores de tensiones media y baja, en los que los contactos se separan en el interior de cámaras que permiten limitar la ionización del espacio situado entre los contactos, evitando de este modo los cebados entre fases.

Figura 14: Interruptor aéreo con corte por electrodos en antena

Extinción del arco por soplado de aire comprimido

Se puede conseguir la extinción del arco por medio de soplado de aire (Figura 15).

Este procedimiento utiliza los siguientes principios de extinción:

-  El arco está alargado.

-  El aire renueva la atmósfera existente entre los electrodos, luchando, por lo tanto, contra la ionización.

-  Los contactos se enfrían enérgicamente.

Figura 15: Principio del corte por soplado de aire comprimido.

Los aparatos de desconexión que emplean dicho principio pueden clasificarse en dos categorías:

a)  Aparatos que utilizan aire comprimido acumulado en un depósito por medio de grupos moto-compresores (Figura 16).  Estos aparatos están provistos de válvulas electromagnéticas y distribuidoras que permiten enviar -en el momento de la desconexión- potentes chorros de aire comprimido a las cámaras de extinción.

Dichos aparatos se utilizan en tensiones media y alta, estando provistos de dispositivos de seguridad contra la presión del aire.

Figura 16:   Mando neumático de un interruptor HJ de G.E.E.

La presión nominal de alimentación del aire comprimido de un dispositivo de maniobra es la presión, por encima de la presión atmosférica, para la que se determinan las condiciones de funcionamiento.

Las presiones nominales preferidas son: 5, 10, 15 ó 20 bares.

El dispositivo de maniobra neumático, debe ser capaz de abrir y cerrar el interruptor cuando la presión del gas comprimido está el 85% y 110% de la presión nominal.

Figura 17: Interruptor de SF6, Westinghouse para 550 kV con accionamiento neumático.

Los interruptores neumáticos llamados también de aire comprimido, utilizan la propiedad que tiene el aire a presión de extinguir el arco al expansionarse.  El principio de corte por soplado de aire consiste en enviar una fuerte corriente de aire al centro del arco que, por esta causa, se des ioniza después del paso de la corriente por cero.

El aire comprimido en este tipo de interruptores se emplea para accionar, el mando y también para el apagado directo del arco que se forma al abrirse los contactos.  Para asegurar, cortes ultrarrápidos y mejorar el rendimiento neumático se almacena el aire comprimido, a la presión máxima y en cantidad suficiente, lo más cerca posible del arco a extinguir.  El aire comprimido se emplea, no solamente para el mando de los interruptores.

El corte del arco por aire comprimido puede utilizarse para todas las tensiones y para todas las potencias de ruptura, tanto para disyuntores de montaje exterior como montaje interior.  Por otro lado, presenta muchas menos probabilidades de peligro de incendio que los disyuntores que utilizan el aceite como medio de extinción del arco.

a)      Principio de funcionamiento.

b)      Contactos en estado de conexión

c)       Contactos durante la extinción del arco

d)      Contactos en estado de desconexión.

Figura 18: Vistas esquemáticas del funcionamiento de un interruptor neumático 

de chorro libre de aire comprimido para AT. , AEG.

Entre los inconvenientes de este tipo de interruptores, pueden enumerarse:

1º) La necesidad de una instalación de aire comprimido, con los correspondientes compresores, depósitos y tuberías, representa en los casos de instalaciones con pequeña potencia, importantes gastos de primera instalación.

2º) Los inconvenientes inherentes al propio aire comprimido, es decir, el mantenimiento que llevan consigo los compresores, las canalizaciones y, especialmente las válvulas, así como la necesidad de disponer, en cada momento, de aire suficientemente seco y limpio.

Figura 19:   Conjunto general de un interruptor neumático. ISODEL, PKL

b)      Aparatos de autocompresión provistos de pistones (Figura 20).  En la operación de desconexión, la distensión de muelles desplaza rápidamente los pistones, que, mediante ese movimiento, comprimen aire en las cámaras de extinción del aparato.

Este tipo de aparatos se emplea tanto en media como en alta tensión,

Figura 20: Ruptura con soplado autoneumático, corte esquemático 

de un interruptor Stop-arc de LESA de MT.

 Continúa en: Las técnicas de corte del arco eléctrico (Parte 3ª)
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