Un Interruptor Automático de Cambio de Fase es un dispositivo que detecta automáticamente cortes de energía y cambia a la fuente de alimentación alternativa sin intervención humana, asegurando que su carga eléctrica permanezca operativa incluso cuando las fuentes activas de suministro fallan. Además de proteger su carga, también permitirá que la carga eléctrica mantenga la continuidad durante el breve período de tiempo (usualmente solo segundos o fracciones) necesario para efectuar el cambio. Una de las principales ideas erróneas entre los clientes sobre el Interruptor Automático de Cambio de Fase es el tiempo que tomará implementar la transferencia de fase. Sin embargo, la otra variable que los clientes deben considerar es el número de polos en la unidad; esto impactará directamente en la seguridad y el costo del sistema, así como en los requisitos de instalación y mantenimiento para el Electricista.
Un interruptor de cambio de fase es un dispositivo conmutado automáticamente que cambia (o transfiere) corriente de una fuente (entrada) a una fuente diferente (salida) entre dos o más fuentes. Los interruptores de cambio de fase están disponibles como manuales, operados por motor o automáticos, y el tipo automático puede incluir un bypass manual fácil de operar para procedimientos de mantenimiento y reparación. Al considerar configuraciones trifásicas, cada fase requiere cuatro polos; uno para cada fase y un polo separado para neutro/tierra. El tiempo de transferencia del interruptor determinará si se clasifica como un tipo: dependiendo de la sensibilidad del equipo conectado, generalmente tendrá un tiempo de transferencia de menos de 60 microsegundos para dispositivos sensibles y un tiempo de transferencia de aproximadamente entre 1 segundo y 3 segundos para generadores.
Lo que el dispositivo realmente hace
Hay dos componentes dentro de un interruptor de cambio que son pasados por alto por las personas: 1, un relé de control que monitorea y vigila fallas en el suministro entrante, y 2, un par de contactores interbloqueados que permiten que se realice una transferencia física, es decir, la apertura y cierre de los contactores. El componente de control detecta defectos en el suministro entrante como subtensión, pérdida de fase, falla de fase y errores de secuencia de fase. Tan pronto como se detecta una falla, la lógica del controlador asegura que primero se abra el contactor asociado con la fuente de alimentación buena y después se cierre el contactor del suministro entrante. La naturaleza interbloqueada de los contactores asegura que ambas fuentes nunca estén conectadas al mismo tiempo.
Hay dos configuraciones en las que un interruptor de cambio usualmente opera. La configuración automática es el modo normal de operación en el que el interruptor realiza la transferencia o cambio. El modo bypass es un modo de mantenimiento en el que el controlador se desactiva y un técnico utiliza una manija de mantenimiento para operar el interruptor. Sin embargo, el bypass es un modo de operación altamente importante; sin él, el técnico tendría que desconectar todo el suministro solo para cambiar un contactor en un tablero en vivo.
Una alternativa más antigua que sigue apareciendo en especificaciones es el interruptor de transferencia manual: mismo hardware, sin electrónica de detección. Es más barato y es la respuesta correcta cuando el suministro entrante es la única fuente que falla y hay una persona presente. Es la respuesta incorrecta para un ascensor o una sala de servidores.
Dónde se utilizan los interruptores de cambio y hacia dónde va la demanda
La tecnología existente es antigua y poco emocionante: bombas, ascensores, generadores, alimentadores de calderas y unidades de entrada de fábrica. Estos sistemas son confiables. De hecho, el crecimiento en el sector proviene de otras fuentes.
Actualmente, los centros de datos y la colocación ocupan la posición principal, ya que la transferencia monofásica de solo unos pocos milisegundos evita que el rack se apague durante una pérdida de energía, en lugar de usar un paquete de baterías lo suficientemente grande para todos los posibles incidentes aguas arriba. La atención médica ocupa el segundo lugar, porque mantener el suministro ininterrumpido es un requisito más que una opción en áreas de cuidados críticos. Los ascensores están en tercer lugar cuando es probable que los movimientos sean asumidos por la nueva tecnología, cuando un controlador controlará un grupo de ascensores.
Se deben abordar cuestiones legales y algunas tendencias menores. Los edificios de los clientes están incorporando sistemas fotovoltaicos y de baterías, utilizando una transferencia de tres vías en lugar de solo opciones de dos vías. Los vehículos eléctricos grandes están causando un enorme consumo de energía que la red no siempre puede gestionar, lo que resulta en la conexión a la fuente de energía en lugar de cambiarla constantemente.
En términos generales, la elección entre trifásico y monofásico no es una preferencia que se pueda tener una vez que la carga supera aproximadamente los 7 kW, y la distinción se cubre en monofásico contra trifásico explicado.
Tipos y clases
Es importante aprender la abreviatura del manual de datos para los tres principios de los interruptores de transferencia trifásicos.
En la primera dimensión – el número de polos, un interruptor de 3 polos desconecta las tres fases mientras mantiene el neutro conectado durante el proceso. Un interruptor de 4 polos desconecta también el neutro. Cuando el neutro y la tierra están separados, por ejemplo en un sistema TT, mantener el neutro conectado anula el propósito de tenerlos separados — el neutro sigue conectado al electrodo de tierra. Usar un interruptor de 4 polos o un interruptor con desconexión del neutro vinculada es la opción adecuada en la mayoría de las configuraciones fuera de EE. UU.
La dimensión tecnológica está relacionada con la velocidad de conmutación. Los proveedores usan esta terminología de manera diferente. Según la norma IEC 60947-4-1, existen las clases I (dos rupturas y transferencia) y clase II (tres rupturas incluyendo la transferencia). La clase Q significa que la transferencia dura como máximo diez milisegundos y debe usarse en el caso de dispositivos electrónicos. Schneider y ABB tienen diferentes conjuntos de valores de clase teniendo en cuenta el tiempo de transferencia.
La dimensión de construcción se refiere a las características clave del mecanismo – liberación por subtensión con enclavamiento eléctrico, tipo solenoide con enclavamiento mecánico, o tipo motorizado con retorno por resorte, que es la única tecnología de conmutación que lleva el mecanismo a la red automáticamente en caso de un corte. Esto es importante en muchas situaciones que no siempre son claras: el mecanismo de retorno por resorte vuelve a la operación normal, mientras que los otros tipos mantienen la carga en el generador hasta que alguien lo apaga.
Cuando el interruptor solo transfiere electricidad entre la red A y la red B, y ambas fuentes de alimentación están siempre disponibles, un interruptor estático es la mejor solución, ya que no tiene partes móviles y transfiere en menos de 10 ms manteniendo ambas fuentes funcionando. Sin embargo, esta opción es más costosa y requiere dos conexiones separadas para funcionar correctamente.
Las especificaciones que deciden la compra
| Parámetro | Lo que especifican los compradores | Notas |
|---|---|---|
| Corriente nominal | 25, 32, 40, 63, 80, 100, 125, 160, 250, 400, 630, 800, 1000, 1250, 1600 A | Tamaño según la corriente de carga completa, luego verificar la corriente de arranque si hay motores en el bus |
| Polos | 3P o 4P | 4P donde el neutro y tierra estén separados |
| Tiempo de transferencia | Clase Q bajo 60 ms; clases PC 0.5–5 s | Los generadores necesitan segundos, la electrónica necesita milisegundos |
| Detección | Sub/sobrevoltaje, fallo de fase, secuencia de fases, desequilibrio de fases, pérdida de neutro | La detección de pérdida de neutro solo existe en unidades de 4 polos |
| Rango de ajuste | Típicamente 0.7–1.3 veces la tensión nominal | La tolerancia importa más en una fuente débil |
| Resistencia a cortocircuitos | Icw, típicamente 50–100 kA dependiendo del marco | Debe estar coordinado con el interruptor aguas arriba |
| Caja | IP20 marco abierto, IP54/65 gabinete | Montaje en banco requiere un gabinete en sala de planta |
| Aprobaciones | IEC 61439-2, CE y UL donde el sitio sea Norteamericano | UL 508A aplica al panel, no al interruptor solo |
La resistencia a cortocircuitos es la especificación sobre la que la gente discute al final, y es donde la relación con los interruptores alrededor del interruptor se vuelve concreta: la resistencia debe estar coordinada con el dispositivo aguas arriba, y la terminología para el resto de ese panel está cubierta en cómo el interruptor se relaciona con los interruptores a su alrededor. Dos piezas adicionales de información deben dejarse hasta que el ingeniero de puesta en marcha esté presente. Primero, especifique la duración de caída IEC 61000-4-11 contra la que se está protegiendo; un interruptor que reporta recuperación en 200 ms no podrá cubrir una caída de 500 ms. Segundo, indique claramente por escrito la disposición de los neutros en el esquema.
Ventajas y desventajas
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| No hay interrupción en la carga más allá del tiempo de transferencia declarado, sin supervisión | Es un dispositivo mecánico con un número finito de transferencias, típicamente entre 50,000 y 100,000 operaciones |
| Interbloqueado, de modo que las dos fuentes no pueden cerrarse simultáneamente | El desgaste del mecanismo es invisible hasta que falla, y entonces la carga se cae |
| Las versiones con retorno por resorte se recuperan sin necesidad de intervención | Las versiones sin retorno requieren un reinicio manual después de cada corte |
| Detecta fallas de fase y errores de secuencia que un arreglo simple de fusibles pasaría por alto | Las versiones de 4 polos cuestan más y necesitan que el neutro sea llevado al interruptor |
| La mayoría de los controladores modernos ofrecen reporte remoto de estado | El reporte remoto necesita un suministro y una ruta de comunicaciones; en un sitio aislado es un costo sin retorno |
| Un bypass manual permite mantenimiento sin interrumpir la carga | El bypass en posición manual es un estado que un operador puede olvidar dejar, lo cual representa un riesgo real en una sala de máquinas |
Antes de leer un relato de primera mano, siempre se debe revisar la segunda columna. Su importancia radica en dos cosas: el interruptor de transferencia lo protege contra la pérdida de suministro pero no contra la falla del sistema en sí por desgaste; el desgaste se traduce en que el interruptor debe ser operado manualmente, le guste o no.
Marcas y sus costos
Los operadores norteamericanos y europeos son los principales que ocupan el mercado de especificaciones: Schneider Electric ha introducido sus gamas Prisma y Compact y ONG como ABB, Eaton, Siemens, Hager y Legrand operan al mismo nivel. Tienen un rango de control considerable, capacidades de monitoreo de corriente en sus controladores, y todo eso se instala para cargos al cliente que no incluyen atributos de marca.
Los fabricantes asiáticos trabajan en el mismo campo, pero sus precios son más bajos. La diferencia no es insignificante, como lo ilustran las siguientes cotizaciones para un dispositivo motorizado sin carcasa con detección de sobretensión/subtensión.
El precio para tres polos con capacidad de 63 Amperios va desde $250 hasta $600. El precio para cuatro polos con 100 Amperios está entre $400 y $900, y el precio para dispositivos con 400 Amperios es de $1,500–4,000. En cuanto a dispositivos con diseño de 4 polos y capacidad de 1600 Amperios, costarán más de $10,000. Añadir retorno por resorte, posición de bypass o contactos remotos hará que el precio del dispositivo sea más alto. Independientemente del proveedor, el costo de una unidad a 600 A se detalla en el desglose de precio para 600 A de cuatro polos.
La empresa HUYU produce interruptores de transferencia automáticos que cubren el mismo rango de corriente, con dispositivos trifásicos y circuitos construidos sobre un marco de cubierta de interruptor automático moldeado para corrientes mayores. El modelo de negocio es simple: todas las unidades se basan en la misma clase de mecanismo IEC 60947-4-1, producidas según precios chinos, y el volumen es suficiente para una victoria adecuada en la cotización del proyecto.
Cómo elegir
Comience con la carga en lugar del interruptor. La corriente de carga completa establece el marco; la presencia de cualquier motor en el bus determina si se requiere una mayor capacidad de soporte de cortocircuito que la indicada en la hoja de datos.
Luego está el tiempo. Si la carga consiste en un controlador de ascensor, un servidor, banco de pruebas de laboratorio o cualquier cosa con bancos de capacitores, la transferencia debe realizarse en menos de 60 milisegundos y se deberá especificar un dispositivo tipo Q. Si es un grupo electrógeno, una bomba de alimentación de caldera o algún tipo de taller, se aceptan retrasos de un segundo y un dispositivo menos sofisticado con retorno por resorte es más fácil de usar.
Por último, se debe discutir el neutro. Determine si el neutro y la tierra de protección están unidos en algún punto actualizado. Si es así, entonces se pueden usar dispositivos de tres polos. Si no, los dispositivos de cuatro polos o un dispositivo de desconexión de neutro serán la solución correcta, y eso tiene más impacto que cualquier característica en la lista de características.
También se debe determinar qué sucederá en el regreso. Un retorno por resorte a la red o una retención de la unidad generadora hasta que se indique apagar. Ambas opciones existen y deben especificarse específicamente, ya que el valor predeterminado podría no corresponder a lo que necesita.
Finalmente, decida cuánto va a probar y solicite el número de modelo temprano. Un marco compacto como el interruptor de cambio automático en la banda de 32 a 63 A cubre paneles pequeños y generadores pequeños; por encima de aproximadamente 125 A se entra en una familia de cuadros diferente con diferentes capacidades de cortocircuito, y la hoja de datos debe coincidir con el panel. Un interruptor de transferencia debe operarse bajo carga cuando se pone en marcha y luego regularmente. El intervalo de operación es mucho más crítico que cualquier función de monitoreo del interruptor y a menudo es el elemento que falta en el programa de mantenimiento, lo que provoca que el mecanismo alcance su límite sin ser detectado.
Preguntas Frecuentes
¿Qué hace un interruptor de transferencia automático?
El dispositivo es capaz de monitorear una única fuente de energía, determinando cuándo la fuente ha salido del rango o ha fallado, permitiendo la transferencia de la carga a otra fuente de energía automáticamente. La transferencia está interbloqueada, lo que elimina la posibilidad de conectar las dos fuentes de energía. Además, en la mayoría de las unidades, es capaz de detectar la ocurrencia de fallo de fase, error de secuencia de fases y, en algunos casos, la pérdida de neutro en máquinas de cuatro polos.
¿Cuál es el mejor interruptor de transferencia automático para un hogar?
Un interruptor de transferencia automático rara vez es la solución para hogares. La mayoría de las residencias monofásicas no tienen una fuente de respaldo a la cual cambiar, y donde existe una, un cambio interbloqueado para uno o dos circuitos clave es suficiente. El escenario doméstico genuino es donde hay un generador instalado y un cambio para la calefacción, refrigeración, iluminación y un circuito de tomacorrientes resuelve todos los problemas por mucho menos que un sistema automático completo.
¿Qué hace un interruptor de transferencia automático?
La carga se transfiere instantáneamente de una fuente a otra una vez detectada, y en su mayoría se transfiere de nuevo automáticamente. El término clave aquí es automático; aunque el cambio manual parece casi igual desde el exterior, requiere intervención humana. El equipo de conmutación automática es el tipo utilizado en situaciones donde la continuidad de la carga debe mantenerse en operación sin asistencia, como ascensores, sistemas de alarma contra incendios, centros de datos, bombas de agua y circuitos críticos en hospitales.
¿Cómo se conecta un interruptor de transferencia automático?
Dos conexiones entrantes aterrizan en dos terminales de suministro, la carga se conecta a conectores comunes y la conexión de control se conecta a terminales de control. Se debe decidir si el neutro debe conectarse en una unidad de 3 polos o de 4 polos antes de tirar el cable. La conexión se realiza utilizando terminales o terminales de cable especificados por el fabricante, y el torque se aplica al valor prescrito mientras se verifica el tiempo de transferencia nominal mientras está conectado.
Referencias
- Schneider Electric — gamas de interruptores de transferencia automáticos y terminología de clase de transferencia
- ABB — equipos de baja tensión incluyendo interruptores de transferencia automáticos
- Hager — familias de productos de interruptores de transferencia y cambio
- Legrand — soluciones de equipos y cuadros de distribución
- Eaton — ensamblajes de baja tensión IEC 61439 y equipos de conmutación norteamericanos
- Comisión Electrotécnica Internacional — IEC 60947-4-1 (interruptores de transferencia), IEC 61439 (ensamblajes), IEC 61000-4-11 (caídas de tensión)
Conclusión
Si ignora las consideraciones técnicas para un conmutador automático de cambio de fase, es fácil entender el funcionamiento de su interruptor. Esencialmente, hay dos puntos que debe considerar respecto al mecanismo de conmutación: la velocidad a la que ocurre el cambio y el número de polos involucrados en la operación de conmutación. Una vez que haya confirmado que el interruptor tiene el número correcto de polos y la velocidad de cambio adecuada, será mucho más fácil entender cómo funciona el resto del interruptor. Sin embargo, si confirma que un interruptor tiene un número incorrecto de polos, pasará la prueba de torque pero fallará la prueba de seguridad, lo que puede representar un gasto mucho mayor.
