Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Indice de contenidos
¿Qué es el disyuntor de aire?
Un disyuntor de aire (también conocido como disyuntor de aire o ACB ) es un interruptor eléctrico operado automáticamente que utiliza aire para proteger un circuito eléctrico de daños causados por el exceso de corriente de una sobrecarga o cortocircuito. Su función principal es interrumpir el flujo de corriente después de que se detecta una falla. Cuando esto sucede, aparecerá un arco entre los contactos que han roto el circuito. Los disyuntores de aire utilizan aire comprimido para soplar el arco o, alternativamente, los contactos se giran rápidamente hacia una pequeña cámara sellada, el aire desplazado escapa y sopla el arco.
Este tipo de disyuntor opera en aire a presión atmosférica. Después del desarrollo del disyuntor de aceite, el disyuntor de aire de media tensión ha sido reemplazado en gran medida por disyuntores de aceite en todo el mundo.
Aunque en países como Francia e Italia, los ACB siguen siendo la opción preferible hasta un voltaje de 15 kV. Los ACB también son una buena opción para evitar el riesgo de incendio por aceite, en caso de un interruptor de circuito de aceite. En Estados Unidos, ACB se utilizaron exclusivamente para el sistema de hasta 15 kV hasta que el desarrollo de nuevos interruptores de vacío y SF 6 disyuntores .
A diferencia de un fusible , que funciona una vez y luego debe reemplazarse, un disyuntor se puede restablecer (ya sea de forma manual o automática) para reanudar el funcionamiento normal. También puede tener un disyuntor de control remoto que se puede operar a distancia, mientras que este no es el caso con un fusible.
Principio de funcionamiento del disyuntor de aire
El principio de funcionamiento de este disyuntor es bastante diferente al de cualquier otro tipo de disyuntores. El objetivo principal de todo tipo de disyuntor es evitar el restablecimiento del arco después de la corriente cero creando una situación en la que el espacio de contacto resistirá el voltaje de recuperación del sistema.
El disyuntor de aire hace lo mismo pero de manera diferente. Para interrumpir el arco , crea un voltaje de arco que excede el voltaje de suministro . El voltaje del arco se define como el voltaje mínimo requerido para mantener el arco. Este disyuntor aumenta el voltaje del arco principalmente de tres formas diferentes,
- Puede aumentar el voltaje del arco enfriando el plasma del arco. A medida que disminuye la temperatura del plasma de arco, se reduce la movilidad de la partícula en el plasma de arco; por lo tanto, se requiere más gradiente de voltaje para mantener el arco .
- Puede aumentar el voltaje del arco alargando la trayectoria del arco. A medida que aumenta la longitud de la trayectoria del arco, aumenta la resistencia de la trayectoria y, por lo tanto, para mantener la misma corriente de arco se requiere aplicar más voltaje a través de la trayectoria del arco. Eso significa que aumenta el voltaje del arco.
- La división del arco en varios arcos en serie también aumenta el voltaje del arco.
Tipos de ACB
Hay principalmente dos tipos de ACB disponibles.
- Disyuntor de aire puro.
- Disyuntor de chorro de aire.
Operación de ACB
El funcionamiento de un ACB se puede dividir en tres pasos:
- El primer objetivo generalmente se logra forzando el arco a entrar en contacto con un área lo más grande posible de material aislante. Cada disyuntor de aire está equipado con una cámara que rodea el contacto. Esta cámara se llama «rampa de arco». El arco se introduce en él. Si el interior del conducto de arco tiene la forma adecuada, y si el arco puede adaptarse a la forma, la pared del conducto de arco ayudará a lograr el enfriamiento. Este tipo de conducto de arco debe estar hecho de algún tipo de material refractario. Los plásticos de alta temperatura reforzados con fibra de vidrio y cerámica son materiales preferibles para hacer la tolva de arco.
- El segundo objetivo, que es alargar la trayectoria del arco, se logra al mismo tiempo que el primer objetivo. Si las paredes internas de la rampa de arco están conformadas de tal manera que el arco no solo se fuerza a estar muy cerca de él, sino que también se introduce en un canal serpenteante proyectado en la pared de la rampa de arco. El alargamiento de la trayectoria del arco aumenta la resistencia del arco.
- La tercera técnica se logra mediante el uso de una cortadora de arco de metal dentro del conducto de arco. La rampa de arco principal se divide en varios compartimentos pequeños utilizando placas de separación metálicas. Estas placas de separación metálicas son en realidad los divisores de arco y cada uno de los pequeños compartimentos se comporta como un mini conducto de arco individual. En este sistema, el arco inicial se divide en varios arcos en serie, cada uno de los cuales tendrá su propio mini canal de arco. Por lo tanto, cada uno de los arcos divididos tiene su propio efecto de enfriamiento y alargamiento debido a su propio mini conducto de arco y, por lo tanto, el voltaje del arco dividido individual se vuelve alto. Estos colectivamente hacen que el voltaje del arco general sea mucho más alto que el voltaje del sistema .
Este era el principio de funcionamiento del interruptor automático de aire. Ahora discutiremos en detalle el funcionamiento de ACB en la práctica.
El interruptor de circuito de aire, operado dentro del nivel de voltaje de 1 kV, no requiere ningún dispositivo de control de arco. Principalmente para corrientes de falla elevadas en voltajes bajos (nivel de voltaje bajo por encima de 1 kV), los ABC con un dispositivo de control de arco apropiado son una buena opción. Estos disyuntores normalmente tienen dos pares de contactos.
El par principal de contactos transporta la corriente a carga normal y estos contactos están hechos de cobre. El par adicional es el contacto de arco y está hecho de carbono. Cuando se abre el disyuntor , los contactos principales se abren primero y durante la apertura de los contactos principales los contactos de arco todavía están en contacto entre sí.
A medida que aumenta la corriente, una trayectoria paralela de baja resistencia a través del contacto de arco durante la apertura de los contactos principales, no habrá ningún arco en el contacto principal. El arco solo se inicia cuando finalmente los contactos del arco se separan. Cada uno de los contactos de arco está equipado con un corredor de arco que ayuda a que la descarga del arco se mueva hacia arriba debido a los efectos térmicos y electromagnéticos, como se muestra en la figura.
A medida que el arco se impulsa hacia arriba, ingresa en la rampa del arco, que consta de divisores. El arco en la tolva se enfriará, se alargará y dividirá, por lo que el voltaje del arco será mucho mayor que el voltaje del sistema en el momento de la operación del interruptor de circuito de aire y, por lo tanto, el arco se apagará finalmente durante la corriente cero. 
Aunque estos tipos de disyuntores se han vuelto obsoletos para la aplicación de voltaje medio, siguen siendo la opción preferible para una clasificación de corriente alta en aplicaciones de bajo voltaje.
Disyuntor de explosión de aire
Estos tipos de disyuntores de aire se utilizaron para el voltaje del sistema de 245 KV, 420 KV e incluso más, especialmente donde se requería una operación más rápida del disyuntor. El disyuntor de chorro de aire tiene algunas ventajas específicas sobre el disyuntor de aceite que se enumeran a continuación,
- No hay posibilidad de peligro de incendio causado por el aceite.
- La velocidad de ruptura del disyuntor es mucho mayor durante el funcionamiento del disyuntor de chorro de aire .
- La extinción del arco es mucho más rápida durante el funcionamiento del disyuntor de chorro de aire .
- La duración del arco es la misma para todos los valores de interrupciones de corrientes pequeñas y altas.
- A medida que la duración del arco es menor, se produce una menor cantidad de calor del arco a los contactos que llevan corriente, por lo que la vida útil de los contactos se hace más larga.
- La estabilidad del sistema se puede mantener bien, ya que depende de la velocidad de funcionamiento del interruptor automático.
- Requiere mucho menos mantenimiento en comparación con el disyuntor de aceite .
También existen algunas desventajas de los interruptores automáticos de chorro de aire:
- Para tener operaciones frecuentes, es necesario tener un compresor de aire de capacidad suficientemente alta.
- También se requiere un mantenimiento frecuente del compresor, las tuberías de aire asociadas y los equipos de control automático.
- Debido a la interrupción de la corriente a alta velocidad, siempre existe la posibilidad de una alta tasa de aumento de voltaje y corte de corriente.
- También existe la posibilidad de que se produzcan fugas de presión de aire en las uniones de las tuberías de aire.
Como dijimos anteriormente, hay principalmente dos tipos de ACB, disyuntor de circuito de aire simple y disyuntor de circuito de chorro de aire. Pero el último se puede subdividir en tres categorías diferentes.
- Explosión axial ACB.
- Axial Blast ACB con contacto de movimiento lateral.
- Cross Blast ACB.
Disyuntor de aire de explosión axial
En la explosión axial ACB, el contacto móvil está en contacto con el contacto fijo con la ayuda de una presión de resorte como se muestra en la figura. Hay un orificio de boquilla en el contacto fijo que está bloqueado por la punta del contacto móvil en la condición de cierre normal del interruptor. Cuando ocurre una falla, el aire a alta presión se introduce en la cámara de arco.
La presión del aire contrarrestará la presión del resorte y lo deformará, por lo que el contacto móvil se retira del contacto fijo y el orificio de la boquilla se abre. Al mismo tiempo, el aire a alta presión comienza a fluir a lo largo del arco a través del orificio de la boquilla de contacto fijo. Este flujo axial de aire a lo largo del arco a través del orificio de la boquilla hará que el arco se alargue y se enfríe, por lo que el voltaje del arco se volverá mucho más alto que el voltaje del sistema, lo que significa que el voltaje del sistema es insuficiente para sostener el arco y, por lo tanto, el arco se apaga.
Explosión axial ACB con contacto móvil lateral
En este tipo de disyuntor de chorro de aire axial, el contacto móvil se coloca sobre un pistón apoyado sobre un resorte. Para abrir el disyuntor, el aire es admitido en la cámara de arco cuando la presión alcanza un valor predeterminado, presiona el contacto móvil; se dibuja un arco entre los contactos fijo y móvil. El chorro de aire transfiere inmediatamente el arco al electrodo de arco y, en consecuencia, es apagado por el flujo axial de aire.
Disyuntor de aire cruzado
El principio de funcionamiento del disyuntor de aire de chorro cruzado es bastante simple. En este sistema de disyuntor de chorro de aire, la tubería de explosión se fija en perpendicular al movimiento del contacto móvil en la cámara de arco y en el lado opuesto de la cámara de arco también se instala una cámara de escape en la misma alineación de la tubería de explosión, de modo que el aire que proviene de la tubería de explosión puede entrar directamente en la cámara de escape a través del espacio de contacto del interruptor.
La cámara de escape se escupe con divisores de arco. Cuando el contacto móvil se retira del contacto fijo, se establece un arco entre el contacto y, al mismo tiempo, el aire a alta presión proveniente de la tubería de explosión pasará a través del espacio de contacto y llevará con fuerza el arco a la cámara de escape donde se divide el arco. con la ayuda de divisores de arco y finalmente el arco se apaga.
