La historia inusual de un interruptor de circuito convencional

La evolución del dispositivo de protección: desde la época de Edison hasta el presente.

El interruptor automático nos es tan familiar que parece que no hay nada interesante en él. Pero antes de que el cambio adquiriera su aspecto moderno y se instalara en todos los hogares, oficinas, escuelas, centros comerciales y empresas, experimentó una larga evolución.

1836-1899

El interruptor automático de primera línea fue inventado por el estadounidense Charles Grafton Page. En 1838, creó un interruptor, de hecho, un tanque de mercurio con una varilla de contacto. A medida que aumentaba la corriente, apareció un campo electromagnético, haciendo que la varilla se levantara del mercurio. El circuito se abrió, y cuando el campo magnético desapareció, todos los elementos volvieron a sus lugares.

Más tarde aparecieron prototipos de fusibles. Su dispositivo fue patentado por Thomas Edison en 1880: un inserto fusible hecho de papel de aluminio o alambre se colocó en un matraz de vidrio. Exteriormente, el fusible se parecía a una bombilla familiar, pero con una aparente primitividad proporcionó una falla en la red durante la sobrecarga: el inserto se quemó y el circuito se abrió.

A finales del siglo XIX, los interruptores automáticos aparecieron con protección automática contra cortocircuitos. Era un dispositivo con contactos de resorte, que se mantenían en su lugar mediante un pestillo. Bajo la influencia de un electroimán, abrió y activó un resorte de ruptura. Este principio ha demostrado ser tan efectivo que todavía se usa en disyuntores industriales.

Subfusil Charles Grafton Page

1900-1910

A principios del siglo XX, un verdadero auge de los interruptores automáticos comenzó en Europa. En la Exposición Mundial de París, Electric b. Schukkert en Nuremberg ”introdujo un generador trifásico con un nuevo interruptor automático.

La revista "Electricity" en 1902 informó: "La conmutación secundaria de un disyuntor después de que se haya caído del circuito solo es posible cuando la causa del cortocircuito u otro daño realmente se ha eliminado. El dispositivo es muy sensible. Siempre funciona a la misma corriente. Por medio de un tornillo especial, el dispositivo se puede entregar a cualquier número de amperios hasta 2000 ".

En 1910, apareció un interruptor con dos relés. El dispositivo desconectó la red instantáneamente solo con una gran congestión. Si la potencia en la red aumentó ligeramente, el interruptor se disparó con un retraso ajustable.

En el mismo período, los inventores están pensando en cómo resolver el problema del arco eléctrico, que se forma cuando los contactos se abren y destruyen los elementos del interruptor automático. Y Mikhail Dolivo-Dobrovolsky inventa un dispositivo de arco: una rejilla metálica de material aislante con ranuras estrechas extingue un arco eléctrico al aplastarlo en partes pequeñas.

Disyuntores a principios del siglo XX

1911-1920

En 1911, se presentó el primer interruptor automático de aceite en una exposición en Turín. Los franceses demostraron dos opciones a la vez: trifásico a 25 kV y monofásico a 45 kV con una capacidad de 10 kVA. Las entradas, los sistemas de contacto y de arco en dicho interruptor se colocaron en un depósito conectado a tierra con aceite, que estaba bajo presión. El tanque de aceite sirvió no solo para extinguir el arco, sino también para aislar partes vivas.

Simples, confiables y económicos, estos disyuntores también tenían una serie de inconvenientes importantes: podían explotar, ser peligrosos para el fuego y tenían dimensiones muy impresionantes.

En 1914, el mismo Dolivo-Dobrovolsky inventó una rejilla deiónica con electroimanes especiales para dibujar un arco eléctrico en el espacio de la cámara de arco. La tecnología ayuda a extinguir el arco de la manera más eficiente posible.El principio aplicado hace 105 años todavía se usa en interruptores automáticos.

1921-1945

Los ingenieros alemanes Hugo Stotz y Heinrich Schachtner hicieron una revolución: combinaron unidades de disparo térmicas y magnéticas en una sola unidad reutilizable. Como resultado, los dispositivos comenzaron a proteger no solo de sobrecargas (como lo hicieron sus predecesores con una liberación térmica), sino también de cortocircuitos. Ahora no era necesario cambiar el inserto después de cada operación: era suficiente presionar un botón y reiniciar el interruptor.

Disyuntor Hugo Stotz

Los alemanes recibieron una patente para la invención en 1924, y cuatro años después apareció en el mercado el primer disyuntor modular del mundo, que luego se produjo sin cambios estructurales durante casi 30 años.

Publicidad de disyuntores Hugo Stotz en los años 20 - 30 del siglo XX

En la década de 1930, también aparecieron cámaras de arco para apagar las chispas que se producen cuando se activa el dispositivo, y también aparecieron almohadillas de contacto hechas de materiales que contienen plata.

Según Denis Nikitin, un ingeniero experto, uno de los principales fabricantes y proveedores de equipos eléctricos y de iluminación, en nuestro tiempo, la plata pura no se usa en la fabricación de interruptores automáticos debido al bajo punto de fusión y la rápida destrucción durante la quema de arco.

En los dispositivos modernos, se usa una aleación de plata con una sustancia refractaria (metálica o no metálica) para aumentar la resistencia del grupo de contacto. Por ejemplo, los interruptores en serie usan soldaduras hechas de material que contiene plata, lo que aumenta la resistencia al desgaste del grupo de contacto y reduce la resistencia de transición. En consecuencia, la vida útil del interruptor automático aumenta, su fiabilidad aumenta.

Patente de Hugo Stotz para disyuntor

Publicidad de interruptores Stotz en postales

1946-1975

En Rusia, el desarrollo de la tecnología siguió un camino ligeramente diferente. En el período de posguerra, los interruptores automáticos AB25 fueron ampliamente utilizados. Los lanzamientos en ellos eran solo térmicos, por lo tanto, estos dispositivos solo estaban protegidos de forma segura contra sobrecargas.

Los cortocircuitos se convirtieron en un problema: la red eléctrica debe abrirse al instante, pero la placa bimetálica de la liberación térmica necesita tiempo para calentarse y funcionar. El interruptor de corriente de cortocircuito con tal liberación, por supuesto, se desconectó, pero un incendio en el cableado podría comenzar antes.

En cuanto a las cámaras de arco de los disyuntores soviéticos de los años 1950-1960, contenían una pequeña cantidad de placas. La eficiencia de la extinción del arco en este caso es baja debido al pequeño aplastamiento.

Hay muchas más placas en las cámaras de arco modernas, mientras que los ingenieros están tratando de encontrar el equilibrio óptimo entre el mayor número de placas para la eficiencia del arco y la compacidad de los interruptores automáticos.

Disyuntores en la primera mitad del siglo XX.

Interruptor automático STOTZ-KONTAKT de 1952 de lanzamiento

Disyuntor ABB

Publicidad de interruptores automáticos en Alemania en los años 70 del siglo XX

1976-1991

Durante los próximos 20 años, el vector de desarrollo de los interruptores automáticos en el mundo se ha desplazado hacia la mejora del rendimiento, la mejora de los sistemas de arco y contacto, la aparición de accionamientos. Pero en nuestro país, este período estuvo marcado por la proliferación de interruptores AE1031.

Interruptor automático AE1031

Su lanzamiento todavía era solo térmico, pero también había una diferencia fundamental: la ausencia de una cámara de arco.

Cuando se activa el dispositivo, sus contactos divergen a una distancia mayor que los dispositivos de la generación anterior, y el arco se apaga. Tales interruptores hacen frente a su tarea y todavía se encuentran en paneles de apartamentos de edificios residenciales.

Interruptor AE1031 en forma desmontada

"Es mejor reemplazar dicho interruptor por uno moderno equipado con un disparador electromagnético y una cámara de arco. Las cargas aumentaron significativamente y las corrientes de cortocircuito aumentaron ", explica Denis Nikitin (GRUPO IEK). - Para garantizar la seguridad de las redes eléctricas, los disyuntores requieren una operación y velocidad confiables. Los dispositivos modernos funcionan con un cortocircuito casi instantáneamente, en 0.1 segundos ".

Cámara de arco ampliada del disyuntor VA47-60 IEK®

Desde la década de 1990 en estos días

En la década de 1990 Rusia ha hecho un gran avance en el diseño y fabricación de interruptores automáticos, adoptando las mejores prácticas de las compañías extranjeras e introduciendo sus propias tecnologías que satisfacen las demandas del mercado interno.

La mayoría de los disyuntores domésticos modernos tienen liberaciones térmicas y electromagnéticas, protegen la red al mismo tiempo de sobrecargas y cortocircuitos.

Para ellos, los fabricantes producen módulos adicionales que amplían la funcionalidad de los interruptores automáticos.

Por ejemplo, se inventan unidades de disparo que se pueden controlar de forma remota. Le permiten abrir el circuito a distancia y son indispensables durante un incendio, cuando necesita apagar la ventilación o abrir la cerradura electromagnética de la puerta, pero no hay acceso al protector.

Moderno BA47-60M IEK®

El impulso del sistema de protección contra incendios se alimenta a una liberación independiente y libera el disyuntor. Un ejemplo es el montaje sin tornillos con un rango de voltaje de funcionamiento de 161–253 V, que se utiliza para disparar interruptores automáticos de uno, dos, tres o cuatro polos de las series BA47-29 y BA47-100 IEK®.

La resistencia al desgaste mecánico de los interruptores automáticos modernos está diseñada para no menos de 20,000 ciclos, y la eléctrica para no menos de 6000. Los principales fabricantes lograron lograr indicadores tan impresionantes gracias al diseño de caja especial con transferencia de calor mejorada y su protección adicional contra la quema por detrás del arco ( el calor se elimina a través de placas de plástico y metal).

La evolución de las cámaras de arco continúa: el número de placas aumenta en ellas, se instalan rejillas de extinción de chispas dobles en la salida, lo que aumenta la seguridad contra incendios del aparato, evitando la descarga de los productos del arco de combustión.

Los sistemas de control automático de características (dependiendo de las condiciones de trabajo) se introducen cada vez más en los dispositivos modernos, los microprocesadores se utilizan cada vez más para el modelado de arco y la aparición de máquinas trifásicas con un tiempo de respuesta de 1 ms. La evolución del interruptor automático continúa.

Material preparado por el servicio de prensa de IEK GROUP