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Los circuitos primarios de los interruptores automáticos transportan corrientes de carga y de fallo. Los circuitos secundarios controlan cuándo se producen esas operaciones. Los contactos principales de un interruptor automático de vacío pueden soportar perfectamente una corriente de cortocircuito de 25 kA, pero la instalación falla en la puesta en marcha porque el cableado de control introduce disparos intempestivos, permite cierres simultáneos peligrosos o permite el bombeo del motor que destruye el mecanismo.
El diseño del circuito secundario separa los interruptores diseñados adecuadamente de los fallos de campo que están a punto de producirse. La diferencia se aprecia en los detalles de la lógica de control: supervisión de la bobina de disparo, colocación del relé antipumping, verificación del enclavamiento mecánico y secuenciación de los contactos auxiliares.
Esta guía analiza los circuitos secundarios de los VCB desde la perspectiva de la ingeniería del fabricante. Comprenderá por qué existen determinados elementos del circuito, cómo evitan los modos de fallo habituales y qué hay que verificar durante las pruebas de aceptación en fábrica y la puesta en marcha in situ.
Los circuitos primarios de un VCB conducen la corriente desde el lado de la línea hasta el lado de la carga a través de los contactos del interruptor de vacío. Los circuitos secundarios ordenan a esos contactos que se abran o se cierren, evitan operaciones inadecuadas e informan del estado del interruptor a los relés de protección o a los sistemas SCADA.
Los circuitos secundarios abarcan:
Circuitos de control — Bobina de viaje, bobina de cierre, circuitos del motor de carga del resorte que accionan directamente el mecanismo.
Circuitos auxiliares — Contactos indicadores de estado, señalización de posición a dispositivos de enclavamiento y protección.
Circuitos de protección — Lógica antipumping, supervisión de bobinas, circuitos de enclavamiento eléctrico/mecánico.
Circuitos de Anunciación — Alarmas por fallo del motor, resorte sin carga, mal funcionamiento del mecanismo.
Los niveles de tensión varían según la aplicación. La mayoría de los VCB de media tensión utilizan una alimentación de control de 110 VCC o 220 VCC procedente de las baterías de la estación. Algunas instalaciones industriales especifican un control de 110 VCA o 220 VCA. La topología del circuito sigue siendo conceptualmente similar, aunque el control de CA introduce consideraciones de sincronización en torno al paso por cero y requiere diferentes enfoques anti-bombeo.
[NOTA DE DISEÑO: El control de CC permite el funcionamiento durante los apagones de la red eléctrica cuando las baterías de la estación proporcionan energía de respaldo, lo cual es fundamental para los interruptores de servicios públicos que protegen los generadores y transformadores].
Para comprender los circuitos secundarios hay que empezar por la secuencia de funcionamiento. El principio de funcionamiento del interruptor automático de vacío se explica en https://xbrele.com/what-is-vacuum-circuit-breaker-working-principle/ muestra cómo la extinción del arco eléctrico en vacío requiere un movimiento de contacto preciso: los circuitos secundarios sincronizan y coordinan ese movimiento en todas las condiciones de funcionamiento.
Los circuitos de disparo y cierre alimentan directamente las bobinas solenoides o los motores que accionan el mecanismo del VCB. Las prioridades de diseño difieren: los circuitos de disparo deben ser a prueba de fallos y ultra fiables, mientras que los circuitos de cierre deben evitar operaciones simultáneas peligrosas.
Un circuito de disparo típico sigue esta ruta de señal:
| Elemento del circuito de viaje | Función | Calificación típica |
|---|---|---|
| Bobina de viaje | Actuador electromagnético que libera el pestillo de disparo | 110/220 VCC, 5-10 A de corriente de arranque |
| Contacto auxiliar de serie | El circuito de disparo se restablece automáticamente una vez que se abre el interruptor. | “a” contacto, clasificado para corriente de bobina |
| Disparo por derivación | Acoplamiento mecánico entre la bobina y el mecanismo de enclavamiento | Fuerza nominal para el resorte del mecanismo |
| Relé de supervisión de viaje | Controla la continuidad del circuito de la bobina. | Contacto de alarma en circuito abierto |
El contacto auxiliar en serie evita que se queme la bobina de disparo. Sin él, la bobina permanece energizada después de que el interruptor se dispara, sobrecalentándose y fallando en cuestión de minutos. Los diseños adecuados colocan un contacto auxiliar “a” (normalmente abierto, cerrado cuando el interruptor está cerrado) en serie con la bobina de disparo; cuando el mecanismo se dispara, este contacto se abre automáticamente.
[Perspectiva del diseño OEM: Fiabilidad del circuito de disparo]
- Bobinas de disparo redundantes (Bobina de disparo 1 + Bobina de disparo 2) duplican la fiabilidad para aplicaciones críticas.
- Los terminales de bobina de viaje chapados en oro reducen la resistencia de contacto y los fallos por corrosión.
- Las alarmas de supervisión de la continuidad de la bobina de disparo alertan a los operadores antes de que el interruptor no pueda dispararse cuando sea necesario.
- Los fusibles de acción rápida protegen los circuitos de disparo contra cortocircuitos sin retrasar la operación de protección.
Los circuitos cerrados cargan la energía almacenada (resorte comprimido o actuador magnético) y luego la liberan para cerrar los contactos. Dado que el cierre en caso de fallo genera una tensión mecánica extrema, los circuitos cerrados incluyen protección contra bombeo y enclavamiento.
Secuencia de cierre del mecanismo accionado por resorte:
| Elemento de circuito cerrado | Función | Calificación típica |
|---|---|---|
| Bobina cerrada | Libera el enclavamiento de energía almacenada | 110/220 VCC, 3-8 A |
| Motor de carga de resorte | Comprime el resorte de cierre | 110/220 VCC, 2-5 A continuos |
| Interruptor accionado por resorte | Señala la preparación para una operación cercana. | Interruptor de límite mecánico |
| Relé antipumping | Evita intentos repetidos de cierre en fallos persistentes. | Relé auxiliar con circuito de sellado |
| Cierre de contactos de enclavamiento | Evita el cierre cuando no es seguro (por ejemplo, interruptor de puesta a tierra cerrado). | Contactos “b” cableados |
El motor de carga del resorte funciona automáticamente después de cada operación de cierre o se puede iniciar manualmente. Un interruptor de límite detiene el motor cuando la compresión del resorte alcanza la fuerza requerida. Si el motor falla o el mecanismo del resorte se atasca, se activa la alarma “resorte sin cargar”.
La protección antipumping evita que el VCB intente cerrar repetidamente ante una falla. Sin ella, el interruptor realiza ciclos rápidos de apertura-cierre-apertura-cierre, lo que destruye el mecanismo y puede provocar la soldadura de los contactos.
Considera este escenario sin anti-pumping:
Esta acción de “bombeo” somete al mecanismo a un choque mecánico extremo a la capacidad de corriente de fallo, superando con creces los valores nominales del ciclo de trabajo normal.
Un circuito antipumping correctamente diseñado requiere que el comando de cierre se reinicie (desenergizado y reenergizado) antes de permitir otra operación de cierre:
Método de relé de control:
Método de contacto auxiliar (más sencillo pero menos flexible):
| Método anti-bombeo | Ventajas | Limitaciones |
|---|---|---|
| Relé auxiliar con sello de seguridad | Evita el bombeo independientemente de la duración de la señal de cierre; funciona con reconexión automática. | Añade coste y complejidad al relé. |
| Solo contacto auxiliar del interruptor | Simple, sin componentes adicionales. | No puede bloquear todos los escenarios de bombeo en los esquemas de reconexión automática. |
| Controlador lógico programable | Totalmente configurable, se integra con SCADA. | Requiere protección cableada de respaldo para aplicaciones críticas para la seguridad. |
[Caso de fallo en campo: derivación del circuito antipumping]
Una explotación minera modificó su aparato de conexión para permitir el “cierre forzado” durante emergencias, eludiendo la protección antipumping. Durante un fallo en el cable, el operador mantuvo pulsado el botón de cierre para intentar restablecer la alimentación. El VCB bombeó seis veces en 15 segundos antes de que el mecanismo rompiera la guía del resorte. El coste de sustitución superó los $45 000, además de dos semanas de inactividad.
Los enclavamientos evitan secuencias de funcionamiento inseguras: cierre con el interruptor de puesta a tierra activado, funcionamiento simultáneo de dos entradas o accionamiento del interruptor mientras está energizado. La implementación utiliza tanto contactos cableados (enclavamientos eléctricos) como bloqueos físicos (enclavamientos mecánicos).
Enclavamiento del interruptor de puesta a tierra:
Enclavamiento de transferencia de barra colectora:
Bloqueo del interruptor extraíble:
Sistemas de bloqueo de llaves:
Disposiciones relativas a los candados:
Bloqueo de estanterías:
| Tipo de enclavamiento | Función principal | Nivel de redundancia |
|---|---|---|
| Eléctrico (cableado) | Evita la activación de los circuitos de control. | Primera línea de defensa |
| Mecánico (bloqueo físico) | Impide físicamente el movimiento del mecanismo o el posicionamiento del interruptor. | Reserva en caso de fallo o derivación del enclavamiento eléctrico. |
| Administrativo (llave/cerradura) | Garantiza el cumplimiento de los procedimientos. | Capa de factores humanos |
Las mejores prácticas de los fabricantes de equipos originales combinan las tres capas para los enclavamientos críticos. Por ejemplo, la seguridad de los interruptores de puesta a tierra suele requerir un enclavamiento eléctrico (contactos auxiliares), un bloqueo mecánico (pestillo) Y un enclavamiento con llave (aplicación de secuencias).
Los contactos auxiliares informan de la posición del interruptor a los relés de protección, los sistemas SCADA, las alarmas y los circuitos de enclavamiento. La secuencia de contactos, es decir, el orden preciso en que los contactos se cierran y se abren durante la apertura y el cierre, determina si los circuitos externos funcionan correctamente.
“Contactos ”a» (normalmente abiertos):
“Contactos ”b» (normalmente cerrados):
La mayoría de los VCB proporcionan de 6 a 12 contactos auxiliares como estándar, ampliables a más de 20 con bloques de contactos auxiliares. Los contactos con una potencia nominal de 5 a 10 A a tensión de control gestionan las cargas de señalización y bobinas de relé, pero no pueden conmutar directamente motores o calentadores.
Durante la operación de cierre:
Durante la operación de apertura:
Esta secuencia garantiza que los circuitos externos solo detecten el cambio de estado después de que el VCB alcance una posición mecánica estable. Una señalización temprana de “interruptor cerrado” antes de que los contactos se acoplen completamente puede provocar una coordinación incorrecta de la protección. Una señalización tardía de “interruptor abierto” puede retrasar las permisiones del interruptor de puesta a tierra, lo que infringiría los procedimientos de seguridad.
| Requisito de secuencia | Por qué es importante |
|---|---|
| “a” se cierra después de que los contactos principales entren en contacto | Evita señales falsas de “cerrado” durante rebotes o cierres incompletos. |
| “b” se abre después de que “a” se cierre. | Evita la zona muerta en la que ambos contactos se abren simultáneamente (sin indicación de estado). |
| “b” se cierra antes de que se abran los contactos principales. | Proporciona una señal de “apertura del interruptor” a los relés antes de la interrupción del arco. |
| “a” se abre antes de que los contactos principales se separen. | Desactiva el circuito de la bobina de disparo antes de que comience el arco eléctrico del contacto auxiliar. |
La sincronización de los contactos auxiliares se verifica durante las pruebas de tipo VCB. Las comprobaciones de puesta en servicio utilizan el registro simultáneo de la posición del contacto principal y las transiciones de los contactos auxiliares para confirmar la secuencia adecuada.
Los circuitos de control fallan cuando las baterías de la estación se descargan, los transformadores de control de CA pierden el suministro o el cableado presenta fallos de alta resistencia. El diseño del circuito secundario debe detectar estos fallos y evitar condiciones inseguras.
La supervisión continua del circuito de disparo garantiza que el interruptor pueda dispararse cuando se activa la protección:
Método de relé de supervisión:
Monitorización basada en microprocesador:
Los VCB con mecanismos accionados por resorte requieren energía almacenada para cerrarse. Si el motor del resorte falla o el interruptor de límite funciona mal, el interruptor no puede cerrarse:
El bajo voltaje de control afecta al funcionamiento de la bobina:
| Función de supervisión | Método de detección | Umbral de alarma típico |
|---|---|---|
| Continuidad del circuito de disparo | Relé de supervisión o microprocesador | Circuito abierto o resistencia nominal >150% |
| Preparación para circuito cerrado | Interruptor accionado por resorte | El resorte no se carga tras 30 segundos después de la operación. |
| Voltaje de control | Relé de subtensión | Tensión nominal <851 TP3T |
| Fallo del contacto auxiliar | Discrepancia entre la posición y el estado de contacto | Desajuste >500 ms |
Los circuitos secundarios deben verificarse antes de la instalación in situ. Las pruebas de aceptación en fábrica (FAT) y las pruebas de aceptación in situ (SAT) siguen protocolos superpuestos pero distintos.
Continuidad y aislamiento:
Secuencia operativa:
Verificación anti-bombeo:
Función de enclavamiento:
Supervisión y alarmas:
Verificación del cableado:
Pruebas de integración:
Coordinación de enclavamientos:
Prueba de carga:
La puesta en marcha de la instalación detecta errores de instalación que las pruebas de fábrica no pueden detectar: polaridad de control invertida, ajustes incorrectos de los relés, errores en el cableado de los enclavamientos externos o fallos en la distribución de la alimentación de control.
Síntomas: El disyuntor se dispara sin que haya ninguna avería, a menudo durante la operación de cierre o el arranque del motor.
Posibles causas:
Diagnóstico:
Síntomas: Se ha pulsado el botón de cierre, pero el interruptor no se cierra o lo hace con lentitud.
Posibles causas:
Diagnóstico:
Síntomas: La disyuntora se acciona repetidamente por una falla o se niega a cerrar después de una sola desconexión.
Posibles causas:
Diagnóstico:
Síntomas: Fallo en el funcionamiento del relé de protección, estado SCADA incorrecto, fallo en el enclavamiento del interruptor de puesta a tierra.
Posibles causas:
Diagnóstico:
Las operaciones frecuentes aceleran el desgaste de los contactos auxiliares:
Los interruptores críticos requieren bobinas de doble disparo:
Los interruptores controlados por SCADA requieren supervisión adicional:
La calidad del circuito secundario distingue a los interruptores fiables de los que requieren un mantenimiento excesivo. A la hora de evaluar a los proveedores:
Compruebe las especificaciones de los contactos auxiliares: Algunos fabricantes proporcionan contactos de 3 A cuando la aplicación requiere 6 A, lo que provoca fallos prematuros.
Verificar la implementación del sistema anti-pumping: Solicite diagramas detallados de los circuitos que muestren el tipo de relé y la lógica de sellado.
Examine la flexibilidad del enclavamiento: ¿El interruptor puede admitir enclavamientos eléctricos y mecánicos sin necesidad de modificaciones personalizadas?
Revisar las capacidades de supervisión: Los diseños modernos ofrecen supervisión del circuito de disparo, control del estado del resorte y alarmas de tensión de control como características estándar; los diseños más antiguos requieren una actualización.
Confirmar protocolo de prueba FAT: ¿La FAT estándar del fabricante incluye la verificación anti-pumping, la medición de la secuencia de contactos y las pruebas de aislamiento?
Los interruptores automáticos de vacío XBRELE incluyen paquetes completos de circuitos secundarios diseñados para un funcionamiento fiable en aplicaciones de servicios públicos, industriales y de energías renovables. Nuestros diseños estándar incorporan supervisión del circuito de disparo, protección antipumping de doble relé y disposiciones de contactos de enclavamiento configurables. La documentación completa del circuito secundario, los informes FAT y el soporte para la puesta en marcha garantizan que las instalaciones cumplan tanto las normas de seguridad como los requisitos operativos. Obtenga más información sobre nuestra gama de interruptores automáticos de vacío en https://xbrele.com/vacuum-circuit-breaker-manufacturer/.
P1: ¿Cuál es la diferencia entre un circuito de viaje y un circuito cerrado en un interruptor de vacío?
R: Los circuitos de disparo activan una bobina que libera el pestillo de disparo del mecanismo, lo que permite que los resortes de apertura separen los contactos. Los circuitos de cierre cargan la energía almacenada (resorte o condensador) y luego la liberan para cerrar los contactos. Los circuitos de disparo dan prioridad a la fiabilidad a prueba de fallos, mientras que los circuitos de cierre incorporan protección contra bombeo y enclavamiento.
P2: ¿Por qué los VCB necesitan protección contra el bombeo?
R: Sin protección contra bombeo, un disyuntor puede cerrar repetidamente sobre una falla si la orden de cierre permanece activa. Esta acción de “bombeo” somete al mecanismo a un impacto mecánico extremo, lo que puede destruir el mecanismo de resorte o soldar los contactos. Los circuitos antibombeo requieren que se restablezca la orden de cierre antes de permitir otro intento de cierre.
P3: ¿Cuántos contactos auxiliares proporciona un interruptor automático de vacío típico?
R: La mayoría de los VCB de media tensión incluyen de 6 a 12 contactos auxiliares como estándar (una combinación de contactos “a” normalmente abiertos y “b” normalmente cerrados), ampliables a más de 20 contactos con bloques de contactos auxiliares adicionales. Los contactos suelen manejar entre 5 y 10 A a tensión de control.
P4: ¿Qué es la supervisión del circuito de disparo y por qué es necesaria?
R: La supervisión del circuito de disparo supervisa continuamente la integridad del circuito de la bobina de disparo mediante un relé de baja corriente o un sistema basado en microprocesador. Si el circuito desarrolla un fallo de apertura o de alta resistencia, las alarmas de supervisión alertan a los operadores antes de que falle una operación de protección. Esto evita situaciones en las que el interruptor no puede dispararse durante un fallo.
P5: ¿Se pueden omitir los enclavamientos eléctricos para operaciones de emergencia?
R: Aunque es físicamente posible, eludir los enclavamientos eléctricos crea graves riesgos para la seguridad y, por lo general, infringe las normas de seguridad. Los procedimientos de emergencia deben utilizar modos de “funcionamiento forzado” prediseñados con la autorización del supervisor y medidas de seguridad adicionales, nunca modificaciones sobre el terreno que anulen los enclavamientos.
P6: ¿Qué ocurre si el voltaje de control cae por debajo del valor nominal durante el funcionamiento?
R: Las bobinas de disparo pueden dejar de funcionar por debajo de la tensión nominal de 70%, mientras que las bobinas de cierre muestran un funcionamiento lento o incompleto por debajo de la tensión nominal de 80%. Los relés de control de tensión suelen emitir una alarma a 85% para avisar antes de que se produzcan fallos operativos. Las aplicaciones críticas pueden disparar automáticamente el interruptor en caso de baja tensión para evitar daños por carrera parcial.
P7: ¿Cómo se verifica la secuenciación de los contactos auxiliares durante la puesta en servicio?
R: Los ingenieros de puesta en servicio utilizan el registro simultáneo de la posición del contacto principal (mediante la medición del recorrido) y las transiciones del estado del contacto auxiliar (mediante un analizador lógico o un equipo de prueba de relés). Las mediciones de tiempo se comparan con los datos de las pruebas de tipo del fabricante; normalmente, los contactos “a” se cierran entre 5 y 15 ms después del contacto principal, y los contactos “b” se cierran entre 3 y 10 ms antes de la separación del contacto principal.
