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 Nuevos desarrollos y técnicas de diseño de interruptores
Artículo gentileza de la Unidad Low Voltage Products Breakers & Switches de ABB en Chile. www.abb.cl 

Los interruptores son los mecanismos de seguridad más importantes de los sistemas eléctricos y se pueden clasificar de acuerdo a clase de tensión, tipo de construcción, desconexión y características estructurales. Sin embargo, las tendencias actuales buscan interruptores más modulares, flexibles e integrados, para lo que se han desarrollado los interruptores en caja moldeada de alto rendimiento.

En los últimos diez años, se han generado cambios impresionantes en las demandas de los consumidores y del mercado. Por ejemplo, hay nuevas y mejores aplicaciones que requieren más velocidad y fiabilidad en un sistema de protección para mantener la seguridad, estabilidad y el servicio permanente. Esto significa el desarrollo de dispositivos modulares más pequeños, inteligentes y conformes con la normativa, que se puedan integrar o interconectar fácilmente con otros componentes o sistemas.

Hoy en día, se han desarrollado familias de interruptores, que se caracterizan por el alto rendimiento de un dispositivo pequeño, provisto de las unidades de disparo electrónicas más modernas. Estas familias de interruptores poseen una capacidad nominal máxima de corte en cortocircuito de hasta 150 kA.

Para una mayor especialización, se han desarrollado modelos diferentes para cada aplicación. De este modo, existen versiones para instalaciones de distribución a gran escala y otros apropiados para la industria pesada, metalurgia y aplicaciones navales, donde es crucial un rendimiento extremadamente alto.

A fin de reducir el tiempo necesario para la validación de interruptores, se han desarrollado herramientas de diseño avanzado que pueden utilizarse en las fases iniciales, como:

Plataformas de diseño común para desarrollar, seleccionar, integrar e interconectar cada componente del interruptor.

Simulación multifísica para diseñar y calibrar la gama completa de relés de sobreintensidad.

Sistema de imágenes de arco que permiten realizar diagnósticos ópticos de arcos de Baja Tensión.

Prueba HALT que somete el equipo a modos de fallo y facilita el realizar correcciones en los procesos de diseño o producción.


Mayor rendimiento en tamaño compacto

Las nuevas unidades de disparo ofrecen un mayor rendimiento con un dispositivo más pequeño. Para ello, los diseñadores analizan primero el núcleo de la unidad y seleccionan un potente microcontrolador que se caracteriza por su eficiencia energética y su alto rendimiento con una arquitectura de procesador único y dimensiones reducidas.

Luego desarrollan, seleccionan, integran e interconectan los componentes individuales del conjunto mecatrónico, es decir, la caja de plástico, los terminales y sensores de corriente, la unidad de disparo electrónica, la bobina de disparo y las interconexiones. Al mismo tiempo, verifican si los componentes escogidos son los correctos y si ocupan la posición óptima en la tarjeta de circuito impreso.

La unidad de disparo es una serie completa que proporciona protección a plantas de 400 Hz. Para garantizar esta protección es necesario realizar análisis de frecuencia, lo que requiere de la respuesta de frecuencia correcta del sensor de intensidad, un ancho de banda adecuado en el canal analógico para la medición de componentes armónicos y un diseño digital de filtros para la reconstrucción exacta de la señal. Para satisfacer tales requisitos se utilizan herramientas de simulación.

La funcionalidad de la unidad de disparo puede ampliarse mediante accesorios de tipo “plug and play” (enchufar y usar), como una pantalla gráfica LCD con retroiluminación, un medidor LED, una interfaz de comunicación local, una interfaz de comunicaciones del sistema y un dispositivo para pruebas de disparo y detección de último disparo.
La pantalla es una interfaz gráfica hombre-máquina que permite la configuración local de funciones mejoradas de la unidad de disparo que anteriormente sólo estaban disponibles a través de un bus de comunicación o un dispositivo manual. Es alimentada directamente por la unidad de disparo y es un dispositivo “plug and play” que puede desplazarse con facilidad de una unidad de disparo a otra.

Una tira bimetálica es un dispositivo mecánico que transforma un cambio de temperatura en un cambio de forma y que, gracias a su sencillez, fiabilidad y bajo costo de producción, suele ser el método más común de proteger los interruptores automáticos en caja moldeada de la sobreintensidad.

Por otro lado, el estudio de la interrupción de cortocircuitos es un reto para los diseñadores. Por ejemplo, durante una interrupción, el plasma del arco puede alcanzar temperaturas de hasta 20.000 K y debe extinguirse de inmediato. Para observar el movimiento del arco durante un cortocircuito, se ha desarrollado una técnica avanzada: el sistema de imágenes de arco (AIS, por sus siglas en inglés), que incluye un conjunto de fibras ópticas montadas en un lado del interruptor, que leen la intensidad de la luz en el interior de las cámaras del arco.

El sistema AIS ha demostrado ser una herramienta sorprendente, ya que interpreta correctamente el resultado de una prueba y –con el análisis con oscilogramas del laboratorio de pruebas– ha ayudado enormemente a aclarar muchos aspectos de la interrupción de la corriente.

Otro mecanismo de prueba es HALT, basado en el principio de aceleración de vida del producto y realizado directamente con los interruptores completos, los accesorios y los componentes aislados en la fase de diseño. Su objetivo es deteriorar rápidamente el producto y conocer los modos de fallo a los que se expone a lo largo de su vida. El valor fundamental de la prueba reside en los modos de fallo que quedan ocultos y la velocidad a la que esto ocurre. En condiciones reales, podrían pasar años antes de que se produjeran tales modos de fallo. La prueba HALT se considera un éxito cuando se inducen los fallos, se entienden y se adoptan las medidas correctoras en los procesos de diseño o de producción.

Agosto 2012
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