10-6-2015

Instalaciones industriales

Grupo 4

Profesor:

Ing. Fausto Ludeña

Análisis del artículo Descubriendo DC

Bravo Christina Guamán FabricioMaya Diego Richard Robles Untuña Fernando

Contenido 1. Problema .......................................................................................................................................................... 3

2. Objetivos ........................................................................................................................................................... 3

2.1. Objetivo general ........................................................................................................................................... 3

2.2. Objetivos específicos .................................................................................................................................... 3

3. Traducción del artículo ..................................................................................................................................... 3

4. Resumen grupal del artículo ............................................................................................................................. 0

5. Análisis del tema ............................................................................................................................................... 2

6. Comentarios ..................................................................................................................................................... 5

Bibliografía .................................................................................................................................................................... 5

1. Problema

¿Qué es lo nuevo en DC y cuáles son las ventajas de usar sistemas DC en lugar de sistemas AC dentro de

la industria en estos días?

2. Objetivos

2.1. Objetivo general

Entender las principales características de los sistemas AC tanto como los sistemas DC y las principales ventajas que ofrece uno respecto al otro.

2.2. Objetivos específicos

Comprender los métodos de funcionamientos de los interruptores ya sean DC como AC, entre los principales tenemos brecha abierta, la cámara de corte, entre otros.

Conocer cuáles son las ventajas de los conversores de corriente alterna a corriente continua y en qué aspectos nos ayudan estos conversores a la eficiencia energética

Analizar cómo influye la constante de tiempo en el diseño de un interruptor y como nos pueden ayudar los rectificadores para que esta constante sea la óptima.

3. Traducción del artículo

a creciente necesidad de desempeños eficiente, integración de recursos renovables y soluciones de energía seguros y confiables

hace que las industrias de energía nuclear considerar la corriente directa (DC) a lo largo de sus facilidades. No es solo una tendencia en crecimiento el uso de energía DC, sino por sus facilidades existe una necesidad grande de Identificador de objeto digital 10.1109/MIAS.2012.2215992 Fecha de la publicación: 28 de junio de 2013

niveles interrupción de niveles de DC. La industria se encuentra en un estado de exploración de la energía DC y en especial los circuitos de interrupción. Dentro de la industria para reconsiderar las aplicaciones DC, es válido revisar los sistemas, equipos y componentes primarios como el circuito de interrupción. Este artículo sirve como una primera entrada hacia los circuitos de interrupción DC y las aplicaciones DC en contraste con los sistemas de corriente alterna (AC). Este artículo también revisa el diseño de circuito de interrupción. La falta del cruce de ceros requiere que el diseño de los circuitos de

Una premisa de los

fusibles en circuitos

DC, sus ventajas y

diseño

POR: HEATHER

PUGLIESE Y

MICHAEL VON

KANNEWURFF

L

interruptores para ir más allá de los usos más comunes para las interrupciones AC y extender una nueva herramienta. Introducción a los interruptores DC Las electrificaciones de masa hoy en día usan AC, siendo un regreso a los años 1800. Esto fue cuando Thomas Edison definió los beneficios de DC en contra los argumentos de Nikola Tesla y George Westinghouse en cuanto a la practicidad de la corriente alterna (AC). En ese tiempo AC se convirtió en la solución eléctrica más viable y económica dado a la invención del trasformador moderno de Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs, cuyo diseño fue vendido a Westinghouse a mediados de 1880. El trasformador que fue habilitado por el método de realimentación-recta de pasos hacia arriba y debajo de voltaje que son requeridos en la distribución eléctrica. Esta fácil distribución de AC ha empujado la corriente directa de corrientes principales de aplicaciones a nichos como el tránsito, minería, procesos industriales y grúas donde DC es más sustituible. Sobre la década pasada, las aplicaciones de DC han ido aumentado en popularidad por sus costos y eficiencia en ganancia con respecto a la corriente alterna al igual que un incremento de una lista de verdaderas cargas DC. Un ejemplo es las líneas de trasmisión de alto voltaje DC que han aumentado su eficiencia comparado con la AC. Esto se da primordialmente por la eliminación de pérdidas por lazos de corona e histéresis de electricidad los cuales desperdician energía en forma de calor mientras que la corriente oscila en la frecuencia de AC. Considerando el crecimiento en aplicaciones DC y los avances en energías alternativas hacia nuevas configuraciones de sistemas, es apropiado mirar de nuevo al diseño y aplicaciones para los componentes críticos de los sistemas. Con las tomas a tierra en las fuentes básicas de AC y DC, la discusión se torna en las consideraciones de las aplicaciones y ventajas de los sistemas AC y DC. La primera ventaja de los sistemas AC es de la habilidad de subir voltajes y bajarlo para la eficiencia máxima de transmisión. Nuevas tecnologías de conversión, sin embargo hay ciertos excepciones. Los sistemas DC son fáciles de integrar para fuentes múltiples, incluyendo batería y energía renovables sin complejos controles o sistemas de integración como el caso de sistemas AC. Esto es investigado para lugares como los centros de datos donde los sistemas DC pueden ser aplicados para una eficiencia significativa con bajos costos de instalación y una alta rentabilidad. Las aplicaciones de los sistemas DC continua con la investigación de los circuitos de interrupción considerando incluir constantes de tiempo, una variable clave para la repuesta de los sistemas de energía durante los eventos de corto circuito. La naturaleza cíclica de la corriente AC provee una ventaja única en el diseño de circuitos de interrupción. Los circuitos convencionales de interrupción solo necesitan que se abran y crear una banda dieléctrica lo suficiente para prevenir los arcos de la re-energización luego del cruce por cero. Estos aparatos deben generar voltaje, bajar la corriente y crear una banda dieléctrica para limpiar la energía del apagado. La manipulación del arco formado cuando el

circuito de interrupción se abre genera voltajes. Esto incluye movimiento, división y estrechamiento del arco. Comprando AC con DC Desde los primeros días de la electricidad, hubo dos formas de competencia AC y DC. Con AC la señal de energía, voltaje y corriente oscila entre algunas frecuencias típico entre 50 o 60HZ. La corriente y voltaje efectivos en los sistemas AC se describe como el valor de la corriente integrada en el tiempo. Esto por lo general se refiere a la media cuadrática (rms) de la corriente o voltaje. En los sistemas de AC, las señales de voltaje y corriente están desfasadas por un ángulo entre 0° y 90°. Este ángulo representa el factor de potencia, donde 0 ° es de la carga resistiva y los 90 ° de

la carga inductiva (Figura 1). El factor de potencia influye en la cantidad del flujo de corriente en los primeros ciclos de los cortos circuitos. Por lo general referenciados a los offset o asimetrías de AC este incremento en el flujo de corriente puede significar un incremento en el pico de corriente y la energía durante el corto circuito. Los sistemas DC no tienen una señal cíclica. En estos sistemas el voltaje y la corriente son constantes en el tiempo (Figura 1). El valor de rms en la corriente es igual para el valor actual en todo el tiempo. No existe señal cíclica por lo tanto no existe factor de potencia. Sin embrago el impacto de la resistencia, inductancia y capacitancia del sistema es una constante de tiempo. El tiempo constante se define como la tasa del rizado de corriente y voltaje durante el corto circuito. Polaridad es muy importante en los sistemas DC pero esto solo un pequeño inconveniente donde se organiza en la fases de los sistemas AC. La eliminación de la sincronización es una ventaja muy significativa en los sistemas de DC cuando es comparada con los sistemas AC.

Una comparación entre voltaje y corriente AC y DC: señales de (a) AC y (b) DC

UN SISTEMA ES

ÚNICAMENTE

SUSTITUIDO POR

APLICACIONES

CUANDO EXISTEN

FUENTES

MÚLTIPLES

TRABAJANDO

JUNTOS.

Las fuentes de corriente cíclica AC deben ser sincronizadas cuidadosamente antes de que se puedan conectar. Una falla al sincronizar puede resultar en corriente catastrófica, y las fuerzas como dos fuentes que trabajan en contra de otra. En el mejor caso, como resultado de estos eventos se apaga el sistema de poder; como lo peor, hay un daño significativo a la generación, distribución y en los componentes de control. La prevención de este daño requiere la instalación de relés y esquemas de control. Esta es una tarea sencilla con dos fuentes, pero se puede volver complicada e inestable con un incremento en el número de fuentes, sistemas DC, porque por su voltaje constante, no presentan este problema.

Fuentes múltiples paralelas en un sistema DC no requieren control. Las fuentes son simplemente conectadas (Figura 2). Cada fuente contribuye a la carga en proporción a su voltaje comparado con el de otras fuentes. Entonces, un sistema DC es adecuado únicamente para aplicaciones con múltiples fuentes que trabajen en conjunto. Los sistemas que incluyen suministro eléctrico, baterías de respaldo, y pilas de combustible que se pueden usar fácilmente y relativamente están integradas en la arquitectura DC.

Seguridad Cuando se comparan las tecnologías AC y DC, la seguridad es a menudo un tema apasionado. Hay muchas escuelas de pensamiento y súplicas emocionales. En los primeros días de la electricidad, Edison construyó la silla eléctrica AC para mostrar los peligros de la energía AC. La preocupación específica se centra en el riesgo de que la electrocución AC hará ocasionara la fibrilación cardíaca. Similarmente, proponentes AC apuntan a la mayor incapacidad de dejar ir un conductor de corriente continua con energía. Aunque los argumentos de que es seguro deberían continuar por siempre, el punto más importante es que ambos sistemas de energía AC y DC, con voltaje >50 V, plantean un riesgo significante de daños o muerte. No importa que es el sistema, las situaciones adecuadas, incluyendo de-energización, deben ser tomadas para asegurar un ambiente de trabajo seguro. Las pequeñas diferencias que resultan de una tecnología u otra son insignificantes cuando se comparan con el peligro más grande.

Combinando múltiples fuentes en sistemas DC: (a) un rectificador y una batería en un bus DC con un diodo y (b) múltiples rectificadores y baterías en un bus DC únicamente con un diodo.

Aplicaciones Las aplicaciones para sistemas DC se encuentran en crecimiento. La llegada de fuentes renovables, incluyendo fotovoltaicas (PVs), pilas de combustible, y fuentes de generación eólicas, es una clave contribuyente. La extensión y crecimiento de aplicaciones de cargas verdaderas DC, tal como en la tecnología de la información (IT), iluminación de diodo emisor de luz, y motores DC, entre otras. Los sistemas DC también prometen avances significativos en eficiencia mediante la eliminación de pasos de conservación de energía entre fuentes y cargas. Esto es verdadero si las fuentes generan de forma natural energía DC y/o las fuentes consumen de forma natural energía DC.

Los sistemas DC proveen una únican ventaja facilitando la integración de fuentes de energía renovables. Esto es comúnmente conocido como PVs y energía eólica son cosechadas convirtiendo estas energías renovables en energía DC. Desde la existencia del sistema DC y disyuntores de corriente continua, la

integración de energía DC puede ser complementada sin el uso de sistemas de conversión AC-DC de costos elevados.

Existen muchas ventajas de aplicaciones tradicionales en sistemas de energía DC. Como se mencionó antes, múltiples fuentes de poder son significativamente fáciles de integrar en una arquitectura DC en comparación a una arquitectura AC. En un sistema DC, múltiples fuentes de polaridad similar pueden ser directamente acopladas en el sistema. Las aplicaciones de diodos proveen simples sistemas de control. La Figura 2 muestra un sistema DC con dos fuentes: un rectificador y una batería. El rectificador otorga energía a 590 V y la batería a 540 V. El diodo en el circuito de la batería previene flujo de corriente hacia las baterías cuando el rectificador está operando. Inmediatamente cuando el voltaje del rectificador elimina el voltaje remanente de la batería, el diodo permite el flujo de corrientes desde las baterías hacia el sistema, produciendo una entrega de potencia continua a la carga. Para grandes sistemas con mayor demanda de corriente, adicionalmente los rectificadores y las baterías son conectados. Los rectificadores mantienen la salida en balance naturalmente ambos proveen equitativamente la carga. Las baterías adicionales proporcionan energía controlada por el diodo. No hay necesidad de sincronizar en fase los relés, interruptores paralelos, circuitos de control de energía, interlocks, al igual que son requeridos en un sistema AC.

Combinar fuentes es una ventaja irresistible tradicional de los sistemas DC, pero hay otros parámetros para la elección de los sistemas de corriente continua. Como las baterías son dispositivos nativos de corriente continua, cualquier sistema que dependa de almacenamiento de energía es naturalmente mejor para DC. Tales aplicaciones incluyen equipo móvil, donde el almacenamiento de energía es una consideración crítica del diseño del sistema. Los motores DC otorgan capacidades únicas en torque y control lo que da lugar a la preferencia por arquitecturas DC.

Los sistemas AC tradicionalmente han disfrutado de serias ventajas sobre los sistemas DC, su ventaja principal es la facilidad de conversión de baja a media y a alta tensión con un transformador. Estas conversiones permitidas para alta tensión, distribución de energía de baja corriente que reduce

VARIADORES

DE

VELOCIDAD

PARA

EQUIPOS DE

CLIMATIZACIÓ

N (HVAC) E

ILUMINACIÓN

CONSUMIRÍAN

MENOS

ENERGÍA SI

SE

ALIMENTAN

CON

CORRIENTE

CONTINUA.

al mínimo las pérdidas y permite a las centrales eléctricas centrales con escala suficiente para ser máximamente costo efectivo. Los avances en la tecnología de conversión de energía, incluyendo la rectificación de corriente continua de energía, sin embargo, han erosionado el dominio de al poder debido a ventajas de conversión. De alimentación de CA también permite diseños significativamente más simples en los motores. Motores de corriente alterna no necesitan los colectores y escobillas se encuentran típicamente en motores de corriente continua. Esto reduce los costos de motor y el mantenimiento. Una vez más, los avances en la tecnología de conmutación de potencia han erosionado esta ventaja del sistema de corriente alterna. La llegada de unidades de frecuencia variable (VFD) para controlar motores favorece los sistemas de energía de corriente continua. La típica VFD toma de alimentación de CA, la convierte en corriente continua, y luego la convierte de nuevo a ca en las frecuencias apropiadas para la máxima eficiencia y el control motor. Sistemas de corriente continua tienen una ventaja natural con VFD porque eliminan uno de los pasos de conversión de energía en la pantalla VFD, lo que resulta en menores pérdidas y una mayor eficiencia. Fiabilidad también se mejora ya que se requieren menos elementos de conversión de sistema en el sistema, eliminando así los posibles puntos de fallo.

Claramente, los controladores tradicionales para la elección de los sistemas de corriente continua, junto con las tendencias y tecnologías emergentes crean una ventaja de peso para la selección de los sistemas de energía de corriente continua sobre los sistemas de corriente alterna que, con el tiempo, dará lugar a un crecimiento significativo en la instalación de sistemas de energía. Una de las áreas donde las ventajas de los sistemas de energía de corriente continua son los más convincentes es en aplicaciones de centros de datos. Los factores clave detrás de esto son las mejoras en la eficiencia de los sistemas de corriente continua, su fiabilidad y simplicidad (especialmente en el ámbito de la integración de múltiples fuentes y energías renovables), el ahorro de espacio de la instalación de soluciones de corriente continua, y el costo de instalación menor de arquitecturas de corriente continua.

Centro de Datos Ejemplo Centro de datos comerciales han distribuido tradicionalmente alterna en sus instalaciones. Pero todo el equipo de TI funciona con corriente continua. Por lo tanto, un sistema típico de distribución de energía del centro de datos incorpora múltiples etapas de conversión de energía de corriente alterna a corriente continua y de mayor a tensiones más bajas. El equipo de acondicionamiento de potencia de corriente alterna más utilizada es la fuente de alimentación ininterrumpida de doble conversión (UPS) de chat convierte CA en CC, y luego se conecta a un sistema de almacenamiento de energía de corriente continua, y la convierte de nuevo a la alimentación de CA para su posterior distribución. Un transformador de distribución de energía por lo general reduce la tensión alterna de 480 a 120/208 Vac. Los

servidores y otros dispositivos de TI son alimentados con corriente alterna y la convierten inmediatamente esto a la corriente continua dentro de su fuente de alimentación. La tensión continua se convierte entonces para bajar tensiones continuas como es requerido por el equipo de TI. Los resultados de distribución de energía de corriente alterna del sistema típicas en cinco a siete pasos de conversión, con cada paso que resulta en pérdidas de energía, generación de calor, y las reducciones en el sistema de extremo a extremo.

La ventaja de una arquitectura de DC es evidente en el número reducido de componentes críticos del sistema. Figura 3 compara los sistemas de corriente alterna y de distribución de energía de corriente

continua típicos para un centro de datos. Menos componentes resultan directamente en un costo de instalación menor, una huella más pequeña, y una mayor fiabilidad del sistema. La simplicidad de múltiples fuentes en paralelo es también una ventaja significativa. Las ganancias de eficiencia son el resultado de un menor número de conversiones de energía y permitiendo el uso de alimentación del servidor de alimentación de CC que son más eficientes en los niveles de carga inferiores. Estos aumentos de la eficiencia también en coche reducción de la demanda de refrigeración, lo que resulta en ahorros de energía adicionales. Al tomar ventaja de todas las posibles mejoras de la eficiencia del uso de la corriente continua, el ahorro global de energía el nivel de factibilidad podría ser 10 a 30% en comparación con el estado de los sistemas de arco de corriente alterna. Variadores de velocidad para la calefacción, ventilación y equipos de aire acondicionado y la iluminación (HVAC) consumirían menos energía si se alimenta la corriente continua fmm, ya que esto haría eliminar el otro paso de conversión de energía. Circuito Consideraciones de aplicación del disyuntor La selección de los interruptores automáticos en aplicaciones de corriente continua no es tan diferente que para aplicaciones de corriente alterna: elegir voltaje apropiado, ampacidad y capacidad de interrupción. Al igual que en AC sys-sistemas, se requiere un análisis de las corrientes de falla para dimensionar correctamente el interruptor.

Breakers pueden ser dedicada dispositivos en los que los polos se conectan en serie unipolar o multipolar convencional (dos, tres, o cuatro polos). Si el dispositivo es multipolar, debemos prestar atención a las recomendaciones de cableado del fabricante, incluyendo la posibilidad de jumper el terminal de línea al terminal de carga o carga-carga y línea a línea. Si un interruptor requiere una polaridad específica, se debe tener cuidado para asegurarse de que la conexión se realiza correctamente. Para ello es necesario comprender si la pierna positivo o negativo de la corriente continua está conectado a tierra. Especial consideración se debe dar si la tierra / neutro es entre positivo y negativo, porque ahora ambas piernas positivos y negativos deben romperse; Esto se hace para reducir la tensión del sistema en cualquier pierna, pero tiene las consecuencias negativas de la complejidad añadida y el coste asociado. Existen

UNA ZONA DONDE

LAS VENTAJAS DE

LOS SISTEMAS DE

ENERGÍA DC SON

LOS MÁS

CONVINCENTE ES

EN APLICACIONES

CENTRO DE

DATOS.

preocupaciones similares si se requiere aislamiento completo de la fuente de corriente continua.

Comparación de AC y DC de los centros de sistemas de poder: (a) el sistema tradicional (b) el sistema DC.

La comprensión de las constantes de tiempo Al seleccionar el interruptor, considerar la constante de tiempo del sistema. La constante de tiempo es el tiempo para que el sistema alcance el 68% de la corriente de falla durante un evento de cortocircuito. Underwriters Laboratory Standards ajustar constantes de tiempo de 8 a 15 ms, que imitan la respuesta de los sistemas eléctricos basados en baterías (ver Figura 4). Típicamente, las constantes de tiempo más largos serán más difíciles para un disyuntor para interrumpir.

Rectificadores de hoy en día pueden proporcionar constantes de tiempo significativamente más rápidas y niveles muy altos de fallo, que pueden afectar el rendimiento del interruptor en la aplicación. Afortunadamente, después de que la corriente inicial de los picos de rectificador, la corriente de defecto típicamente

La definición de constante de tiempo DC [2].

Anatomía de un interruptor DC[3] (Imagen cortesía de GE)

cae dramáticamente. Esto puede hacer que la interrupción de la falla significativamente más fácil. A menudo, las múltiples fuentes combinarán durante una falla. Un estudio del sistema se debe hacer para garantizar la aplicación adecuada del interruptor incluido el examen de las constantes de tiempo.

Entendiendo el momento DC constante es fundamental para menores de pie un sistema de corriente continua y las implicaciones de corto circuito. Polaridad Por lo tanto es entendida la constante de tiempo para los sistemas AC, es para especificar que en los sistemas DC existe polaridad. Mientras que en los sistemas AC no se especifica polaridad solo se debe tener cuidado con la sincronización de fases. El hecho de que los sistemas DC no tengan polaridad es importante cuando se usan circuitos de interrupción. Circuito DC Interruptor Diseño Los principales subsistemas de un interruptor de circuito de corriente continua se muestran en la Figura 5 y se puede considerar como el siguiente: ■ Ruta--la trayectoria conductora de corriente de la línea de ter-minal a la terminal de carga de un interruptor que corresponde a una resistencia específica ■ Corriente de la detección--de sistema que detecta el nivel de corriente aplicado al interruptor y comunica que la corriente al sistema de viaje ■ Mecanismo de sistema mecánico utilizado para abrir y cerrar los contactos principales

■ Sistema de viaje sistema mecánico o electrónico que inicia la apertura del interruptor automático dentro de los parámetros de la curva de tiempo de viaje ■ Conexiones--las línea / carga conexiones físicas de la interfaz de línea y de carga ■ Interruptor--el subsistema utilizado para detener el flujo de corriente (formación de arco) entre los contactos móviles y estacionarios. El objetivo de este artículo es el sistema de interrupción, ya que este es el subsistema que sea más único a las aplicaciones de corriente continua.

Muchos de los principios utilizados por los ingenieros de interruptores para analizar y disyuntores diseño DC para interrumpir corrientes DC se transfieren desde los dispositivos de corriente alterna. La física de la brecha abierta, corredores de arco, los motores de ranura, invierten bucles, y cámaras de corte también se aplican en los sistemas de corriente continua. Podríamos decir que el uso de estas estrategias de diseño es aún más exigente en el circuito de corriente continua ruptura res debido a la carga adicional de apagar el arco sin la ayuda de un cruce de corriente cero. Esto requiere la optimización completa de las técnicas de corriente alterna, así como el uso de un par de nuevas tecnologías de diseño.

Tal vez el aspecto más difícil en el diseño de un interruptor de circuito es

manipular el arco de tal manera que se mueve en el conducto de arco, donde se puede extinguir con rapidez y fiabilidad. Esto se puede lograr mediante el empleo de una variedad de tecnologías, algunas comunes a AC y DC y otros única de DC. Corredores de arco, imanes permanentes y bobinas electromagnéticas se pueden utilizar para atraer el arco de los contactos del interruptor a la cámara de corte. Bucles inversa, motores de ranura, y los mecanismos de soplado abierto se utilizan para acelerar el alargamiento del arco. Materiales ablativos se utilizan para absorber la energía del arco y acumular presión para empujar el arco hacia la tolva. Estos enfoques también se pueden aplicar en combinación para lograr el resultado deseado. El específico enfoque, sin embargo, no es tan importante como la fiabilidad del funcionamiento del sistema y las ventajas y desventajas de diseño / aplicación que obliga. Brecha abierta El método más simple del circuito DC de interrupción es utilizar una gran brecha abierta. La brecha abierta de un circuito interruptor se define como la distancia entre los contactos móviles y estacionarios cuando están completamente separados. El aumento de la brecha abierta de un interruptor AC tradicional para su uso como un circuito interruptor DC se puede lograr haciendo que la distancia entre los contactos más grande; sin embargo, esto es a menudo indeseable debido a las limitaciones de espacio en equipos. Otra forma de aumentar la brecha abierta en un interruptor DC es conectar múltiples polos en serie. En esta configuración, la tensión del sistema se divide entre cada distancia entre contactos abierta de los polos de la serie. Esto resulta en un efecto aditivo de la caída de tensión creado a través de cada polo individual.

Esta gran brecha abierta puede ser mejorada por la adición de una limitación de corriente. Todos los interruptores están expuestos a fuerzas electromagnéticas bajo corrientes más altas. El diseño de los interruptores limitadores de corriente hace uso de estas fuerzas para limitar el pico de corriente pasante. Herramientas de uso común para la limitación de corriente y energía incluyen bucles inversa, motores de ranura, y cámaras de corte. Cámara de corte Los primeros métodos de interrupción de arco comenzaron con el uso de la cámara de corte. La cámara de corte es el principal responsable de construir voltaje. La cámara de corte es una disposición de placas de metal apiladas y apoyados por un alto material dieléctrico. A medida que el arco se mueve a la Cámara de arco se divide por las plantas, lo que resulta en una multitud de arcos más pequeños, con cada voltaje adicional que contribuye de sus raíces ánodo / cátodo. Como la tensión aumenta corriente cae, y, finalmente, se borra el fallo. Cámaras de corte utilizan placas divisoras que sirven para varios propósitos, incluyendo La ampliación de la brecha abierta causando el arco

viajar de placa en placa en lugar de directamente de contacto a contactar.

Dibujo del arco en el conducto de arco y fuera de los contactos, a menudo con la ayuda de un corredor de arco.

Enfriamiento del arco mediante la absorción de calor en las placas de sí mismos o en sus cercanías materiales ablativos. Arco Runner Brevemente después de la introducción del sistema de conducto de arco, se encontró que eran necesarias otras técnicas para guiar el arco en el conducto de arco. Uno de esos guía es el corredor de arco. El arco le gusta viajar por el camino de la menor resistencia, que en el segundo de arco es la parte más cercana al arco que llevará actual. El corredor de

arco está estrechamente acoplado a los contactos principales. Atrae el arco aprovechando el corredor de arco. Una vez que el arco ha alcanzado corredor siempre que hay un camino de resistencia más bajo. Las fuerzas electromagnéticas mueven el arco a lo largo del corredor hacia la cámara de corte. Las figuras 6 y 7 muestran sistemas de canal de arco típica.

Cuando una gran brecha abierta, cámaras de corte, y los corredores de arco no son suficientes para extinguir el arco, se deben utilizar otras técnicas. Estos métodos avanzados pueden incluir el uso de limitación de corriente para reducir la energía y la corriente, el arco de flexión, de arco soplado, y el uso de imanes permanentes. Lazo inverso Uno de los medios para limitar la corriente y la energía durante una interrupción es utilizar un sistema de lazo inverso. A menudo se utiliza en disyuntores de caja moldeada, el sistema de bucle inverso es un

Los contactos del arco y el corredor de arco

El corredor de arco, ejemplo 2.

LA LLEGADA DE

FRECUENCIA

VARIABLE

IMPULSA PARA

CONTROLAR LOS

MOTORES

FAVORECIENDO

SISTEMAS DE

ENERGÍA DC.

El lazo de reversa

El motor de ranura camino conductivo diseñado para invertir la dirección de la corriente para generar una fuerza de repulsión. Estas fuerzas de repulsión se generan desde la dirección opuesta del flujo de corriente a lo largo de la ruta y son una función de la cantidad de corriente en el sistema. Estas fuerzas actúan sobre el brazo de contacto, abriéndolo. Como se abre el brazo de contacto, el interruptor comienza la generación de voltaje, produciendo una limitación de la corriente de cortocircuito. Con corrientes más altas, el brazo de contacto se abre más rápidamente, produciendo un efecto limitador de corriente superior. Las fuerzas electromagnéticas creadas en un sistema AC y un sistema DC son los mismos, y por lo tanto, revierten bucles son una herramienta que puede ser prorrogado de AC a DC circuito interruptor diseñado (Figura 8). Motores ranura Un motor de ranura (Figura 9) es un sistema dentro del conjunto de cámara de arco que funciona en combinación con el bucle inverso de una correa de línea para acelerar la apertura del brazo de contacto móvil. Esto se logra mediante la concentración de las líneas de flujo magnético, trabajando en combinación con el bucle de retorno, para aumentar la aceleración del brazo de contacto en la posición abierta. Este aumento de la velocidad de brazo de contacto mejora la capacidad de limitación de corriente del disyuntor de circuito. Al igual que con el bucle de retorno, la aceleración del brazo de contacto es una función de la corriente de defecto. Imanes Permanentes Manipulación Arco se puede tomar más allá de la tradicional aceleración y estiramiento utiliza en los interruptores automáticos de AC. Teniendo en cuenta la ventaja de la naturaleza continua única de alimentación DC, los imanes permanentes se pueden colocar en la cámara de arco para doblar un arco. Esta flexión es simplemente otro medio para alargar el arco, lo que aumenta la tensión y aumenta la

posibilidad de interrumpir el flujo de corriente. A diferencia de los motores de ranura y lazos inversos, los imanes permanentes proporcionan una fuerza constante independientemente de la cantidad de corriente que fluye en el sistema. Esta es una ventaja significativa. Pero la constante de polaridad norte-sur de los imanes permanentes no crear una desventaja significativa ya que requiere una polaridad corriente específica en el interruptor. Arco Soplado Arco de soplado es otro método de manipulación de arco que se puede lograr utilizando materiales ablativos o gases presurizados para estirar y mover el arco en la cámara de interrupción más rápidamente. Esto también sirve para absorber la energía por deionización gases y enfriamiento ellos, lo que aumenta la tensión del sistema requerido para sostener el arco. Otras Técnicas Avanzadas Otros medios creativos para la interrupción del circuito están disponibles también. El acto de la inversión de la corriente a través de la utilización de circuitos de descarga de condensador ha sido explorado. La descarga del condensador es una manera de convertir la polaridad unidireccional de un sistema de CC a la ventaja del dispositivo de interrupción.

Conclusión

La creciente disponibilidad de bajo costo y las tecnologías de conversión de energía de alta eficiencia y el rápido crecimiento de las fuentes de alimentación de corriente continua y verdadera cargas crear la necesidad de comprender mejor las aplicaciones de corriente continua del sistema eléctrico, protección y control. Los sistemas de alimentación DC ofrecen ventajas significativas sobre los sistemas AC, incluyendo la mejora de la eficiencia, la fiabilidad y la sencillez. Para construir una mejor comprensión de la tecnología de corriente continua, se discutieron consideraciones sobre la aplicación de los disyuntores de corriente continua al igual que las tecnologías básicas aplicadas en el diseño de este tipo de interruptores. Referencias

[1] P. G. Slade, Contactos eléctricos. Principios y Aplicaciones. Nueva

York: Marcel Dekker, 1999.

[2] Caja moldeada Interruptores automáticos, caja moldeada

Interruptores. y caja moldeada Gabinetes, la norma UL 489, abril

2002.

[3] Guía del usuario. Alta velocidad disyuntor DC. GE Rápido, GE

Industrial Solutions, Plainville, CT, 2000.

[4] P, Shavemaker y L. van der Sluis, Electrial Sistema Power Essentials.

West Sussex, U.K .: Wiley, 2005.

[5] R. Kraus y M. Trivette, "los sistemas de energía de corriente directa

(DC) para aplicaciones que requieren una mejor eficiencia

energética de clase y el costo total de propiedad," Sistemas y GE,

2009 DC Validus.

Heather Pugliese (heather.ftugliese@GE.cona) y Michael von Kannewurff

están con GE Energy en Plainville, Connecticut. Pugliese y von Kannewurff son

miembros de la IEEE. Este artículo apareció por primera vez como "Direct

Circuito actual disyuntor Primer" en el 2010 IEEE MS Petróleo y Conferencia

Técnica de la Industria Química.

4. Resumen grupal del artículo

Descubriendo DC pues la creciente necesidad de desempeños eficiente, integración de recursos renovables y soluciones de energía segura y confiable hace que las industrias de energía nuclear considerar la corriente directa (DC) a lo largo de sus facilidades. No es solo una tendencia en crecimiento el uso de energía DC, sino por sus facilidades existe una necesidad grande de niveles interrupción de niveles de DC. La industria se encuentra en un estado de exploración de la energía DC y en especial los circuitos de interrupción. Dentro de la industria para reconsiderar las aplicaciones DC, es válido revisar los sistemas, equipos y componentes primarios como el circuito de interrupción. Este artículo sirve como una primera entrada hacia los circuitos de interrupción DC y las aplicaciones DC en contraste con los sistemas de corriente alterna (AC). Este artículo también revisa el diseño de circuito de interrupción. La falta del cruce de ceros requiere que el diseño de los circuitos de interruptores para ir más allá de los usos más comunes para las interrupciones AC y extender una nueva herramienta. Introducción a los interruptores DC Las electrificaciones de masa hoy en día usan AC, siendo un regreso a los años 1800. Esto fue cuando Thomas Edison definió los beneficios de DC en contra los argumentos de Nikola Tesla y George Westinghouse en cuanto a la practicidad de la corriente alterna (AC). En ese tiempo AC se convirtió en la solución eléctrica más viable y económica dado a la invención del trasformador moderno de Lucien Gaulard y John Dixon Gibbs, cuyo diseño fue vendido a Westinghouse a mediados de 1880. El trasformador que fue habilitado por el método de realimentación-recta de pasos hacia arriba y debajo de voltaje que son requeridos en la distribución eléctrica. Comprando AC con DC La corriente y voltaje efectivos en los sistemas AC se describe como el valor de la corriente integrada en el tiempo. Esto por lo general se refiere a la media cuadrática (rms) de la corriente o voltaje. En los sistemas de AC, las señales de voltaje y corriente están desfasadas por un ángulo entre 0° y 90°. Este ángulo representa el factor de potencia, donde 0 ° es de la carga resistiva y los 90 ° de la carga inductiva. El factor de potencia influye en la cantidad del flujo de corriente en los primeros ciclos de los cortos circuitos. Por lo general referenciados a los offset o asimetrías de AC este incremento en el flujo de corriente puede significar un incremento en el pico de corriente y la energía durante el corto circuito. Seguridad Cuando se comparan las tecnologías AC y DC, la seguridad es a menudo un tema apasionado. Hay muchas escuelas de pensamiento y súplicas emocionales. En los primeros días de la electricidad, Edison construyó la silla eléctrica AC para mostrar los peligros de la energía AC. La preocupación específica se centra en el riesgo de que la electrocución AC hará ocasionara la fibrilación cardíaca. Similarmente, proponentes AC apuntan a la mayor incapacidad de dejar ir un conductor de corriente continua con energía. Aunque los argumentos de que es seguro deberían continuar por siempre, el punto más importante es que ambos sistemas de energía AC y DC, con voltaje >50 V, plantean un riesgo significante de daños o muerte. No importa que es el sistema, las situaciones adecuadas, incluyendo de-energización, deben ser tomadas para asegurar un ambiente de trabajo seguro. Las pequeñas diferencias que resultan de una tecnología u otra son insignificantes cuando se comparan con el peligro más grande.

Circuito Consideraciones de aplicación del disyuntor La selección de los interruptores automáticos en aplicaciones de corriente continua no es tan diferente que para aplicaciones de corriente alterna: elegir voltaje apropiado, ampacidad y capacidad de interrupción. Al igual que en AC sys-sistemas, se requiere un análisis de las corrientes de falla para dimensionar correctamente el interruptor. La comprensión de las constantes de tiempo Rectificadores de hoy en día pueden proporcionar constantes de tiempo significativamente más rápidas y niveles muy altos de fallo, que pueden afectar el rendimiento del interruptor en la aplicación. Afortunadamente, después de que la corriente inicial de los picos de rectificador, la corriente de defecto típicamente Polaridad Por lo tanto es entendida la constante de tiempo para los sistemas AC, es para especificar que en los sistemas DC existe polaridad. Mientras que en los sistemas AC no se especifica polaridad solo se debe tener cuidado con la sincronización de fases. El hecho de que los sistemas DC no tengan polaridad es importante cuando se usan circuitos de interrupción. Circuito DC Interruptor Diseño Se puede considerar como el siguiente: ■ Ruta--la trayectoria conductora de corriente de la línea de ter-minal a la terminal de carga de un interruptor que corresponde a una resistencia específica ■ Corriente de la detección--de sistema que detecta el nivel de corriente aplicado al interruptor y comunica que la corriente al sistema de viaje ■ Mecanismo de sistema mecánico utilizado para abrir y cerrar los contactos principales ■ Sistema de viaje sistema mecánico o electrónico que inicia la apertura del interruptor automático dentro de los parámetros de la curva de tiempo de viaje ■ Conexiones--las línea / carga conexiones físicas de la interfaz de línea y de carga ■ Interruptor--el subsistema utilizado para detener el flujo de corriente (formación de arco) entre los contactos móviles y estacionarios. Brecha abierta El método más simple del circuito DC de interrupción es utilizar una gran brecha abierta. La brecha abierta de un circuito interruptor se define como la distancia entre los contactos móviles y estacionarios cuando están completamente separados. El aumento de la brecha abierta de un interruptor AC tradicional para su uso como un circuito interruptor DC se puede lograr haciendo que la distancia entre los contactos más grande; sin embargo, esto es a menudo indeseable debido a las limitaciones de espacio en equipos. Otra forma de aumentar la brecha abierta en un interruptor DC es conectar múltiples polos en serie. En esta configuración, la tensión del sistema se divide entre cada distancia entre contactos abierta de los polos de la serie. Esto resulta en un efecto aditivo de la caída de tensión creado a través de cada polo individual. Cámara de corte Cámaras de corte utilizan placas divisoras que sirven para varios propósitos, incluyendo La ampliación de la brecha abierta causando el arco viajar de placa en placa en lugar de

directamente de contacto a contactar. Dibujo del arco en el conducto de arco y fuera de los contactos, a menudo con la ayuda de

un corredor de arco.

Enfriamiento del arco mediante la absorción de calor en las placas de sí mismos o en sus cercanías materiales ablativos.

Lazo inverso Uno de los medios para limitar la corriente y la energía durante una interrupción es utilizar un sistema de lazo inverso. A menudo se utiliza en disyuntores de caja moldeada, el sistema de bucle inverso es un camino conductivo diseñado para invertir la dirección de la corriente para generar una fuerza de repulsión. Estas fuerzas de repulsión se generan desde la dirección opuesta del flujo de corriente a lo largo de la ruta y son una función de la cantidad de corriente en el sistema. Estas fuerzas actúan sobre el brazo de contacto, abriéndolo. Como se abre el brazo de contacto, el interruptor comienza la generación de voltaje, produciendo una limitación de la corriente de cortocircuito. Con corrientes más altas, el brazo de contacto se abre más rápidamente, produciendo un efecto limitador de corriente superior. Las fuerzas electromagnéticas creadas en un sistema AC y un sistema DC son los mismos, y por lo tanto, revierten bucles son una herramienta que puede ser prorrogado de AC a DC circuito interruptor diseñado. Otras Técnicas Avanzadas Otros medios creativos para la interrupción del circuito están disponibles también. El acto de la inversión de la corriente a través de la utilización de circuitos de descarga de condensador ha sido explorado. La descarga del condensador es una manera de convertir la polaridad unidireccional de un sistema de CC a la ventaja del dispositivo de interrupción.

5. Análisis del tema

Descubriendo DC

Gracias al gran avance de la tecnología, a fuentes renovables y soluciones energéticas seguras y

confiables están causando desde industrias nucleares hasta centro de datos, reconsiderar el uso

de la alimentación de corriente continua (dc).

Las industrias se encuentran explorando la energía, corriente y específicamente circuitos

interruptores dc.

Introducción a interruptores dc

Inicialmente AC ha sido la solución más económica de electrificación, gracias al transformador

inventado por Lucien Graulard y John Dixon.

El transformador emplea un método directo de paso de voltajes arriba y abajo según sea

necesario para la distribución eléctrica. Esta facilidad de distribución de AC en última instancia

empujó DC a aplicaciones de uso común a tales como el transporte, la minería, las industrias de

proceso, y grúas, donde dc era más adecuado.

Durante la última década, las aplicaciones de corriente continua han aumentado en popularidad

debido a los beneficios de costos y eficiencia sobre ac.

Un ejemplo es el de alta tensión líneas de transmisión de corriente continua que aumentan la

eficiencia de varios puntos porcentuales en comparación con ac. Esto se logra principalmente

debido a la Elimina-ción de las pérdidas de corona y ciclos de histéresis eléctricos que disipan la

energía en forma de calor como la corriente oscila a la frecuencia de corriente alterna.

Comparando AC y DC

Desde los inicios de la electricidad, ha habido competencia entre, AC y DC.

Con ac, la señal de potencia, voltaje, corriente y oscilan en torno a algunos frecuencia dada,

típicamente 50 o 60 Hz.

En un sistema de corriente alterna, la tensión y la corriente están desfasadas en un ángulo entre

0° y 90°. Este ángulo representa el factor de potencia, donde 0 representa una carga resistiva y

90 una carga inductiva. El factor de potencia influye en la cantidad de flujo de corriente en los

primeros ciclos de un caso de cortocircuito.

En los Sistemas de corriente continua, el voltaje y la corriente son constantes en el tiempo. La

resistencia, la inductancia y capacitancia impactan el sistema de tiempo constante. La constante

de tiempo define la velocidad de aumento de corriente y tensión durante un evento de

cortocircuito.

Centro de datos

Dentro de la distribución de energía en un centro de datos se usan conversores AC a DC donde

el equipo de acondicionamiento de potencia mas utilizados son los UPS donde convierte energía

AC en energía DC conectándose a un sistema de almacenamiento de energía y para su

distribución convirtiéndolo de nuevo en CA. Otros dispositivos de TI son alimentados con

corriente alterna y la convierten inmediatamente esto a la corriente continua dentro de su

fuente de alimentación logrando asi bajar las tensiones continuas para el funcionamiento de

equipos , evitando las perdidas de energía ,la generación de calor y las perdidas de punto a

punto.

El ahorro de energía global llega a tener una eficiencia entre 10% y 30% en comparación a los

sistemas de arco de corriente alterna .

[1]La constante de tiempo dentro de un interruptor es el tiempo para que el sistema alcance el

68% de falla cuando sucede un cortocircuito. Lo que se busca es ajustar estas constantes de

tiempo que van desde 8ms a 15 ms ya que para constantes de tiempo largas es mas difícil que

el disyuntor pueda interrumpirlas, es asi que los rectificadores son los que nos ayudarían con

este ajuste ya que ellos pueden proporcionar constantes de tiempo mas rápidas y con niveles

muy altos de fallo, antes de seleccionar el interruptor que se va a utilizar para la protección de

la red, se debe tomar en cuenta con que constantes de tiempo son las que trabaja ya que esto

puede hacer que un interruptor pueda fallar mas fácilmente.

Brecha abierta

Como su nombre lo indica este un método simple el cual consiste en utilizar una gran brecha

abierta. Esta brecha en un circuito interruptor se define como la distancia entre los contactos

móviles y estacionarios cuando están completamente separados.

Se puede lograr que un interruptor ac funcione como uno dc haciendo que la distancia entre los

contactos sea mas grande, una opción para lograr esto es conectar múltiples polos en serie

logrando que la tensión del sistema se divida en toda la distancia de la brecha entre los contactos

de los polos. Se puede hacer que este método de la brecha mejore aun mas adicionándole una

limitación de corriente.

Cámara de corte

Los primeros métodos de interrupción de arco comenzaron con el uso de la cámara de corte. Esta

cámara de corte es una disposición de placas de metal apiladas y apoyadas por un alto material

dieléctrico. A medida que el arco se mueve a la Cámara de arco se divide, lo que resulta en una

multitud de arcos más pequeños.

Las Cámaras de corte utilizan placas divisoras que sirven para varios propósitos:

la ampliación de la brecha abierta causando el arco viajar de placa en placa en lugar de ir directamente al contacto a contactar.

enfriamiento del arco mediante la absorción de calor en las placas o en sus cercanías a materiales ablativos.

Corredor de Arco

El corredor de arco está estrechamente acoplado a los contactos principales.

Su principal función es guiar el arco en su propio conducto. Cuando una gran brecha abierta, cámaras

de corte, y los corredores de arco no son suficientes para extinguir el arco, se deben utilizar otras

técnicas. Estas técnicas pueden incluir el uso de limitación de corriente para reducir la energía y la

corriente, el arco de flexión, de arco soplado, y el uso de imanes permanentes.

Lazo inverso

Una de los medios empleados para limitar la corriente y la energía durante una interrupción es

utilizar un sistema de lazo inverso.

Para lograr este lazo inverso generalmente se utiliza en disyuntores de caja moldeada, el sistema de

bucle inverso es un camino conductivo diseñado para invertir la dirección de la corriente para

generar una fuerza de repulsión. Estas fuerzas de repulsión se generan desde la dirección opuesta

del flujo de corriente a lo largo de la ruta y son una función de la cantidad de corriente en el sistema.

Motores ranura

Un motor de ranura es un sistema dentro del conjunto de cámara de arco que funciona en

combinación con el bucle inverso de una correa de línea para acelerar la apertura del brazo de

contacto móvil.

Este aumento de la velocidad de brazo de contacto mejora la capacidad de limitación de corriente

del disyuntor de circuito.

Imanes Permanentes

Teniendo en cuenta la ventaja de la naturaleza continua de alimentación dc, los imanes

permanentes se pueden colocar en la cámara de arco para doblar un arco. Esta flexión es

simplemente otro medio para alargar el arco, lo que aumenta la tensión y aumenta la posibilidad de

interrumpir el flujo de corriente.

Arco Soplado

Arco de soplado es otro método de manipulación de arco que se puede lograr utilizando materiales

ablativos o gases presurizados para estirar y mover el arco en la cámara de interrupción más

rápidamente.

Otras Técnicas Avanzadas

Una de estas técnicas es la inversión de la corriente a través de la utilización de circuitos de descarga

de condensador ha sido estudiada. La descarga del condensador es una manera de convertir la

polaridad unidireccional de un sistema dc a la ventaja del dispositivo de interrupción.

6. Comentarios

Gracias al constante avance de la tecnología y tendencias ya sean renovales o económicas,

últimamente se ha considerado el empleo de la energía dc, ya nos brinda algunas ventajas respecto

a los sistemas AC.

La principal diferencia entre AC y DC, es que la corriente y voltaje en AC está desfasado entre 0 y 90

grados, mientras que dc están constantes en el tiempo.

Al hablar de eficiencia energética , se busca que nuestro sistema cada vez consuma menos energía,

sin reducir su rendimiento, en este trabajo nos muestra la ayuda que tienen los rectificadores sobre

los conversores para la reducción de energía, es así que dentro de los centros de sistemas se

trabajaba de una manera en la cual la energía llegaba de la red eléctrica, pasaba a un transformador

después iba a un UPS después era almacenada en un PDU, después se lo distribuida a través de un

rack y así llegando a los servidores. Lo que nos muestra esta investigación es en el ahorro de por lo

menos entre el 10% y 25% que se tendría si se trabajara de la siguiente manera, trayendo la energía

de la red eléctrica, llevándola hacia los rectificadores y distribuyéndola mediante el Rack de poder,

enfatizando así que al momento de transformar la anergia AC mediante un rectificador a DC y

distribuyéndola estaríamos ayudando a la eficiencia energética.

Dentro de los interruptores o disyuntores , que son elementos de protección de nuestro circuito,

tenemos que tomar en consideración un detalle muy importante que es la constante de tiempo,

este articulo nos hace ver que todo elemento de corte de energía trabaja con esta constante, es muy

importante tener en cuenta cuales son los parámetros establecidos y como nuestro elemento puede

ser un disyuntor o interruptor actúa bajo esta rapidez de corte, dicho en otras palabras , si nuestro

interruptor o disyuntor es lo suficiente mente rápido para generar el corte de energía sin dañarse

ante esta constante de tiempo, es por eso que además de colaborar con datos técnicos, este trabajo

nos hace ver cómo está estructurado internamente un interruptor y dentro de su estructura cuales

son las características principales de su diseño, logrando así un mejor entendimiento al momento

de trabajar con elementos de corte de energía como son los interruptores o disyuntores

Con métodos lo que se espera principalmente es controlar el movimiento del arco. Cada uno de

estos métodos tiene un función específica, ya sea aumentado la brecha entre los contactos

principales, limitando la corriente causando un lazo inverso, aprovechar imanes para lograr una

flexión y llegando hasta emplear técnicas avanzadas como limitar la corriente, descarga de

condensadores, entre otros, todo para lograr el movimiento del arco.

Bibliografía

[1] H. Pugliese y M. V. Kannewurff, «Dicovering DC,» IEEE Industry applications magazince, vol.

1077, nº 2618, p. 150, 2013.