Aparellatge de commutació

Què és un aparell de commutació?

Els circuits elèctrics gestionen una capacitat de càrrega predeterminada per disseny. Han de ser regulats per evitar que l'excés de corrent sobreescalfi el cablejat i sobrecarregui el sistema. Un sistema sobrecarregat és un perill per a la seguretat que pot danyar components vitals i fins i tot causar incendis elèctrics. Existeixen aparells de commutació per regular els actius elèctrics i garantir el seu funcionament segur i eficient.

Els components dels aparells de commutació inclouen interruptors de desconnexió elèctrica, interruptors automàtics, fusibles i parallamps que condueixen o interrompen els corrents elèctrics que flueixen. Quan es produeix una sobretensió elèctrica, els aparells de commutació interrompen el flux d'energia i protegeixen els sistemes elèctrics dels danys causats per una sobrecàrrega d'energia.

Per què es necessita un aparellatge de commutació?

Els quadres de commutació estan dissenyats per defensar els equips connectats a una font d'alimentació de l'amenaça de sobrecàrrega elèctrica. Els equips de commutació elèctrica protegeixen màquines, aparells, motors i altres sistemes que contenen circuits elèctrics controlant i regulant el flux de corrent elèctric.

Els quadres de commutació també protegeixen els especialistes en manteniment i reparació de danys separant-los dels circuits energitzats. Els electricistes i les companyies elèctriques confien en els quadres de commutació per desenergitzar els equips per provar els circuits de manera segura, realitzar tasques de manteniment i eliminar avaries aigües avall.

Com funciona l'aparell de commutació?

Els equips de commutació eviten danys i interrupcions del servei controlant el flux d'energia dins d'un sistema elèctric. Poden aïllar els circuits afectats mentre subministren energia simultàniament des de múltiples fonts a una càrrega. Quan una sobretensió o fallada elèctrica activa un interruptor automàtic dins del conjunt de commutació elèctrica, els components de suport interrompen i esgoten el corrent del circuit sobrecarregat mentre mantenen el servei als circuits en funcionament.

Quadres de distribució vs. aparells de distribució
Els quadres de distribució i els aparells de distribució tenen funcions molt diferents. Tenen components de maquinari, voltatge, usos i estàndards de seguretat diferents. Els quadres de distribució són dispositius de baixa tensió que s'utilitzen en entorns comercials i industrials per transmetre, redirigir i distribuir energia a transformadors individuals, sistemes de control, panells de circuits i càrregues. Els aparells de distribució regulen el flux de corrent elèctric per evitar sobretensions perilloses.

Tipus d'aparells de commutació
A Amèrica del Nord, hi ha tres tipus d'equips de commutació elèctrica classificats segons les normes ANSI/IEEE i NEC 2014 per a sistemes elèctrics que subministren corrent altern.

1. Els equips de commutació elèctrica de baixa tensió s'utilitzen per a sistemes que funcionen a menys d'1 quilovolt (kV).

2. Els equips de commutació elèctrica de mitjana tensió funcionen a tensions d'1 kV a 75 kV

3. Els equips de commutació elèctrica d'alta tensió funcionen a tensions que van des de 75 kV fins a uns 230 kV.

Els equips de commutació elèctrica s'han d'allotjar en una carcassa adequada amb classificació NEMA quan s'utilitzen a l'exterior per protegir-los de manipulacions i dels elements.

● Aparellatge de commutació de baixa tensió
Els aparells de commutació de baixa tensió inclouen interruptors, interruptors de baixa tensió, interruptors de fuga a terra, interruptors en miniatura (MCB), interruptors de caixa modelada (MCCB), fusibles d'alta capacitat d'interrupció (HRC) i aïlladors elèctrics de descàrrega.

Aquest equip es pot configurar per a ús interior o exterior i pot tenir una tensió nominal de 208 volts, 240 volts, 480 volts i 600 volts fins a 1000 volts. Les instal·lacions industrials, municipals i comercials solen utilitzar aparells de commutació de baixa tensió per regular el subministrament d'energia als sistemes de climatització, il·luminació i altres sistemes d'edificis.

● Aparellatge de mitja tensió
Els aparells de commutació de mitjana tensió utilitzen aïllants i interruptors automàtics d'oli, gas o buit per interrompre el flux de corrent en cas de sobretensió o fallada del sistema. Els aïllants protegeixen i refreden els components dins de l'equip de commutació elèctrica, mentre que l'interruptor automàtic separa els contactes del circuit per esgotar l'arc.

Els sistemes interiors i exteriors solen tenir tensions nominals de 5 kV, 12 kV, 15 kV i 35 kV fins a 75 kV per indicar la tensió màxima que poden servir. Aquest equip de commutació elèctrica s'utilitza habitualment en centrals generadores i subestacions de transmissió. També s'utilitza per controlar motors, circuits d'alimentació i generadors en instal·lacions industrials i comercials.

● Aparellatge d'interruptor d'alta tensió
Els quadres de commutació d'alta tensió controlen sistemes d'alimentació que funcionen a un mínim de 75 kV. Aquests equips de commutació elèctrica utilitzen seccionadors, interruptors de terra, mecanismes de commutació d'alt corrent, fusibles i interruptors automàtics per controlar, regular, interrompre, aïllar i esgotar el corrent.

Com que qualsevol fallada elèctrica pot crear un arc extremadament potent, els equips de commutació elèctrica d'alta tensió han de funcionar de manera contínua i fiable. Aquests equips de commutació són vitals per a les operacions que experimenten una alta incidència de fallades elèctriques i necessiten desconnectar regularment els equips. Es troben habitualment en grans sistemes de transmissió i distribució elèctrica i en instal·lacions comercials o industrials.

Tipus d'aïllament d'aparells de commutació
Amb voltatges variables, els quadres de distribució també poden utilitzar diferents tipus d'aïllament per protegir els dispositius energitzats de fallades elèctriques. Els recintes dels quadres de distribució utilitzen els següents tipus d'aïllament.

● Equips de commutació elèctrica aïllats en gas
Els interruptors aïllats en gas (GIS) utilitzen interruptors que utilitzen gas hexafluorur de sofre (SF6) pressuritzat per aïllar conductors i contactes i extingir el corrent d'arc creat per una fallada elèctrica. El diòxid de carboni (CO2) és una alternativa respectuosa amb el clima a l'SF6. La substitució de l'SF6 per CO2 pot reduir les emissions de gasos d'efecte hivernacle en 10 tones durant el cicle de vida de l'equip.

● Equips de commutació elèctrica aïllats a l'aire
Els interruptors aïllats a l'aire (AIS) utilitzen interruptors que utilitzen aire comprimit o força magnètica per allargar l'arc perquè s'esgoti sol.

● Equips de commutació elèctrica aïllats en oli
Els interruptors aïllats en oli vaporitzen l'oli mineral al llarg del camí de l'arc creat quan els contactes que porten corrent se separen i l'envolten amb una bombolla de gas hidrogen que esgota el corrent i impedeix que l'arc es torni a encendre.

● Equips de commutació elèctrica aïllats al buit
Els interruptors aïllats al buit eliminen les molècules que podrien ser ionitzades pel corrent elèctric. Qualsevol arc s'estirarà i s'esgotarà fins i tot quan augmenti el voltatge.

Instal·lació d'aparells de commutació
Els treballadors amb la llicència adequada han d'instal·lar tots els equips de commutació elèctrica d'acord amb els codis de seguretat, les directrius de construcció i les instruccions del fabricant aplicables. Una instal·lació correcta garanteix una fiabilitat operativa òptima.