La història insòlita d’un interruptor de circuit convencional

L’evolució del dispositiu de protecció: des de l’època d’Edison fins a l’actualitat

L’interruptor és tan familiar que sembla que no hi ha res interessant. Però abans que l’interruptor adquirís el seu aspecte modern i s’instal·lés a totes les llars, a oficines, escoles, centres comercials i empreses, va passar per una llarga evolució.

1836-1899

El primer interruptor de línia va ser inventat pel nord-americà Charles Grafton Page. El 1838, va crear un trencador, essencialment un dipòsit de mercuri amb una vareta de contacte. A mesura que el corrent augmentava, apareixia un camp electromagnètic, fent que la vara pugués del mercuri. El circuit es va obrir i, quan el camp magnètic va desaparèixer, tots els elements van tornar als seus llocs.

Posteriorment van aparèixer prototips de fusibles. Thomas Edison va patentar el seu dispositiu: es va col·locar en un matràs de vidre una inserció fusible feta de paper o filferro. A l’exterior, el fusible s’assemblava a una bombeta familiar, però amb una aparent primitivitat proporcionava una fallida de la xarxa durant la sobrecàrrega: la placa es va cremar: el circuit es va obrir.

A finals del segle XIX van aparèixer els disjuntors amb protecció automàtica de curtcircuit. Es tractava d’un dispositiu amb contactes de molla, que es mantenien al seu lloc per un pestell. Sota la influència d’un electroimant, va obrir i accionar un ressort trencador. Aquest principi ha resultat tan eficaç que encara s’utilitza en els disjuntors industrials.

Subfusil Charles Grafton Page

1900–1910

A principis del segle XX, va començar a Europa un autèntic boom dels disjuntors. A l’Exposició Mundial de París, Electric b. Schukkert a Nuremberg ”va introduir un generador trifàsic amb un nou interruptor.

La revista "Electricity" del 1902 informava: "L'intercanvi secundari d'un interruptor després de la caiguda del circuit només és possible quan s'hagi eliminat realment la causa del curtcircuit o un altre dany. El dispositiu és molt sensible. Funciona sempre al mateix corrent. Mitjançant un cargol especial, es pot lliurar el dispositiu a qualsevol nombre d’amperis fins al 2000 ”

El 1910, va aparèixer un interruptor amb dos relés. El dispositiu va desconnectar la xarxa a l’instant només amb una congestió gran. Si la potència a la xarxa augmentava lleugerament, l’interruptor s’activava amb un retard ajustable.

En el mateix període, els inventors estan pensant en com resoldre el problema de l’arc elèctric, que es forma quan els contactes s’obren i destrueixen els elements de l’interruptor. I Mikhail Dolivo-Dobrovolsky inventa un dispositiu d’arc: una reixa metàl·lica de material aïllant amb ranures estretes extingeix un arc elèctric aixafant-lo en petites parts.

Interruptors de circuit a principis del segle XX

1911–1920

El 1911 es presentà el primer disyuntador de petroli en una exposició de Torí. Els francesos van demostrar dues opcions alhora: trifàsica a 25 kV i monofàsica a 45 kV amb una capacitat de 10 kVA. Les entrades, els contactes i els sistemes d’arcs d’un interruptor d’aquest tipus es van col·locar en un dipòsit a terra amb oli, que estava sota pressió. El dipòsit de petroli va servir no només per extingir l’arc, sinó també per aïllar les parts vives.

Simples, fiables i barats, aquests disjuntors també tenien una sèrie d’avantatges importants: podien explotar, tenien perill d’incendi i tenien dimensions molt impressionants.

El 1914, el mateix Dolivo-Dobrovolsky va inventar una gelosia deionica amb electroimants especials per dibuixar un arc elèctric a la bretxa de la cambra d’arcs. La tecnologia ajuda a extingir l’arc el més eficient possible.El principi aplicat fa 105 anys encara s’utilitza en els disjuntors.

1921–1945

Els enginyers alemanys Hugo Stotz i Heinrich Schachtner van fer una revolució: van combinar unitats de viatge tèrmic i magnètic en una sola unitat reutilitzable. Com a resultat, els dispositius van començar a protegir-se no només de les sobrecàrregues (com ho feien els seus predecessors amb un alliberament tèrmic), sinó també dels curts circuits. Ara no s’havia de canviar l’inserció després de cada operació: n’hi havia prou de prémer un botó i reiniciar l’interruptor.

Interruptor automàtic Hugo Stotz

Els alemanys van obtenir una patent per la invenció el 1924, i quatre anys després va aparèixer al mercat el primer interruptor modular del món, que es va produir sense canvis estructurals durant gairebé 30 anys.

Publicitat de disjuntors de circuit Hugo Stotz en els anys 20 - 30 del segle XX

A la dècada de 1930 van aparèixer càmeres arquejades per extingir les espurnes que es produeixen quan es dispara el dispositiu i també van aparèixer coixinets de contacte amb materials que contenien plata.

Segons Denis Nikitin, un enginyer expert, un dels principals fabricants i proveïdors d’equips elèctrics i d’il·luminació, en els nostres temps, la plata pura no s’utilitza en la fabricació de disjuntors a causa del baix punt de fusió i la destrucció ràpida durant la crema d’arc.

Els dispositius moderns utilitzen un aliatge de plata amb una substància refractària (metàl·lica o no metàl·lica) per augmentar la resistència del grup de contacte. Per exemple, els interruptors de sèrie utilitzen soldadures de material que conté plata, cosa que augmenta la resistència al desgast del grup de contacte i redueix la resistència de transició. D’acord amb això, la vida útil de l’interruptor augmenta, la seva fiabilitat augmenta.

Patent de Hugo Stotz per a interruptor de circuit

La publicitat de commutadors de Stotz a les postals

1946–1975

A Rússia, el desenvolupament de la tecnologia va seguir un camí lleugerament diferent. En la postguerra, es van utilitzar àmpliament els interruptors AB25. Els llançaments en ells eren només tèrmics, per tant, aquests dispositius només es protegien de manera fiable de sobrecàrregues.

Els curts circuits van esdevenir un problema: la xarxa elèctrica s'ha d'obrir a l'instant, però la placa bimetal de l'alliberament tèrmic necessita temps per escalfar-se i funcionar. L'interruptor de corrent de curtcircuit amb un despreniment, per descomptat, desconnectat, però un incendi al cablejat podria començar abans.

Pel que fa a les cambres de volta dels disjuntors soviètics de la dècada de 1950-1960, contenien un nombre reduït de plaques. L’eficiència de l’extinció de l’arc en aquest cas és baixa a causa d’una petita aplastament.

Hi ha molt més plaques a les cambres modernes d'arcs, mentre que els enginyers intenten trobar l'equilibri òptim entre l'augment del nombre de plaques per augmentar l'eficàcia i la compacitat dels interruptors de circuit.

Interruptors automàtics a la primera meitat del segle XX

Commutador automàtic STOTZ-KONTAKT de 1952 de llançament

Interruptor automàtic ABB

Interruptors publicitaris a Alemanya als anys 70 del segle XX

1976–1991

Durant els propers 20 anys, el vector de desenvolupament de disjuntors al món s’ha canviat cap a millorar les prestacions, millorar els sistemes d’arc i de contacte, l’aparició d’accionaments. Però al nostre país, aquest període va estar marcat per la proliferació de commutadors AE1031.

Interruptor automàtic AE1031

El seu alliberament era encara tèrmic, però també hi havia una diferència fonamental: l’absència d’una cambra d’arc.

Quan el dispositiu s'activa, els seus contactes divergeixen a una distància més gran que els dispositius de la generació anterior i l'arc s'apaga. Aquests interruptors fan front a la seva tasca i encara es troben als panells d'apartaments dels edificis residencials.

Interruptor AE1031 en forma desmuntada

“És millor substituir un interruptor per un de modern equipat amb un despreniment electromagnètic i una cambra d’arc. Les càrregues van augmentar significativament i els corrents de curtcircuit van augmentar ", explica Denis Nikitin (GRUP IEK). - Per garantir la seguretat de les xarxes elèctriques, els disjuntors necessiten un funcionament i una velocitat fiables. Els dispositius moderns funcionen amb un curtcircuit gairebé a l'instant, en 0,1 segons ".

Cambra d’arc ampliada del disjunctor VA47-60 IEK®

Des de la dècada de 1990 aquests dies

Als anys 90 Rússia ha fet un gran avenç en el disseny i la fabricació de disjuntors, adoptant les millors pràctiques d’empreses estrangeres i introduint tecnologies pròpies que satisfan les exigències del mercat nacional.

La majoria dels disjuntors domèstics moderns tenen despreniments tant tèrmics com electromagnètics, protegeixen la xarxa alhora de sobrecàrregues i curtcircuits.

Per a ells, els fabricants produeixen mòduls addicionals que amplien la funcionalitat dels disjuntors.

Per exemple, s’inventen unitats de viatge que es poden controlar de forma remota. Permeten obrir el circuit a distància i són indispensables durant un incendi, quan necessiteu apagar la ventilació o obrir el pany de la porta electromagnètica, però no hi ha accés a l'escut.

Modern BA47-60M IEK®

L'impuls del sistema de protecció contra incendis s'alimenta de manera independent i allibera l'interruptor automàtic. Un exemple és el muntatge sense cargol amb un rang de tensió de funcionament de 161-253 V, que s’utilitza per a disparar un, dos, tres o quatre pols d’interruptors de la sèrie BA47-29 i BA47-100 IEK®.

La resistència al desgast mecànic dels interruptors de circuit moderns està dissenyada per a no menys de 20.000 cicles, i a l’elèctrica per a no menys de 6.000. Els principals fabricants van aconseguir assolir indicadors tan impressionants gràcies al disseny especial de la caixa amb una millor transferència de calor i la seva protecció addicional contra la crema de darrere de l’arc ( l'eliminació de la calor es realitza a causa de plaques de plàstic i metall)

L’evolució de les cambres d’arc es continua: el nombre de plaques augmenta en elles, s’instal·len reixes d’estinció de doble xispa a la sortida, que augmenten la seguretat contra l’incendi de l’aparell, evitant que es descarreguin els productes d’arc.

Els sistemes de control automàtic de característiques (en funció de les condicions de treball) s’estan introduint cada cop més en dispositius moderns, s’utilitzen cada cop més microprocessadors per a modelar l’arc i l’aparició de màquines trifàsiques amb un temps de resposta d’1 ms. L’evolució de l’interruptor continua.

Material elaborat pel servei de premsa de IEK GROUP