CT154-Corte Del Arco en Interruptores

Cuaderno Tcnico n 154

Las tcnicas de corte de losinterruptores automticos BT

Por Robert Morell

La Biblioteca Tcnica constituye una coleccin de ttulos que recogen las novedadeselectrotcnicas y electrnicas. Estn destinados a Ingenieros y Tcnicos que precisen unainformacin especfica o ms amplia, que complemente la de los catlogos, guas de producto onoticias tcnicas

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenmenos que se presentan en las instalaciones,los sistemas y equipos elctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo delas redes elctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

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La reproduccin total o parcial de este Cuaderno Tcnico est autorizada haciendo la mencin obligatoria:Reproduccin del Cuaderno Tcnico n 154 de Schneider Electric.

Cuaderno Tcnico no 154

Las tcnicas de corte de losinterruptores automticos BT

Robert MOREL

... a mis amigos de trabajo.

Ingeniero ENSMM Besanon, entra en MerlinGerin en 1 971 y se especializa en el diseo deaparamenta elctrica BT.Colabora en los estudios del sistema Sellim.En 1 980 se encarga del desarrollo de losinterruptores automticos Compact y de losinterruptores Interpact.En 1985, pasa a ser responsable de la oficina deestudio corte en BT de la divisin de PotenciaBaja Tensin.

Trad.: E. Mil, J.M. Gir

Original francs: junio 2 000Versin espaola: noviembre 2 000

Cuaderno Tcnico Schneider n 154 / p. 4

a: ngulo de desfase incial, en tensin.Calibre (de un interruptor automtico): Es elvalor de la intensidad nominal del interruptorautomtico, que se fija mediante el ajustemximo de disparo (proteccin, electrnica otrmica, contra sobrecargas).Categora (de un interruptor automtico):definida en la norma CEI 60 947.2: A = interruptor no retardado al corte encondiciones de cortocircuito, B = interruptor retardado al corte encondiciones de cortocircuito Icw.

E: Tensin nominal, en corriente continua;tensin de pico, en corriente alterna;

: ngulo de defasaje tensin/corriente.i, (i0): Corriente en un instante t (o en uninstante t0).ia: Corriente de arco en un instante t.

c: Corriente de pico cortada.

Icc: Corriente de cortocircuito.

Ics: Poder asignado de corte de servicio(expresado en kA o en % de Icu).Icu: Poder asignado de corte ltimo encortocircuito.

Icw: Corriente asignada de corte de duracinadmisible.

In: Corriente nominal en rgimen permanente,Aef.

Ip: Corriente presunta.

Is: Corriente de sobrecarga.

r: Impedancia del generador.

R, L, C: Componentes totales del circuitocortado.

t (t0): Tiempo (instante inicial).ta: Duracin del arco.

Talla (de un interruptor automtico): Es elcalibre mayor que puede aceptar la caja deun interruptor automtico; corresponde a lacorriente asignada del aparato.

: Constante de tiempo.

u: Tensin en el instante t.

ua: Tensin de arco en el instante t.

Ua: Tensin de arco estabilizada.

UAC: Tensin nodo-ctodo de cada arcoelemental.

Ud+, Ud-: Caractersticas de regeneracin.

Un: Tensin nominal en ca. Vef.

Ur: Tensin de restablecimiento.

Wa: energa del arco.

WLO: energa inicial de autoinduccin, parai = i0.

: pulsacin en ca ( = 2pi f = 2pi / T ).

Terminologa


Las tcnicas de corte de los interruptoresautomticos

El objetivo de este Cuaderno Tcnico es:n definir las corrientes a cortar en una instalacin de BT,n tomar conciencia de un fenmeno que inevitablemente aparece al interrumpirun circuito: el arco elctrico,n analizar, desde un punto de vista terico, el corte de diferentes corrientesgracias al arco puesto en condiciones de extincin,n tratar los aspectos tecnolgicos de los dispositivos de corte, particularmentede los interruptores automticos.

1 Introduccin 1.1 Definir las corrientes a cortar p. 72 El arco elctrico 2.1 Condiciones de formacin p. 8

2.2 Propiedades fsicas p. 82.3 Propiedades elctricas p. 92.4 Condiciones de extincin p. 10

3 Cortar gracias al arco p. 124 Interrumpir las corrientes 4.1 Con una tensin continua p. 13

establecidas 4.2 Con una tensin alterna monofsica p. 144.3 En corriente alterna trifsica p. 15

5 Interrumpir las corrientes 5.1 Definiciones p. 16presuntas (con limitacin) 5.2 Ruptura con limitacin p. 18

5.3 Con una tensin de corriente continua p. 185.4 Con una tensin de corriente alterna monofsica p. 205.5 Con una tensin de corriente alterna trifsica p. 205.6 Los parmetros del corte o ruptura p. 215.7 Ruptura con fusibles p. 22

6 El interruptor automtico BT 6.1 Sus funciones p. 246.2 Tecnologa p. 246.3 Prestaciones p. 28

7 Conclusin p. 31Bibliografa p. 31


Las fuentes de energa de las instalacioneselctricas son los alternadores y lostransformadores. Estos generadores, a pesarde la perfeccin de su diseo y construccin,presentan una impedancia interna. Estaimpedancia tiene dos consecuencias muyimportantes (figura 1):n en rgimen normal provoca una cada detensin de vaco, para trabajar a una tensinnominal Un, entregando una intensidad In,n en caso de cortocircuito limita la corriente aun valor, que suele expresarse en mltiplos deIn.Si tomamos el caso de los transformadores,su tensin de cortocircuito Ucc (en %)corresponde al lmite superior de su cada detensin relativa para In.

1 Introduccin

A ttulo de ejemplo, a una tensin decortocircuito del 5% corresponde un valor deIcc de: In/5% = 20 In, que, para untransformador de 1 000 kVA y 400 V, toma unvalor de 29 kA. Es fcil imaginar los daosque puede ocasionar en una instalacin unacorriente de esta magnitud (recurdese quelos calentamientos y esfuerzoselectrodinmicos son proporcionales alcuadrado de la corriente!).As, aunque se tomen las mximasprecauciones para que estas corrientes no sepresenten, es necesario prever dispositivos deproteccin capaces de cortar las corrientes decortocircuito.

Fig. 1: Incidencia de la impedancia interna de la fuentes de energa (Zi) sobre la tensin entregada y la corriente decortocircuito mxima.

Un

U0

U = U - Zi n

n cc

corriente de cortocircuitocorriente desobrecarga

corrientede funcio-namiento

Un = Zi n

0


Para disear un dispositivo de corte no essuficiente conocer nicamente el valor de lacorriente a interrumpir!La interrupcin de las corrientes es funcin demltiples parmetros que dependen del tipode generador (alternador o transformador), delas lneas y de los receptores:n un circuito elctrico es siempre inductivo,por lo que las variaciones de corriente a cortargeneran, a partir de la apertura del circuito,una contrarreacin en tensin quecontribuye a mantener la corriente. Esta fuerzacontraelectromotriz, de tipo L .d i /d t , puedetener un valor importante, cualquiera que seael valor de la corriente i, hasta la anulacin dedicha corriente,n si la corriente tiene un valor importante, elvalor resistivo del circuito a cortar facilita elcorte; pero no supone ninguna ayuda cuandoi 0: en este caso la cada de tensin hmicaresulta despreciable,n las capacidades entre conductores activos,tanto si estn repartidas (capacidadesparsitas de generadores y cables), como sison aadidas (batera de condensadores decompensacin de energa reactiva o de filtro),modifican las condiciones del corte,n la frecuencia de la corriente a cortar, yaque, a priori, parece ms fcil cortar unacorriente alterna, con sus pasos peridicos porvalor cero, que una corriente continua,n finalmente, por la tensin permanenteproducida por el generador: el aparato decorte, una vez anulada la corriente, debe deresistir dielctricamente la tensin de red, quesiempre est conectada.

En la prctica definimos tres tipos decorriente a cortar:

1 Corriente de cortocircuitosta, en un punto dado del circuito, no sersistemticamente igual a 20 In delgenerador:n su valor depende de las caractersticas delgenerador, 3% < Ucc < 7%, por ejemplo,n estos valores pueden ser menores:o segn que el defecto sea ms o menosfranco,o segn la longitud y seccin de las lneasaguas arriba,n pero tambin su valor puede ser mayor sihay varios generadores acoplados en paralelo.2 Corriente de sobrecargaLa corriente puede sobrepasar el valornominal y resultar inaceptable a partir de uncierto tiempo:n durante el periodo transitorio de arranque ode funcionamiento de un receptor,n si, en toda o parte de la instalacin, lasuma de las potencias de los receptores enfuncionamiento rebasa las previsiones deldiseador (coeficiente de funcionamiento).3 Corriente nominal (o ms dbil)Un interruptor automtico destinado a cortarlas enormes corrientes de cortocircuito y lasprolongadas de sobrecarga, podr,evidentemente, con corrientes ms pequeas:un tal aparato de corte podr asegurar, sinningn problema, el mando y proteccin decircuitos y receptores.

1.1 Definir las corrientes a cortar


El arco elctrico no es un invento; se lepresent ya al primer fsico que intent abrirun circuito recorrido por una corrienteelctrica.En efecto, el circuito, siempre inductivo, dotaa los electrones de suficiente energa parasalvar la distancia que aparece en la zona deseparacin de los conductores.Normalmente, son estos electronespioneros los que ionizan el gas, sea el que

2 El arco elctrico

sea, y la creacin de plasma facilita desde elprincipio el paso de la corriente.En estas condiciones podramos imaginar quela ruptura total es muy difcil de conseguir ano ser que, un mejor conocimiento de estefenmeno nos permita descubir algunaspropiedades que nos van a resultarirreemplazables.Por suerte, es as: existen esas propiedades!

2.1 Condiciones de formacin

El arco aparece en un medio gaseoso:n Por perforacin dielctrica entre doselectrodos:o a partir de un valor de campo elctrico E/d,que depende de la forma de los electrodos yde la naturaleza y densidad del gas (en lafigura 2, siendo d la distancia entre loselectrodos),o despus de un contorneo sobre un materialaislante con la degeneracin del gasambiente.n Al abrir un circuito elctrico recorrido poruna corriente; aunque el circuito seapuramente resistivo, siempre hace falta unacierta separacin mnima para evitar laperforacin dielctrica del medio.En realidad, los circuitos suelen serinductivos, lo que aumenta el peligro de

Ed

Fig. 2: El arco elctrico y la influencia del campo E/d.

perforacin y obliga por tanto a aumentar ladistancia mnima de separacin entreelectrodos.De hecho, toda tentativa de disminuirrpidamente la corriente indica la existenciade un L .d i /d t importante, que favorece elarco, cualquiera que sea el valor de laintensidad.

2.2 Propiedades fsicas (figura 3a)

Al separarse los dos contactos, uno, elctodo, emite electrones, el otro, nodo, losrecibe. Por la naturaleza energtica delfenmeno de emisin de electrones, el ctodose calentar. La base del arco se convierte enuna fuente de emisin termoinica: el puntocaliente es el princial emisor de electrones y,si el arco se estanca, pueden aparecervapores metlicos. Estos vapores y el gasambiente se ionizarn debido a:

n la presencia de electrones libres,n la creacin de iones positivos que sedesplazan hacia el ctodo y mantienen sucalentamiento,n la creacin de iones negativos quebombardeando el nodo, provocan tambin sucalentamiento.El conjunto de toda esta agitacin se produceen el seno de una columna de plasma a altatemperatura 4 000 a 20 000 K, segn sea lacorriente y su confinamiento.


n La ms notable es la aparicin de unatensin de arco cuyo valor tiene:o una parte fija, UAC 20 a 40 V, queaparece a partir del instante de separacin delos contactos y depende de los materialesempleados,o una parte variable, UL = 50 a 100 V/cm,cuando el arco se ha estabilizado en sucontexto de presin-temperatura.As se obteniene un valor total:Ua = UAC + UL.Hay que destacar que: el signo de Ua cambia al modificarse elsentido de la corriente de arco, el valor de la corriente del arco no influyefundamentalmente sobre la tensin del mismoy que, por tanto, el arco trabaja con una

2.3 Propiedades elctricas (figura 2b)

densidad de corriente (j = i / s ) casi constante(las secciones de las manchas catdicas yandicas y de la columna del arco sonproporcionales al valor de la corriente y, poranaloga con una resistencia:

longU Ri i .long. j cons tan tesecc

);

n Se produce una energa de arco:

a aaW u i dt ;

n Si el arco est situado en un campomagntico, se ver sometido a las fuerzas deLaplace, F = B.i.long.sen ; lo que produce elefecto de combarlo, desplazndolotransversalmente, si B es perpendicular a i .

Fig. 3: El arco elctrico: fenmeno fsico (a) y tensin caracterstica o tensin de arco Ua (b).

nodo

Ctodo

e

ion +

N

ion -

ion + e

a: composicin de lacolumna de arco

b1: tensin delarco UAC

b2: tensin delarco UL

e

e

e

nodo

Ctodo

UL

nodo

Ctodo

UAC

Ua = UAC + UL


Fig. 4: Extincin de un arco elctrico por recortado. Fig. 5: La tensin transitoria de restablecimiento, TTR.

Se produce la extincin cuando la corriente delarco pasa a ser cero.Aspecto trmicoCuando la corriente de arco es o pasa a serpequea, inferior a 10 A por ejemplo, losintercambios de energa trmica pueden llegara ser superiores a la energa interna generadapor el arco y ste muere de fro (arcocongelado) lo que provoca un aumento de latensin del arco (figura 4a).Durante este aumento de la tensin, puedeaparecer una extincin brutal si lascapacidades parsitas cortocircuitan elarco, fenmeno que se produce cuando latensin de arco es y se mantiene en un valorsuperior a la tensin de carga de lascapacidades repartidas (figura 4b). Estefenmeno se denomina recortado.Pero no siempre sucede esto as:n si la corriente de un arco se estabilizacontra una pared aislante, su superficie deintercambio trmico disminuye y loscomponentes del aislante, localmente muycalientes, pueden favorecer la conduccin ymantenimiento del arco,n si la corriente de arco es importante, lacolumna es muy exotrmica y slo lasevoluciones conjuntas de la tensin de arco yde la tensin de la red permiten reducir yanular esta corriente.

Aspecto dielctricoNo es suficiente que el valor de la corriente dearco pase por cero en un instante paraasegurar su extincin: es necesario que elmedio, que est ionizado, se regeneredielctricamente para resistrir a la tensinde red, que an est presente!Estos fenmenos de regeneracin porrecombinacin de los iones + o - y de loselectrones son, por suerte, muy rpidos! As,en la prctica, para que la corriente de arco semantenga nula, la tensin de red debe de serinferior a la tensin caracterstica deregeneracin (Ud).Si la tensin de arco alcanza y mantiene unvalor superior a la tensin de red (en valorabsoluto, si se trata de una tensin alterna), elfenmeno de regeneracin disminuir durantela aproximacin al cero de la corriente: elnmero de cargas elctricas del plasma seajusta al mnimo estrictamente necesario y seanula al mismo tiempo que la corriente.Pero el arco y las capacidades parsitastienen la misma tensin hasta la extincin dela corriente del arco. Una vez que se haanulado la corriente de arco, esta tensinretorna al valor de la tensin de la red por unfenmeno de oscilacin libre entre lascapacidades distribuidas y las constantes L yR del circuito (figura 5). Esta acomodacinde la tensin se denomina Tensin Transitoria

2.4 Sus condiciones de extincin

{

arcocongelado

i, u

im

im

ic

ia

t

ia

Ua

Ur

Ud

a: extincin del arco

b: las capacidades parsitascortocircuitan el arco

E

L, r

C

Ur

Ud

C

t

i,u

iTTR

im

im

TTR

ia

L,r

Ua

E


de Restablecimiento (TTR). Si estascapacidades son bajas, las oscilaciones tienenuna frecuencia muy alta y estn muyamortiguadas.Estas condiciones se dan:n con tensin continua (figura 6a):La tensin de arco Ua es superior a la tensinde red Ur cuando la corriente se anula y lacaracterstica de regeneracin Ud se mantienesuperior a Ur con TTR,n con tensin alterna:o cuando el valor instantneo de la tensin dela red es todava del mismo signo que latensin de arco en el momento del cero decorriente (figura 6b). La condicin de rupturadefinitiva se dar cuando la evolucinposterior de la tensin de red no supere nuncalas caractersticas de regeneracin tanto envalores positivos como negativos,o cuando el valor instantneo de la tensin dela red es de signo opuesto a la tensin dearco, pero en valor absoluto inferior(figura 6c). La extincin del arco es definitivasi la TTR no rebasa las caractersticas deregeneracin.En caso contrario, cuando la TTR corta lacurva de regeneracin, puede provocar laaparicin de una corriente post-arco decarcter electroluminiscente. Y entonces: si la corriente post-arco persiste con tipo ocarcter congelado las condiciones deextincin subsisten; si la corriente post-arco rebasa un valorcrtico con una tensin igualmente crtica, seproducir un reencendido de la corriente dearco y deberemos esperar un nuevo cero dela corriente para poder extinguirlo.

Ua

Uai,u

i,u

i,u Ua

t

t

t

i

Ud

Ud

Ud +

Ud

Ur

Ur

b

a

c

Ur

i

i

+

-

-

Fig. 6: El arco en condiciones de extincin:a: con tensin continua,b: con tensin alterna, siendo Ur del mismo signo que

Ua, en el instante del cero de corriente,c: con tensin alterna, siendo Ur de signo opuesto

a Ua.


La corriente que se establecer al cerrar elcircuito podemos calcularla por la ley de Ohmgeneralizada:e - R . i - L d i /d t = 0 .Pasado el perodo transitorio de cierre, lacorriente se estabiliza, es decir, se pasa alrgimen permanente y tiene el valor:I = e / R.Segn esta ley, la corriente no podr anularsedefinitivamente si la tensin e no toma unvalor nulo o si R no toma un valor infinito.Estos dos extremos, prcticamente imposiblesde encontar en la realidad de la explotacin,nos obligan a admitir la existencia de uncircuito con arco y a utilizar sus propiedadesde tensin Ua y sus condiciones de extincin.

3 Cortar gracias al arco

A partir del instante de separacin de loscontactos, la ecuacin se transforma en:e - R . i - L d i /d t - ua = 0 .Con ello, la corriente ser forzada a pasar porcero o pasar por cero y stas sonprecisamente las condiciones de extincin delarco que permitirn la interrupcin de lacorriente.Un estudio progresivo de la teora del cortepasa por los dos casos siguientes, segn quela tensin de arco Ua se introduzca o no en elcircuito:n cuando la corriente circula en rgimenpermanente o estable (captulo 4),n antes de que la corriente haya llegado alvalor estabilizado de corriente de cortocircuitopresunto (captulo 5).


4 Interrumpir las corrientes establecidas

Para determinar las corrientes establecidashay que tener presentes las corrientesnominales, corrientes de sobrecarga ycorrientes de cortocirucito que alcanzan unvalor estable cualquiera en un momento deapertura del circuito.La apertura del circuito puede ser:n voluntaria, ordenada por el usuario,independientemente del valor de la corriente,

n reflejada, por la accin de un dispositivo,sensible al mismo valor de la corriente, queordena, directa o indirectamente, la aperturadel circuito.Para simplificar, estudiamos las condicionesde corte:n en corriente continua,n en corriente alterna.

u = Eantes de abrir: i0 = E/R,despus de abrir: E - R . i - L .d i /d t - ua = 0A partir de la apertura de los contactos seproduce una variacin de ua hacia un valor Ua.La ley de Ohm generalizada demuestra que nose podr forzar la corriente al valor 0mientras ua sea mayor que E. Si no,evolucionar hacia: i'0 = (E - Ua)/R, de valorno nulo.En el caso de precisar cortar la corriente esmuy simple y suficientemente demostrativoconsiderarla como una funcin escaln,ua = Ua para t > t 0, (tomando t0 = instante enque ua = E).El clculo completo nos lleva entonces a:

t

aE Uai 1 eR R

y

aUat log

Ua E

considerando que se produce ruptura en elinstante en que la corriente pasa por cero (unacorriente negativa que se debera a lapreponderancia de Ua respecto a Ur no tieneningn sentido fsico).El clculo de integrales:

a

0

ta aWa u i dt

da

20

1 Ua Ua UaWa Li 2 1 1 log2 E E Ua E .

4.1 Con una tensin continua (figura 7)

E, rLRU

Ua

Ua

Ur

t

i,u

t

ia

t 0 ta

t 0

Ua

u

i0

E

a

La interpretacin de esta expresin es msaceptable haciendo WL0 = (1/2 L. i02) yobservando las curvas (Wa/WL0) y (a/) enfuncin de Ua/E) (figura 8).Estas curvas indican que:n si Ua = E, entonces Wa/WL0 es igualsolamente a 2! Pero el tiempo de apertura esinfinito!

Fig. 7: Corte en corriente continua.


u = E .sen ti = I0 . cos ( t + ), siendo

2 2

Lcos

L R

e

I0 2 2E

L R.

A partir del instante de separacin de loscontactos, aparece el arco y la evolucin en eltiempo de su tensin puede parecer compleja.Sim embargo, ua es siempre del mismo signoque i y su valor absoluto medio tiende alvalor de Ua (figura 9).Aunque puede resultar complicado, siemprees posible el estudio matemtico de ia, ta yWa, a partir de la ley de Ohm generalizada:u R. i L.di /dt ua = 0.Adems, estos clculos simples no tienen encuenta las condiciones de restablecimiento entensin de la ruptura real de un circuito decorriente alterna; por ello se impone el anlisisde los dos casos: Ua E y Ua


La posibilidad del corte est condicionada porfenmenos de post-arco a cada paso por cerode la corriente; esta condicin podemoscompararla a una carrera de velocidad entre laregeneracin del dielctrico del arco y latensin de red.Examinemos dos posibilidades:o si la simtrica de Ua en el instante de uncero de corriente es superior a la tensin de lared en este instante (figura 11a), comprendidala TTR, entonces la curva de evolucin dela regeneracin dielctrica se mantiene mayorque la tensin de la red: hay corte,

Fig. 11: Ua


ER

i

p ER

t

Corriente presuntaEn una instalacin, es la corriente quecircular por un circuito, si cada polo delaparato de conexin, o del fusible, se hasustituido por un conductor de impedanciadespreciable (CEI 60 050).En un circuito de ensayos de aparamenta, esla corriente ajustada o patrn.Recordemos que:n con tensin continua, la evolucin de lacorriente es de la forma:

It t

pEi 1 e 1 eR

(figura 13)

n con tensin alterna monofsica, tiene unaimportancia capital el instante en que seproduce el defecto o el cierre del circuito, yaque el valor de la tensin de la red tiene unainfluencia definitiva sobre la evolucin de lacorriente transitoria.Teniendo en cuenta este instante,caracterizado por el ngulo de desfase , latensin instantnea puede expresarse como:u = E.sen (t + ), (figura 14a)La evolucin de la corriente es de la forma:

R tLEi sen t sen e

R

con dos componentes:o una alterna, desfasada un ngulo respecto a la tensin,o otra continua o unidireccional que tiende acero cuanto t tiende a infinito.Existen dos casos concretos = y = 0:o = , tambin llamado rgimen simtrico(figura 14b).

La corriente es de forma:Ei sen tR

La corriente tomar, desde el inicio delrgimen, los mismos valores que en rgimenpermanente, con un valor de cresta E/Z.o = 0, tambin llamado rgimenasimtrico (figura 14c).La corriente es de la forma:

R tLEi sen t sen e

R

Con ello, el valor de cresta de la primerasemionda es funcin del cos del circuito.n con tensin alterna trifsica (figura 15)La corriente de cada fase puede originar losmismos casos particulares (simtrico yasimtrico) que en monofsica. De todasformas, cualquiera que sea el valor de , setiene casi siempre:n una fase en rgimen quasi-simtrico,n una fase en rgimen quasi-asimtrico,n la ltima fase, con una pequeaondulacin o valle.

5 Interrumpir las corrientes presuntas (con limitacin)

5.1 Definiciones

t

u

i

i simtrica

b

a

c

t

= 0

ii asimtrica

t

Fig. 13. Fig. 14: Evolucin de la intensidad en corriente alterna.


seal 140 kA

seal 4205 VV1

seal 240 kA

seal 5204 VV2

seal 340 kA

seal 6204 VV3

.005 200.0Laboratorio VOLTA A3076 90/05/31/001

pequeaondulacin

10 ms

ondas de tensin ondas de corriente

asimetra real

casi simetra

1

2

3

Fig. 15: Oscilogramas de un corte de un circuito de ensayo con tensin alterna trifsica, siendo = 0(para la fase 1).


i

u

i

p

i cortada

t

t

t

Ua

a

c

Ur

Ua

didt

= 0

didt

< 0

c

b

Entendemos con esta expresin, quetomamos todas las disposiciones para impedirque la corriente de cortocircuito alcance elvalor de cresta mxima correspondiente a suvalor presunto (figura 16a).En la prctica, el conseguirlo es importante yhasta indispensable para evitar desgastes ydaos en la instalacin.Esta limitacin no la obtendremos, gracias alarco, si la tensin de arco no alcanzarpidamente un valor mayor que la tensin yse mantiene ah (figura 16b).En efecto, la ley de Ohm

die Ri L Ua 0

dt

permite definir tres condiciones de limitacin(figura 16c):n crear inmediatamente una tensin de arco,n que esta tensin de arco evalucione lo msrpidamente posible, para lograr queUa = e Ri,con lo que

diL 0dt ,

lo que significa que la corriente alcanza suvalor mximo c;n mantener esta tensin de arco con el valorms alto que se pueda, con lo que di/dt esnegativo y la corriente se ve forzada adecrecer.Resumiendo: Inmediato, Rpido, Alto es laconsigna para:Cortar gracias al arco

las corrientes presuntas,con limitacin

5.2 Ruptura con limitacin

Fig. 16: Condiciones de limitacin.


1

0

15

2

0,5

0,75

0,20,3

0,850,95

1,2

k = 0,25

k = 0,5

k = 0,6

k = 0,7

k = 0,8

k = 0,9

k = 1

UaE

WaW

1 1,5 2 2,5 3

L0

La tensin continua es de la forma: u(t) = E.n A partir de la apertura del circuito, lacorriente evoluciona segn la expresin:

It t

pEi 1 e 1 eR

n al abrir el circuito, aparece una tensin dearco. Si su valor crece rpidamente, suevolucin global puede asimilarse a unafuncin escaln cuyo frente de subida quedardefinido, en el instante t0, por Ua = E(figura 17).A continuacin, la corriente, que habralcanzado un valor i0, decrecer de formaexponencial y se anular en un tiempo ta


i pequea ondulacin

i p

i

i a

t

p

cai,u

Un 2

Ua

Ur

t

i SYM.p

T/2

i c

b

t

i ASYM. p

i,u

i cUr

T/2

Fig. 19: Limitacin con tensin alterna monofsica.

Se pueden considerar dos casos:1er caso: separacin independiente de lospolos.Cada fase provoca la aparicin de una tensinde arco en funcin de la corriente que larecorre (figura 20).En primera aproximacin, todo pasa como si:n una de las fases corta en rgimen simtricomonofsico pero su restablecimiento entensin se produce sobre una tensinsemicompuesta,n las otras dos fases aseguran un corte contensin bifsica de la cola de corriente.2 caso: separacin simultnea de los polos.La corriente de la fase en rgimen simtricoacta directamente sobre un dispositivo dedisparo omnipolar que garantiza una aperturamuy rpida.

En este caso, las tensiones de arco sedesarrollan a la vez sobre las tres fasesEl fenmeno se produce como si la fase enrgimen quasi simtrico cortara con unatensin compuesta con una tensin de arco devalor doble.Esta ruptura omnipolar debe realizarse en untiempo menor que T/4 y se obtendr la mximaeficacia para un tiempo menor que T/8; enestas circunstancias, la fase con la pequeaondulacin o valle cortar pero habiendosoportado una pequea corriente.Este tipo de corte:n se produce con dispositivos cuyo conjuntode piezas mviles tengan muy poca inercia,n se pretende conseguir en los aparatosgrandes aportando energas de maniobraexternas ultra rpidas (efecto Thomson condescarga capacitativa, por ejemplo).

5.5 Con tensin de corriente alterna trifsica

En condiciones de limitacin, la ruptura deeste tipo de corriente se realiza como simomentneamente se tratara de una rupturaen corriente continua.n en particular, caso de rgimen simtrico,es como considerar la ruptura de una corrientepresunta con una tensin de red (figura 19a),n normalmente, en el caso de un rgimenasimtrico, la limitacin se mejora porque latensin de arco corta a la tensin de redantes de que la corriente haya aumentadodemasiado (figura 19b),

5.4 Con una tensin de corriente alterna monofsica

n en el resto de casos intermedios, conuna pequea ondulacin o valle, la rupturacon limitacin slo se puede obtener a partirde la segunda semionda de corriente, ya quela primera ha ocurrido con una corrientedemasiado dbil (figura 19c).Nota: Con corrientes de cortocircuito elevadas,slo se puede obtener un efecto de limitacinnotable si la tensin de arco interviene oaparece en un tiempo muy inferior a T/4.


Para poder apreciar la eficacia de la ruptura,los parmetros a tener en cuenta son:n intensidad de cresta cortada = c (valormximo absoluto de la cresta de corriente)El conocimiento de esta magnitud permitedefinir las solicitaciones electrodinmicasmximas en el circuito,n solicitacin trmica o integral de Joule=

2i dt

Esta denominacin ha quedado consagradacon el uso.Como la forma de onda de la corriente cortadano corresponde a una funcin matemticasimple, el clculo de esta integral se realizapaso a paso, por medios informticos.Esta integral expresa las solicitacionesenergticas trmicas, pero tambinelectrodinmicas, sobre los elementos delcircuito,

5.6 Los parmetros del corte o ruptura

n tiempo de ruptura = taTiempo total de la ruptura, si el circuito estrifsico,n tensin de arco mxima = Uardenes de magnitud:o 250 a 500 V, para un interruptor automticostandard,o 600 a 900 V, para un interruptor automticolimitador.Estas sobretensiones no son peligrosas yaque su valor es inferior a las tensiones deensayo normalizadas para las instalaciones BT,n energa de arco a au i dt

Esta integral tambin se calcula paso a paso,por ordenador. Representa la energa que seconsume en la zona del arco.rdenes de magnitud: 1, 10, 100 kJ en funcinde los aparatos y las intensidades cortadas.Es uno de los parmetros que condiciona laenduracia de los aparatos de corte.

seal 120 kA

seal 4200 V

seal 220 kA

seal 5200 V

seal 320 kA

seal 6200 V

Laboratorio VOLTA A0201 89/02/014

1

V1

2

V2

3

V3

1 ms

p2i

p1i

Fig. 20: Oscilogramas del corte de un cortocircuito de ensayo con una tensin trifsica, con apertura independientede los polos.


ii p

t

U

i

pa t

t

t

i a

Ur

Ua

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elemento fusible

slice

cubierta aislante

conexin

Fig. 21: El fusible, constitucin y curvas caractersticas de corte.

Un fusible corta la corriente gracias al arco.La relativa simplicidad est basada en que unfilamento, debidamente calculado, se calientahasta su temperatura de fusin por la corrienteque lo recorre.Para valores elevados de la corriente, elcalentamiento que produce la fusin delfilamento es de tipo adiabtico, con unaenerga de prearco definida por la expresin:

pat 2f0

R i dt mc T

con:

R = resistencia del elemento fusible,m = masa del filamento,c = capacidad calorfica,Tf = temperatura de fusin,tpa = tiempo de prearco.Esta energa trmica, denominada de prearco,es independiente de la tensin de red.El arco alcanza rpidamente la longitud de laparte de filamento fundido y la tensin de arcoalcanza un valor que es funcin de estalongitud y de la presin que aparece en lacmara de fusin (figura 21).

Esta cmara puede estar llena de polvo deslice para que la fusin de esta arenaabsorba la energa del arco.Nota: La cola de corriente se explica por elcamino preferencial que el arco crea en lamasa de slice fundida. El arco se vaextinguiendo contra las paredes an calientes.Algunas observaciones a propsito de losfusibles:n slo pueden actuar en caso de corrientesde sobrecarga muy fuerte o de cortocircuito,n algunos tipos de fusibles tienen unpercutor, para sealar su fusin o paraprovocar el disparo indirecto de un dispositivode corte complementario que garantice laabertura de todos los conductores activos,n despus de un defecto que provoque lafusin de un fusible, los supervivientes (losde las fases que no se han fundido) puedenhaber rozado la fusin, con lo que suscaractersticas se habrn modificadosustancialmente. En estas condiciones puedenfundir intempestivamente, incluso paraintensidades inferiores a su calibre. Por esto esnecesario cambiar todos los fusibles a la vez.

5.7 Ruptura con fusibles


Un interruptor automtico (figura 22) es unaparato de conexin capaz de cerrar einterrumpir un circuito ante cualquier valor dela corriente hasta su poder de ruptura ltimo:Icu (norma CEI 60947-2).Aunque su funcin bsica es la interrupcin delas corrientes de cortocircuito y de sobrecargapor accin refleja, permite tambin, medianteuna accin exterior voluntaria, el corte decorrientes de sobrecarga y normales (las deempleo y ms pequeas). Adems, una vezabierto, asegura un aislamiento en tensin delcircuito interrumpido.

6 El interruptor automtico BT

El diseo de un interruptor automtico querena en una misma caja todas estasfunciones ha hecho adoptar solucionesespecficas en cuanto a:n mecanismos de cierre y apertura,n rels,n circuitos elctricos de los polos,n elementos de corte (contactos, cmaras decorte, ...).Este captulo analiza estas funciones, sutecnologa y prestaciones.

Fig. 22: Corte de un interruptor BT industrial 400 A.

Borne superiorChimenea de salida de gasesRejilla de ventilacinRejilla aislantePlacas divisin del arcoContacto apagachispas inferiorContacto fijoContacto mvilContacto apagachispas superior

Bloque de rels magnetotrmicos(intercambiables) con:rel trmicorel magntico

Borne inferior

Cerrado

POSI

CIO

NES

DELA

MAN

ETA

Abierto - disparado

AbiertoPosicin de rearme

Zona

de

rupt

ura


Cerrar el circuitoPor accin sobre el mecanismo, al mnimocontacto, el o los receptores recibenalimentacin en corriente; estos receptores, alconectarse, absorben valores de corrientenetamente superiores al valor nominal In (porejemplo: un motor puede absorber de 7 a 8 Indurante algunos segundos). Para que estassobreintensidades no den lugar a fenmenosnefastos para la zona de contactos (erosinproducida por el arco), la aproximacin debe deser brusca, especialmente a partir de 100 A.Para atender a todos los casos usuales sinproblemas, los interruptores automticos hande poder establecer corrientes de 15 a 20veces mayores que su valor nominal.La realizacin de esta funcin requiere unasespecificaciones, ya que un interruptorautomtico debe de estar siempre a puntopara abrir, en caso de defecto en lainstalacin, incluso inmediatamente despusde su conexin o cierre.Conducir la corrienteEsta funcin pasiva precisa de precaucionesconstructivas para responder a lasprestaciones de calentamiento admisible yposibilidad de apertura rpida.Y adems, si el interruptor automtico esselectivo, puede precisar una capacidadelectrodinmica elevada para soportar lascorrientes de cortocircuito durante elacompaamiento selectivo, tiempo necesariopara la actuacin de los aparatos situadosaguas abajo.

Abrir el circuito, cortar la corrienten Mediante la accin voluntaria sobre elmecanismo, manual o telecomandado,cualquiera que sea la corriente,n mediante la accin refleja sobre elmecanismo provocada por el rel acontinuacin de una sobreintensidad, lo queprovoca una apertura automtica y definitivadel interruptor automtico aunque el rgano demaniobra se mantenga en posicin cerrado,n mediante la actuacin de un rel auxiliarsobre el mecanismo: dispositivos de mnimatensin, de emisin de corriente, de corrientediferencial, La apertura es automtica ydefinitiva, cualquiera que sea el valor de lacorriente en este instante.

Asegurar el seccionamientoCuando el interruptor est abierto se requiereun nivel de aislameinto entre partes entensin y partes sin tensin.Este nivel de aislamiento es el requerido paralos ensayos dielctricos prescritos en la normaCEI 60947-2.n un ensayo de corriente de fuga mximaentre entrada y salida bajo una tensin Uemxima,n una tensin de choque superior (porejemplo a 12,3 kV en vez de 9,8 kV exigiblespara un aparato de un mismo tipo que notenga esta funcin),n un ensayo de resistencia mecnica delmecanismo denominada de contactosoldado (Cuaderno Tcnico SchneiderElectric n 150).

Los mecanismosLos tres principales y bsicos son:n mecanismo de 2 posiciones estables A(abierto) y C (cerrado) para los aparatos decalibre inferior a 100 A,n mecanismo de 3 posiciones establesA, C y A/D (abierto - disparado),utilizado sobre todo en interruptoresautomticos industriales (figura 22) cuyorgano de maniobra permite:o el cierre brusco de los contactos,independiente de la accin del operador,o la apertura brusca de los contactos,independiente de la accin del operador,

o la apertura, por accin de los rels dedisparo, brusca e independiente, de mantenero no, la palanca en posicin C. En estecaso, para cerrar debe de realizarse unaaccin de rearme,o el seccionamiento aparente (el rgano demaniobra solamente puede enclavarse enposicin A si los contactos estn realmenteabiertos),n mecanismo para interruptor automtico degran intensidad, muy sofisticado, ya quecomporta un dispositivo de rearme poracumulacin de energa antes del cierre y dela apertura que debe permitir un ciclocompleto A-CA sin rearme intermedio.

6.2 Tecnologa

6.1 Sus funciones


Los rels de disparoHay una gran diversidad; tratamos aqu slolos necesarios para provocar la apertura ocorte de las sobreintensidades.n Rels magnetotrmicos:o rgimen de sobrecarga, es el que provocaun calentamiento significativo debido a unacorriente determinada (o una sobretempera-tura, por excesivo nmero de maniobras), quea su vez produce el disparo mediante laactuacin de un elemento termo-mecnico,generalmente un bimetal: cuando la sobrecarga es dbil, el calibrenominal del rel queda definido por lascondiciones de calentamiento en rgimenasinttico. El rel puede ser del tipocompensado para evitar la influencia de latemperatura ambiente, ante las sobrecargas importantes, loscalentamientos evolucionan en rgimenadiabtico. Por ello, el tiempo de desconexines funcin del estado de calentamiento previodel interruptor automtico.o en condiciones de cortocircuito, a partir deun determinado umbral de corriente, lasdesconexiones sern instantneas por laaccin de un circuito magntico que accionauna armadura o un ncleo. El umbral se definepara un impulso de corriente de 200 ms, peroel tiempo de accin es muy pequeo (3 a 5 ms)para valores de intensidad elevados.n Los rels electrnicosSu primer objetivo es medir la corriente quecircula a travs de los polos del interruptorautomtico para actuar en consecuencia sobreun mecanismo de desconexin. La ventajas deeste sistema son:o mucha mayor precisin en los umbrales dedisparo,o curvas de desconexin ajustables segn lasnecesidades,o posibilidad de informacin local o adistancia.Los contactos

Los contactos de los interruptores automticosBT estn constituidos en parte por elementosconductores que trabajan con presin entre s,en la misma direccin de su desplazamiento(figura 23), por tanto, no son como loscontactos de cuchilla de muchosinterruptores.Merecen especial atencin dos fenmenosfsicos que estn directamente ligados a lanaturaleza de los materiales empleados y alas fuerzas de contacto.n La resistencia de contacto (Rc)Su valor debe ser el menor posible ya quecondiciona la potencia y energa desarrolladaen el punto de contacto, que debe evacuarse

por conduccin. Los calentamientosproducidos por este fenmeno puedenacelerar la oxidacin y corrosin. Parapreservarlos de esta accin, los contactospueden ser de cobre hasta unos 100 A y apartir de este valor han de ser de aleacionesde plata.Al producirse el paso de grandes corrientes enel punto de contacto, la potencia generadapuede superar, con mucho, la potenciadisipable. En este caso, la zona de contactoalcanza y rebasa la temperatura de fusin delmaterial; para evitar la soldadura de loscontactos, stos se construyen de una mezclaheterognea, por ejemplo con adicin deteluro o de carbono en uno de los contactos.La tcnica de contacto nico se empleahasta In = 630 A. Para mayores valoresnominales es recomendable utilizar variosdedos de contacto en paralelo.n La repulsin por estriccinPor efecto de interaccin magntica entre laslneas de corriente radiantes, aparece unafuerza de repulsin de los contactos quellamamos repulsin de estriccin. Esta fuerzaproduce consecuencias nefastas ya quedurante su accin hay:o erosin intil de las pastillas de contactopor la energa de arco,

(Fc)

fuerza delcontacto

Fig. 23: La presin de los contactos de losinterrruptores automticos BT se aplica en el mismosentido del desplazamiento.


o riesgo de soldadura o microsoldadura, si loscontactos no se separan,o creacin de puntos calientes quefavorecen el estancamiento del arco y, portanto, la emisin termoinica; as se podrncomprender las condiciones de extincin delarco en su fase de regeneracin.Hay que destacar que, para mejorar lascondiciones de solicitacin electrodinmica,por encima de In = 630 A, la repulsin porestriccin induce tambin a utilizar la tcnicade multi-contactos.Resumiendo: la eleccin de los materiales y lafuerza de contactos son determinantes encuanto a la resistencia de contacto, al umbralde repulsin y tambin a otros aspectos, comoerosin, microsoldaduras, etc.Contacto mvilPara grandes corrientes, a partir de 15 In, esnecesario:n para aparatos que deben permanecercerrados, reforzar la resistenciaelectrodinmica mediante un efecto de

compensacin, con la corriente propia. Hayvarias disposiciones posibles:o por atraccin mutua, sistema utilizado eninterruptores con apertura impedida antepuntas de corriente (figura 24a),o por repulsin equilibrada, sistema utilizadocon los interruptores automticos de granintensidad nominal (figura 24b). Estosinterruptores, situados normalmente encabecera de instalacin, son de disparotemporizado para que haya selectividad; portanto, su resistencia electrodinmica debe serelevada, del orden de los valores decortocircuito 20 In,n para aparatos que deban abrir y cerrarrpidamente, se mejoran las condiciones derepulsin del contacto mvil para conseguir loantes posible una tensin de arco. Hay variassoluciones posibles (figura 25):o sistema con un nico bucle de repulsin,o sistema con un bucle de repulsin doble(habitualmente con un doble contacto),

Fm

i i

bi

Fm

i

Fra

i

Fmi

extractor

c

a

Fr Fr

Fr Fr

Fm

(i/2)

(i/2)

i

b

i

i

1/3

2/3

Fr

Fm

i

A

Fig. 25: Principio de repulsin de los contactos:a: bucle sencillo de repulsin,b: doble repulsin (normalmente tambin con doble contacto),c: con extractor: ncleo magntico que empuja o tira del contacto mvil.

Fig. 24: Reforzamiento del esfuerzo electrodinmico de los contactos.


o con extractor: un ncleo magnticoempuja el contacto mvil.Los efectos de repulsin pueden reforzarseutilizando circuitos magnticos.o con efectos proporcionales al cuadrado dela corriente: circuito de atraccin en U (figura 26a), circuito de repulsin en U (figura 26b),o con efectos proporcionales a la pendientede la corriente (di/dt), por tanto,

especialmente indicado y eficaz para grandescorrientes (Icc) (figura 26c).Lo que se pretende a veces es que loscontactos mviles se vuelvan a cerrarsolos, transcurrido un cierto tiempo, para novolver a abrirse, salvo que el cortocircuito nohaya sido eliminado por un interruptorautomtico situado aguas abajo.Las cmaras de rupturaLa funcin esencial de esta parte de uninterruptor automtico es mantener la tensinde arco en un valor conveniente absorbiendola energa desarrollada por ste (esta energaes, a veces, enorme: si Ua = 500 V ei = 10000 A durante 2 ms, resulta quePa = 5 MW y Wa = 10 kJ!).Esta zona debe satisfacer tambin lascondiciones suficientes de regeneracindielctrica para garantizar la ruptura definitivaal paso de la corriente por cero, a pesar de lapresencia de la tensin de la red.Los fenmenos fsicos a considerar, paragarantizar el corte de la corriente, no sontodos esencialmente elctricos: los trmicos(fusin, sublimacin, evaporacin), losaereodinmicos, las radiaciones juegan unpapel igualmente importante en la distribucinde energas en cada momento.El principio bsico de una cmara de rupturaconsiste en desplazar el arco contra unabatera de separadores o plaquitas,dispuestas transversalmente a la columna delarco principal para:n fraccionarlo en una serie de arcoselementales, tantos como espaciosinterseparadores (figura 27a), con lo que cadauno de ellos producir una cada de tensin dearco mnima UAC de 20 a 40 V, debida afenmenos de cadas ando-ctodo y queprovocan el alargamiento de este arco.

Fig. 26: Dispositivos magnticos de repulsin de loscontactos:a: circuito de atraccin en U,b: circuito de repulsin en U ,c: repulsin con gran di/dt.

b

a

c

Fm

Fm

Fm

i

i

i

i

Fm apertura

ii

i i

i 2

i 2

apertura

aperturaFm

contacto mvil

contacto fijo

b

L N

e

e

e

e

i

a

i

Fig. 27: Los separadores colocados en las cmaras de corte facilitan la ruptura.


Las prestaciones de un interruptor automticopermiten garantizar su capacidad de empleoen una instalacin determinada y en un puntoconcreto.Las instalaciones elctricas precisan elempleo de numerosos interruptoresautomticos (en el origen de la instalacin -encabecera-, en los cambios de seccin de laslneas, cerca de ciertos receptores, ...) cuyascaractersticas pueden ser muy diferentes:n las tensiones nominales, 400 a 690 V entrifsica,n las intensidades nominales, In, compren-didas entre algunos amperios y 6 300 A, segnsu emplazamiento en la instalacin,n las protecciones contra las sobrecargas, de1,3 a 10 In, segn los elementos protegidos,n los poderes de corte de valores que suelenser normalmente inferiores a 35 kA, pero quepueden llegar algunas veces hasta 150 kA,segn la potencia instalada.Particularidades de los interruptoresautomticos BTPara satisfacer el conjunto de necesidades deuna distribucin elctrica industrial o terciaria

es pues necesario disponer de una gama deinterruptores automticos (figura 28).Interruptores automticos cuyascaractersticas se obtienen mediantesoluciones tcnicas adaptadas a susfunciones y a sus calibres.As, la funcin de corte, adaptada a cadanivel, contribuye a la seguridad de cualquierinstalacin:n la proteccin (de las personas y bienes),n la disponibilidad de la energa, ocontinuidad de servicio, especialmente con laselectividad de desconexin de losinterruptores automticos.En BT, son especialmente tiles dos tipos deselectividad: la selectividad amperimtrica y laselectividad cronomtrica.n La primera, en declive por el empleo de laselectividad energtica (Cuaderno TcnicoSchneider Electric n 167), se consigue conlos interruptores automticos de categora Asegn la norma CEI 60 947-2. Estosinterruptores automticos deben cortar muyrpidamente la corriente de defecto y limitarmucho las corrientes de cortocircuito.

6.3 Prestaciones

La cada de tensin de arco, cuando ste estfraccionado, podemos calcularla:Ua N UAC + (L N e) UL,siendo:e = espacio entre dos separadores,N = nmero de separadores,L = longitud de la cmara de ruptura.Por ejemplo: si N = 10, L = 4 cm, e = 0,2 cm,UAC 30 V y UL 75 V/cm,Ua 200 + 150 = 350 V.n almacenar, por calentamiento o licuefaccintemporal de los separadores, la energa queproducen en la columna de plasma lascorrientes muy fuertes.Pero en unas condiciones determinadas y congrandes corrientes, existe un lmite superiorde la intensidad por encima del cual el arco sequeda delante de los separadores a pesar delos intercambios trmicos muy importantesque se producen (figura 27b). Aunque el arcoya no se fracciona ms, la tensin de arco esdel mismo orden de magnitud o un poco mspequea.La precmaraEsta zona comprende el volumen deseparacin entre la zona de contactos y elprincipio de los separadores que forman lacmara de corte.

Su presencia es normalmente necesaria yhasta indispensable para:n evitar el estancamiento del arco entre loscontactos (erosin y puntos calientes); elapagachispas inferior contribuye a asegurarel desplazamiento de la base del arco desdelos contactos fijos hacia el interior de losseparadores de la cmara,n favorecer un alargamiento mayor y msrpido del arco que el que se provoca por lasimple separacin mecnica de los contactos.Los efectos magnticos ya indicados para larepulsin del contacto mvil ayudarn aconseguir estos objetivos, actuando sobre lacorriente del arco.Adems de este soplado magntico,aparecer un soplado real aerodinmico si laenerga del arco naciente vaporiza o sublimaparte de los materiales aislantes gasgenos.Por ltimo, la presin, inevitable al producirsela ruptura de fuertes corrientes en un recintocerrado, favorece la evolucin de la tensin dearco, ya que:n la seccin derecha de la columna de arcose encuentra reducida y su resistenciaincrementada,n las diferencias de presin entre esta zona(sobrepresin debida al arco) y el fondo de lacmara de ruptura (presin atmosfrica)favorecen la entrada y permanencia del arcoen el interior de la cmara.


Fig. 28: Gama de interruptores automticos BT de Merlin Gerin.

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borne conexindel rel

circuitomagntico

cilindro

envolvente o cajacontacto mvil

cmara de rupturao de extincin

elementogasgeno

borne conexinsuperior

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Fig. 29: Cmara de corte de un interruptor automtico BT con contactos rotativos (Compact NS - Merlin Gerin).

n La segunda, la selectividad cronomtrica,se consigue con los interruptores automticosde categora B. Estos aparatos, situadosgeneralmente en cabecera de la instalacin,deben soportar, durante el tiempo de retardo,el paso de las corrientes de defecto quepuedan presentarse y, por tanto, tener unagran capacidad para soportar los esfuerzoselectrodinmicos.

Una gran limitacin de la coriente decortocircuito (ver tambin Cuaderno TcnicoSchneider Electric n 163)Esta limitacin se considera especialmenteimportante en los interruptores automticos decalibre inferior o igual a 630 A.Estos interruptores autmticos desarrollan unatensin de arco del orden de 600 a 900V en


Fig. 30: Cmara de corte de un interruptor automtico BT de gran resistencia electrodinmica (Masterpact - MerlinGerin).

barra deconexininferior

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cmara de corteo de extincin

rbol de los polosaccionado medianteun mecanismo A - CA

caja de poloaislante

borne del arco

barrade conexinsuperior

contactosprincipales(de plata)

contactosfugitivospara corte

transformadorde intensiadadconectadoal relelectrnico

pequeos volmenes. Esta tensin se obtienems fcilmente con sistemas de doble corte(por combinacin de los esquemas de lasfiguras 25b y 26b), y la instalacin de uncontacto mvil de tipo rotativo que ofrece laventaja adicional de tener un recinto cerradoindependiente para cada polo (figura 29).Con la tecnologa actual es posible cortar100 kA en 2,5 ms con un interruptorautomtico de 250 A.Una gran capacidad para soportaresfuerzos electrodinmicosEs necesaria para interruptores de calibreigual o superior a 800 A.Esta caracterstica necesita un principio decompensacin de los esfuerzoselectromagnticos ms fcil de resolver conun corte simple (figura 24b) ms an cuandola apertura es tan grande (distancia entrepolos del contacto) que permite obtenertambin una tensin de arco elevada, entre600 y 900 V.De esta manera un interruptor automtico de3 200 A corta 100 kA en 15 ms (sin retardoen la desconexin), pero tambin puedesoportar 75 kA durante 3 s (figura 30).

Prestaciones confirmadas por los ensayosLa evaluacin y la garanta de lasprestaciones de los interruptores automticosse obtienen realizando los ensayosnormalizados (ver CEI 60 947-2 y UNE-EN60 947.2).As, por lo que se refiere al corte, losensayos permiten verificar, por ejemplo:n las endurancias con In,n las endurancias con sobrecarga (con 6 In,por ejemplo),n los poderes de corte para los ciclos:o A-CA con Icu, corriente de cortocircuitoltima,o o para A-CA-CA con Ics, corriente decortocircuito en servicio con Ics Icu.Nota:La publicacin de la norma CEI 60 947-2, quetrata de los interruptores automticos de BTindustriales, ha sido objeto del CuadernoTcnico Schneider n 150, cuya lectura puedecompletar estas informaciones.


Normas

n CEI 60 946-2: Aparamenta de BT - 2 parte:Interruptores automticos.n CEI 60 050: ndice general de vocabularioelectrotcnico.n UNE-EN 60 947-2: Aparamenta BT -2 parte: Interruptores automticos.Cuadernos Tcnicos Schneider Electricn Evolucin de los interruptores automticosBT con la norma CEI 60 947-2. CT150.E. BLANC.n Corte en BT por limitacin de la corriente.CT n 163. P. SCHUELLER.n La selectividad energtica en BT.CT n 167. R. MOREL - M. SERPINET.

Todava hoy el arco elctrico es un fenmenomuy ligado a la tcnica de corte con limitacinde corrientes en BT.Adems los interruptores automticos de BThan conseguido importantes mejorasrelacionadas con la evolucin de losconocimientos tcnicos de los materiales ycon el empleo de la electrnica.No obstante, todava durante varias dcadas,la proteccin de los circuitos elctricosprecisar la utilizacin de interruptoresautomticos con el dominio del arco.

7 Conclusin

Cul es el futuro del arco?

Bibliografa

CT154-Corte Del Arco en Interruptores

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