Contactores de Potencia en Vacio

CONTACTORES EN VACIO

Funcionamiento Aplicaciones y Variedad

Los contactores en vacío son un tipo especializado de contactor diseñado para la conmutación de circuitos eléctricos, especialmente en aplicaciones de media y alta tensión, donde las exigencias de operación y la presencia de arcos eléctricos son críticas. Se distinguen de los contactores convencionales (que suelen conmutar en aire) por su capacidad de extinguir el arco eléctrico en un ambiente de vacío.

Qué son y cómo funcionan:

Un contactor en vacío es un dispositivo electromecánico que interrumpe o establece el paso de corriente eléctrica en un circuito, pero lo hace dentro de una cámara sellada al vacío, conocida como cámara de vacío o interruptor de vacío (vacuum interrupter). 

Funcionamiento:

Cuando la bobina del contactor es energizada, el mecanismo de operación mueve los contactos principales para que se cierren o abran. Este movimiento de los contactos se produce dentro de la cámara de vacío.

La clave de su funcionamiento radica en la extinción del arco eléctrico:

• Sin aire: Al no haber aire ni otras moléculas presentes en el vacío, el arco eléctrico que se forma al separar los contactos (debido a la ionización del medio) no puede mantenerse ni expandirse. La ausencia de un medio para conducir el arco facilita su extinción rápida.
• Condensación de vapor metálico: Los contactos están hechos de materiales especiales (a menudo aleaciones de cobre, cromo y bismuto) que, al producirse el arco, liberan vapor metálico. En el vacío, este vapor metálico se condensa rápidamente en las superficies frías de la cámara de vacío y en unas "pantallas" internas diseñadas para ello, lo que también contribuye a la rápida desionización y extinción del arco.
• Pequeña distancia entre contactos: Gracias a la eficacia del vacío para extinguir el arco, los contactores en vacío pueden tener una distancia de apertura de contactos mucho menor que los contactores de aire o SF6 para la misma tensión, lo que resulta en un diseño más compacto. 

Características Técnicas:

1. Tensión de Operación: Principalmente diseñados para media tensión (desde unos pocos kV hasta 36 kV o más), aunque también existen versiones para baja tensión de alta corriente donde la supresión del arco es crítica.
2. Corriente Nominal: Capaces de manejar corrientes nominales significativas, desde decenas hasta cientos o miles de amperios.
3. Capacidad de Interrupción de Corriente de Cortocircuito: Aunque su función principal no es la de un interruptor de circuito (disyuntor), muchos contactores en vacío, especialmente los de media tensión, pueden interrumpir corrientes de cortocircuito moderadas, a menudo en combinación con fusibles de alta capacidad de ruptura.
4. Vida Útil: Una de sus mayores ventajas. Al no haber desgaste por arco o erosión de contactos por el aire, su vida útil mecánica y eléctrica es excepcionalmente larga, superando ampliamente a los contactores de aire o aceite. Se pueden contar en cientos de miles o incluso millones de operaciones.
5. Mantenimiento: Requieren muy bajo mantenimiento debido a que los contactos están sellados y protegidos del ambiente. No necesitan limpieza ni ajustes frecuentes.
6. Ruido: Son relativamente silenciosos en comparación con otros tipos de contactores al momento de la conmutación.
7. Seguridad: Al estar los contactos sellados, no hay riesgo de explosión, incendio o emisión de gases tóxicos (como el SF6).
8. Resistencia Ambiental: Operan de manera fiable en ambientes con polvo, humedad, gases corrosivos o atmósferas explosivas, ya que los contactos están aislados del exterior.
9. Temperatura: Generan menos calor en los contactos debido a una menor resistencia de contacto y a la ausencia de arco prolongado 

Categorías de Uso (Aplicaciones):

Los contactores en vacío, al igual que los electromecánicos, también se rigen por las normas IEC 60947-4-1 (para baja tensión) y IEC 62271-106 (para media tensión), que definen las categorías de uso según el tipo de carga y la frecuencia de las operaciones. Sin embargo, debido a sus características, sobresalen en aplicaciones que requieren:

• Frecuencia de Operación Elevada: Son ideales para aplicaciones con ciclos de operación muy frecuentes, donde un contactor tradicional se desgastaría rápidamente.
• Ejemplos: hornos de inducción, plantas de soldadura, sistemas de calentamiento por resistencia, bancos de capacitores para corrección de factor de potencia con conmutación frecuente.
• Media Tensión (MV): Es su campo de aplicación principal.
• Arranque y protección de motores de media tensión: Especialmente motores grandes en industrias como la minería, petróleo y gas, cemento, metalurgia, donde los picos de corriente de arranque son elevados y el ambiente puede ser hostil.
• Conmutación de transformadores.
• Control de bancos de capacitores: Para la compensación de potencia reactiva en redes de media tensión.
• Subestaciones eléctricas.
• Sistemas de distribución de energía.
• Entornos Severos:
• Industria minera (ambientes polvorientos, a veces explosivos).
• Plantas petroquímicas.
• Industrias pesadas.
• Sistemas con Requisitos de Alta Fiabilidad y Bajo Mantenimiento. 

Uso y Variedad:

La variedad de contactores en vacío se manifiesta en:

1. Tensión nominal: Desde contactores de baja tensión de alta corriente (ej., para motores muy grandes o aplicaciones especiales) hasta contactores de media tensión de 7.2 kV, 12 kV, 24 kV, 36 kV.
2. Corriente nominal: Desde unas pocas decenas de amperios hasta 800A o más.
3. Número de polos: Comúnmente tripolares para sistemas trifásicos, pero también existen modelos bipolares o de un solo polo para aplicaciones específicas.
4. Tipo de bobina: Pueden tener bobinas de CA (alterna) o CC (continua) para su control, con diferentes rangos de tensión (ej., 24V, 110V, 220V, 380V).
5. Montaje: Se pueden encontrar en versiones fijas para montaje en tableros o celdas, o versiones extraíbles (tipo "cassette") para facilitar el mantenimiento y reemplazo en equipos de media tensión.
6. Integración con fusibles: Muchos contactores de media tensión se ofrecen en "combinaciones contactor-fusible" o "starters" (arrancadores) que integran el contactor con fusibles limitadores de corriente de media tensión para proporcionar protección contra sobrecarga y cortocircuito al motor o carga.
7. Accesorios: Al igual que los contactores convencionales, pueden incorporar contactos auxiliares (NO/NC), bobinas de disparo, bloqueos mecánicos y otros accesorios para funciones de control y señalización. 

Fabricantes:

Las principales empresas fabricantes de equipos eléctricos y de automatización industrial, como Siemens (línea SIRIUS), Schneider Electric (TeSys V), ABB (V-Contact VSC, AFV), Eaton, Rockwell Automation (Allen-Bradley), y otros especialistas en media tensión, ofrecen una amplia gama de contactores en vacío para diversas aplicaciones.

En resumen, el contactor en vacío es una tecnología robusta y confiable, indispensable en el control de cargas de alta potencia y media tensión, así como en aplicaciones de baja tensión que exigen una extrema durabilidad y un mantenimiento mínimo debido a la eficaz supresión del arco eléctrico en un ambiente sellado.

Contactores en Vacio

DIFERENCIAS ENTRE UN CONTACTOR EN VACIO Y UNO ELECTROMAGNETICO

La principal diferencia entre un contactor en vacío y un contactor electromagnético "tradicional" (que conmutan en aire) radica fundamentalmente en el medio en el que se produce la interrupción del arco eléctrico y, como consecuencia, en sus características de rendimiento, aplicaciones y costos.

1.    Medio de Interrupción del Arco:

• Contactor Electromagnético (en Aire): La interrupción del circuito y la extinción del arco eléctrico se producen en el aire ambiente. Cuando los contactos se separan, el aire se ioniza y forma un arco. Para extinguirlo, se utilizan cámaras de extinción de arco (también llamadas "cámaras de soplado" o "rejillas desionizadoras") que alargan, enfrían y dividen el arco hasta que se extingue.
• Contactor en Vacío: La interrupción del circuito y la extinción del arco tienen lugar dentro de una cámara de vacío sellada herméticamente. Dentro de esta cámara no hay aire ni otros gases, lo que es crucial para la extinción del arco. 

2.    Extinción del Arco Eléctrico:

• Contactor Electromagnético:
• Depende de la interacción del arco con el aire y las rejillas metálicas de la cámara de extinción.
• El proceso puede ser más lento y ruidoso.
• Genera gases calientes y partículas ionizadas al extinguir el arco en el aire.
• El arco produce erosión y desgaste en los contactos, limitando su vida útil eléctrica.

• Contactor en Vacío: 

• Ausencia de medio: Al no haber aire, el arco no tiene un medio para sostenerse. El vapor metálico generado por el arco se condensa rápidamente en las superficies internas de la cámara.
• Extinción rápida y eficiente: El arco se extingue casi instantáneamente al pasar por cero la corriente (en CA). En CC, la extinción también es muy eficiente debido al vacío.
• Mínimo desgaste de contactos: La ausencia de un arco sostenido y la rápida extinción reducen drásticamente la erosión y el desgaste de los contactos, lo que se traduce en una vida útil eléctrica mucho más larga.
• Silencioso y sin subproductos: No hay ruido audible de arco ni emisión de gases o subproductos nocivos al ambiente. 

3.    Tensión y Corriente de Aplicación:

• Contactor Electromagnético: Se utiliza principalmente en baja tensión (hasta 1000V AC o 1500V DC). Pueden manejar corrientes desde unos pocos amperios hasta cientos o incluso miles de amperios en aplicaciones específicas de baja tensión.
• Contactor en Vacío: Su aplicación principal es en media tensión (desde 1kV hasta 36kV, y en algunos casos especiales en alta tensión). También se usan en baja tensión para corrientes muy elevadas o conmutación frecuente donde se requiere máxima durabilidad. 

4.    Vida Útil (Eléctrica y Mecánica):

• Contactor Electromagnético: La vida útil eléctrica (número de operaciones bajo carga) es limitada por el desgaste de los contactos debido al arco. La vida útil mecánica (número de operaciones sin carga) es considerable, pero la eléctrica es la que suele ser el factor limitante.
• Contactor en Vacío: Ofrecen una vida útil eléctrica y mecánica extremadamente larga, a menudo de cientos de miles o incluso millones de operaciones. Esto se debe a la mínima erosión de los contactos y a la ausencia de un medio corrosivo. 

5.    Mantenimiento:

• Contactor Electromagnético: Requieren inspección y mantenimiento periódico de los contactos, limpieza de las cámaras de extinción de arco y, eventualmente, reemplazo de contactos o del contactor completo debido al desgaste.
• Contactor en Vacío: Prácticamente no requieren mantenimiento de los contactos, ya que están sellados en la cámara de vacío. Esto reduce significativamente los costos operativos y el tiempo de inactividad. Solo se inspecciona el mecanismo de operación. 

6.    Seguridad y Medio Ambiente:

• Contactor Electromagnético: Durante la interrupción, pueden generar ruido, calor y pequeñas cantidades de subproductos del arco. En ciertos ambientes, pueden representar un riesgo de ignición si se usan incorrectamente.
• Contactor en Vacío: Son inherentemente más seguros, ya que el arco está contenido. No hay ruido significativo, calor externo por el arco ni emisión de gases. Son ecológicos. 

7.    Tamaño y Diseño:

• Contactor Electromagnético: Pueden ser voluminosos, especialmente los de mayor capacidad, debido a las cámaras de extinción de arco.
• Contactor en Vacío: Tienden a ser más compactos para una determinada tensión y corriente, ya que la distancia de apertura de los contactos necesaria para extinguir el arco es mucho menor en el vacío. 

8.    Costo:

• Contactor Electromagnético: Generalmente tienen un costo inicial más bajo, lo que los hace populares para la mayoría de las aplicaciones de baja tensión.
• Contactor en Vacío: Tienen un costo inicial más elevado debido a la tecnología de la cámara de vacío y los materiales especializados, pero este costo se compensa con creces a largo plazo por su durabilidad, bajo mantenimiento y fiabilidad, especialmente en aplicaciones de alta exigencia. 

Tabla comparativa resumida:

Característica	Contactor Electromagnético (en Aire)	Contactor en Vacío
Medio de Arc-ext.	Aire ambiente	Vacío (cámara sellada)
Extinción del Arco	Alargamiento, enfriamiento, división del arco.	Desionización rápida, condensación de vapor metálico.
Tensión Principal	Baja tensión (hasta 1kV)	Media tensión (1kV a 36kV+), baja tensión alta corr.
Vida Útil Eléctrica	Limitada por desgaste de contactos	Extremadamente larga
Mantenimiento	Regular (limpieza, ajuste, reemplazo)	Mínimo/Nulo (contactos sellados)
Ruido/Arco Visible	Sí, puede ser ruidoso y visible	No (contenido)
Desgaste Contactos	Signifícante debido al arco	Muy bajo/despreciable
Tamaño	Más voluminoso para alta capacidad	Más compacto para la misma capacidad
Costo Inicial	Generalmente más bajo	Generalmente más alto
Aplicaciones Típ.	Control general de motores y cargas en baja tensión	Motores MV, hornos, capacitores, entornos exigentes

Mientras que el contactor electromagnético es la solución estándar y rentable para la mayoría de las aplicaciones de baja tensión, el contactor en vacío es la elección superior cuando se requiere conmutación de media tensión, alta frecuencia de operación, máxima durabilidad, fiabilidad y bajo mantenimiento, a pesar de su mayor costo inicial.

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Ampolla de Vacio