Com seleccionar interruptors que compleixin les necessitats de distribució de baixa tensió?

Determineu els requisits de càrrega i nivell de defecte per al dimensionament d'instal·lacions elèctriques

Perfilatge de càrregues, aplicació del factor de diversitat i alineació de la classe de tensió

Obtenir perfils de càrrega precisos és essencial a l'hora de triar equips de commutació, ja que implica analitzar tot el que està connectat al sistema, inclosos equips, sistemes d'il·luminació, unitats de climatització (HVAC) i aquelles càrregues no lineals més complexes. Els factors de diversitat solen oscil·lar entre 0,6 i 0,8 en entorns industrials i ajuden a crear una imatge més realista de la demanda simultània real en lloc de basar-se en valors màxims teòrics. Preneu com a exemple una instal·lació de fabricació: si té uns 500 kW de càrregues connectades, després d'aplicar un factor de diversitat com ara 0,7, la capacitat real necessària baixa fins a uns 350 kW. La tensió nominal ha de coincidir exactament amb la del sistema de distribució, sigui la tensió estàndard de 400 volts o l'opció més elevada de 690 volts. Les incompatibilitats de tensió causen problemes i, segons informes sectorials del 2023, representen aproximadament una quarta part dels fallades inicials en equips de commutació. No oblideu incloure també una capacitat addicional d'entre un 20% i un 30%, per tal de preveure ampliacions futures sense haver de reformular completament la configuració existent més endavant.

Càlcul del nivell de falla segons IEC 60909 i validació de SCCR respecte a la impedància de la font aguas amunt

El càlcul de nivells de falla segons les normes IEC 60909 permet determinar els corrents de curtcircuit prospectius, que són essencials per definir la mida de l'equipament capaç de suportar forces d'interrupció i resistència. La majoria dels sistemes industrials de baixa tensió gestionen corrents de falla que van aproximadament des de 25.000 amps fins a 65.000 amps. Per començar el càlcul del corrent simètric inicial de curtcircuit, els enginyers sovint utilitzen aquesta fórmula estàndard: Ik és igual a c multiplicat per Un dividit entre l'arrel quadrada de tres multiplicada per Zk. A continuació s'explica el significat de cada part: c representa el factor de tensió, normalment fixat en 1,05 per a escenaris màxims de falla. Un indica la tensió nominal del sistema, mentre que Zk inclou tot el situat aguas amunt, incloent la impedància percentual del transformador, la resistència i reactància del cable, així com el que prové dels barres col·lectores. Prenguem un transformador típic de 1000 kVA amb una tensió assignada de 400 volts i una impedància del 5 %; en aquest cas, obtenim aproximadament 36.000 amps. Tanmateix, els marges de seguretat són importants: els interruptors han de tenir una classificació de corrent de curtcircuit (SCCR) d'almenys un 25 % superior al valor calculat. L'experiència industrial mostra que aquest marge evita desastres durant les fallades. En verificar la coordinació de proteccions, cal sempre comparar les corbes temps-corrent entre dispositius situats aguas amunt i aguas avall per mantenir la selectivitat i evitar que diversos interruptors disparin innecessàriament. Cal recordar que els accidents per arc elèctric no només són perillosos sinó també costosos, amb un cost mitjà d'aproximadament 740.000 $ per incident segons la investigació de l'Institut Ponemon de 2023. Això fa que la validació exhaustiva de la SCCR sigui absolutament necessària en qualsevol instal·lació elèctrica seriosa.

Ajustar l'arquitectura del commutatge a la jerarquia del sistema de distribució

Funcions operatives: entrada principal, seccionament de barres, distribució d'alimentadors i integració de MCC

És molt important encertar els components en un sistema d'electrificació jeràrquic perquè tot ha de funcionar correctament en conjunt. Els quadres principals d'entrada es connecten directament als transformadors o provenen d'alimentadors de la companyia elèctrica. A continuació hi ha les unitats seccionadores de barres col·lectoras, que ajuden a aïllar zones específiques quan es necessita manteniment o durant fallades. L'equip d'interruptors d'alimentació distribueix l'energia cap a centres de càrrega locals arreu de la instal·lació. Els centres de control de motors, sovint anomenats MCC, gestionen en un sol lloc la protecció, les funcions de control i la monitorització dels motors. Quan les coses no estan ben coordinades, ràpidament apareixen problemes. Per exemple, si els ajustos de desactivació no coincideixen entre els interruptors principals i els d'alimentació, pot provocar grans incidències amb talls d'electricitat en múltiples àrees i alterar la coordinació entre diferents parts del sistema durant fallades. Cada nivell d'aquesta configuració no hauria de centrar-se només en suportar prou corrent, sinó que també necessita tenir uns rols clars en el funcionament conjunt de tot el sistema.

Selecció basada en l'aplicació: control del motor, compensació de potència reactiva i càrregues de subdistribució

El disseny dels sistemes de commutació ha de coincidir amb el seu ús real. En el cas de motors que funcionen contínuament, calen configuracions integrades de CCC (centres de control de motors) amb interruptors especials capaços de suportar les grans sobrecàrregues inicials i de continuar funcionant després de múltiples cicles d'engegada i aturada. Per a la correcció del factor de potència mitjançant bancs de condensadors, l'enfocament adequat inclou interruptors amb fusibles que compleixin les normes IEC 61439-3, a més d'una protecció tèrmica addicional quan hi hagi moltes harmòniques al sistema. També cal prestar especial atenció als quadres que subministren energia a equips informàtics crítics. Aquestes instal·lacions haurien de centrar-se en funcions d'aïllament de fallades perquè els problemes es continguin abans que causin interrupcions. Les xifres revelen una història interessant: segons dades recents del Informe d'Incidents d'Arc Elèctric de 2023, aproximadament tres de cada quatre avaries elèctriques es deuen a una configuració incorrecta dels sistemes de commutació i no a components defectuosos.

Assegurar la coordinació de proteccions i el compliment de les normes IEC

Selectivitat entre interruptors i fusibles mitjançant corbes temps-corrent (IEC 60947-2/6)

La selectivitat significa bàsicament fer que els dispositius de protecció situats més avall gestionin les fallades abans que actuïn els que estan més amunt, i això depèn d’una anàlisi exhaustiva de les corbes temps-corrent (TCC). D'acord amb normes com la IEC 60947-2/6, cal verificar els interruptors automàtics i els fusibles en funció de tres aspectes principals: la seva capacitat per interrompre el flux de corrent, limitar alliberament d’energia i coordinar-se correctament a diferents nivells de corrent. Quan els sistemes estan ben coordinats, redueixen els incidents d’arc elèctric perillosos en un 40 percent aproximadament, comparat amb instal·lacions no coordinades, segons la recerca IEEE 1584-2022. A més, aquest enfocament permet als enginyers aïllar els problemes just allà on es produeixen, en lloc de provocar problemes majors en altres llocs. Un detall clau que molts passen per alt durant les actualitzacions de sistemes és assegurar que el temps que triga un dispositiu inferior a eliminar una fallada roman inferior al temps que trigaria un fusible superior a fondre’s a cada nivell possible de corrent de fallada. Aquest petit però crucial aspecte s’oblida sorprenentment sovint en la pràctica.

Separació interna (IEC 61439-2 Tipus 1–4) i selecció de la classificació IP per a la seguretat ambiental

El concepte de separació interna segons la IEC 61439-2 bàsicament ens indica com s'han de separar diferents parts com barres col·lectoras, cables i borns perquè els arcs no es propaguin i els treballadors romanquin segurs quan hi ha alguna fallada dins l'equip. També existeixen diferents nivells. El tipus 1 només proporciona una separació bàsica entre components, mentre que el tipus 4 va molt més enllà amb una segregació completa, incloent barreres metàl·liques connectades a terra entre totes les parts importants. Aquest nivell superior té sentit especialment en aquells llocs on la fiabilitat és fonamental o on els corrents de defecte podrien ser realment perillosos. Pel que fa a les classificacions IP, han de correspondre al tipus d'ambient al qual estarà exposat l'equip. Les àrees industrials generals solen necessitar com a mínim protecció IP54 contra pols i aigües projectades. Per a subestacions interiors on el risc és baix, pot ser suficient un IP31. Tanmateix, les instal·lacions costaneres o llocs amb elements corrosius exigeixen envolvents IP66 fabricats en acer inoxidable en comptes d'acer al carboni convencional. D’acord amb dades de la NEMA VE 1-2020, estudis mostren que aquestes opcions en acer inoxidable redueixen les avaries aproximadament en un 78% comparades amb materials estàndard. I recordeu que el mètode de separació i el nivell de protecció que triem sempre haurien de complir amb les regulacions locals de seguretat, com ara els requisits de la NFPA 70E.

Validar el disseny mecànic i elèctric per a la fiabilitat a llarg termini del commutador

La validació de la robustesa mecànica i la integritat elèctrica assegura dècades de funcionament segur i ininterromput. Això depèn de tres pilars de verificació interdependents:

• Resiliència estructural : Els materials i la construcció de l'envolvent han de suportar les tensions ambientals, inclosa la corrosió, la degradació per raigs UV i l'impacte mecànic, mantenint com a mínim una protecció contra intrusions IP54
• Resistència elèctrica : Els components crítics han de demostrar un mínim de 10.000 operacions mecàniques en proves accelerades de cicle de vida, amb el rendiment tèrmic validat segons temperatures ambientals específiques del lloc i perfils de càrrega
• Conformitat amb certificacions : La certificació de tercers segons la IEC 62271-200 (resistència dielèctrica) i la IEC 61439 (suport a curtcircuit, verificat mitjançant proves UL 1066) redueix les taxes d'error en camp en un 72 % (Informe d'Infraestructures Energètiques 2025). Els fabricants que proporcionen informes d'assaig auditables, no només declaracions, ofereixen una fiabilitat comprovada al llarg de vides útils superiors als 30 anys, reduint significativament el cost total de propietat i minimitzant els riscos de seguretat.

FAQ

Quina és la importància del perfilatge precís de càrrega per a la dimensionat de commutadors?

El perfilatge precís de càrrega ajuda a identificar la demanda real de les càrregues connectades, permetent un millor dimensionat del commutador. Això evita la sobreestimació i assegura que el sistema pugui suportar la demanda real sense malgastar recursos.

Com ajuda la validació de SCCR en la configuració del commutador?

La validació de SCCR assegura que el commutador pugui suportar de manera segura els nivells de corrent de curtcircuit, prevenint fallades catastròfiques durant condicions de defecte. Implica calcular el marge de seguretat per sobre dels nivells de defecte calculats.

Quines són les funcions del commutador funcional en els sistemes de distribució?

Les funcions del commutador funcional inclouen l'entrada principal, la seccionament de barres col·lectores, la distribució d'alimentadors i la integració de MCC. Cadascuna té un paper fonamental per mantenir una distribució d'energia adequada i l'estabilitat del sistema.

Per què és important la coordinació de proteccions en els sistemes elèctrics?

La coordinació de proteccions assegura que les avaries es aïllin al nivell correcte, evitant interrupcions generalitzades i minimitzant els riscos d'arc elèctric. La selectivitat entre dispositius de protecció facilita aquesta coordinació.

Quina és la finalitat de la separació interna en els commutadors?

La separació interna impedeix la propagació de l'arc dins del commutador, millorant la seguretat mitjançant l'aïllament de diferents components. Això està regulat per les normes IEC 61439-2, amb diversos tipus que ofereixen nivells de segregació.