Arc Terminator System

Arc Terminator System
Arc Extinguishing System for Use in Medium Voltage Switchgear
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Sistema de extinción de arcos apropiado para su uso en tableros de fuerza en
media tensión
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Système d’extinction d’arcs à utiliser dans un appareillage de commutation
moyenne tension
Data Bulletin
Boletín de datos
Bulletin de données
6055DB0106
Rev. 01, 10/2009
Retain for Future Use. /
Conservar para uso futuro. /
À conserver pour usage ultérieur.
Arc Terminator System
Arc Extinguishing System for Use in Medium Voltage
Switchgear
Class 6055
Data Bulletin
6055DB0106
Rev. 01, 10/2009
Retain for future use.
ENGLISH
6055DB0106
Rev. 01, 10/2009
Arc Terminator System
Table of Contents
Introduction and Fundamental Operating Concepts ................................... 5
Theory of Operation .................................................................................... 6
Typical Operation Scenario ................................................................... 8
Components and Features ......................................................................... 8
Current Sensing .................................................................................... 8
Arc Sensing ........................................................................................... 9
Junction Box ........................................................................................ 10
Controller Unit ..................................................................................... 11
High-Speed Switch .............................................................................. 11
Arc Terminator Configuration in Masterclad® Switchgear .................. 13
Ratings and Specifications ........................................................................ 14
Electronics Specifications .................................................................... 15
Dimensions ............................................................................................... 16
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3
ENGLISH
Table of Contents
Arc Terminator System
Table of Contents
6055DB0106
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ENGLISH
4
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Introduction and Fundamental
Operating Concepts
Arc Terminator System
Introduction and Fundamental Operating Concepts
All major manufacturers of medium voltage, power distribution
switchgear—typically, metal-clad switchgear—produce Arc Resistant or A-R
switchgear. Refer to the Canadian EEMAC standard G14-1, 1987 and the
ANSI/IEEE C37.20.7-2001. As defined in ANSI/IEEE C37.20.7-2001, the
purpose of A-R switchgear is, in the event of an internal arcing fault
condition, to provide an additional degree of protection to maintenance
personnel working in close proximity1 while the equipment is operating. The
AT device and operating system exceeds all test criteria set forth in
C37.20.7 and meets all accessibility types as witnessed by UL.
Another more descriptive term, “arc-venting switchgear”, is used to describe
some A-R switchgear. The basic design concept involves strengthening the
switchgear enclosure sufficiently to contain the high pressure effects of an
open arcing fault condition, while also providing pressure relief vents only on
the top of the switchgear.
Alongside its A-R switchgear—a “passive” solution—Schneider Electric
developed the Arc Terminator (AT) system as an “active” solution to
address the effects of an internal, open arcing fault condition. Each solution
has its own merits.
If an arcing fault condition occurs within a confined space, the arc energy
is converted into heat with both thermal effects and a rapid pressure
increase. In order to limit the pressure increase, the source of heat must be
removed quickly.
The AT system controls and directs the flow of current. This means it is
possible to “crow-bar” the short circuit with a fast-acting closing switch. This
“crow bar” action—that is, transformation of the arc through the closing
switch—creates a solid conducting path for the current in parallel with the
arc. In doing so, it extinguishes the open burning arc. Rapidly removing the
heat source significantly reduces pressure buildup.
For standard switchgear with fault currents up to 50 kA, sensing an arc and
closing the switch must be accomplished in less than 4–5.5 milliseconds.
The time is dependent on the maximum available fault current. Such highspeed operation will limit arcing duration and any buildup of high pressure in
the switchgear.
Tests conducted at independent labs have successfully demonstrated the
ability of the AT system to meet this performance requirement.2 As a result,
the AT system can offer an additional degree of protection to personnel
working in close proximity to the medium voltage switchgear, as well as
minimize damage to the switchgear itself.
It is generally agreed that an arcing fault, regardless of the type or
magnitude at its initiation, evolves into a three-phase, bolted fault. For
this reason, it is clear that the AT system operation does not in any way
increase the severity of the fault, since it only replaces the arcing path with
a conductive non-arcing path, in the switchgear main bus, designed to
carry the rated short circuit current. At that point, the usual circuit protective
devices function to detect and interrupt the current, clearing the
fault condition.
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1
“In close proximity” specifically excludes working in, on, above, or below the A-R switchgear.
For example, in a cable vault.
2
Ruben Garzon, Arc Terminator An Alternative to Arc-Proofing, IEEE PCIC Conference Paper
No. PCIC-2001-19.
5
ENGLISH
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Arc Terminator System
Theory Of Operation
6055DB0106
Rev. 01, 10/2009
The Arc Terminator system is a high-speed, electromechanical switch that,
in the event of a confirmed arcing fault, provides a low impedance parallel
path to effectively transfer the fault current from the arc to the three-phase,
main bus assembly of the switchgear (Figure 1). The main bus, with
coordinated rating, carries the fault current while it is being sensed and
cleared by the normal switchgear complement of current transformers (CT),
protective relays, and the main circuit breaker.
Figure 1:
The high-speed switch is closed by an output signal from an electronic
control module. The output signal is produced by simultaneous input from
two different sensors:
ENGLISH
Theory of Operation
Schematic of AT Connection
•
a current sensor that detects both a discontinuity occurring in the current
waveform and the exceeded threshold current level, and
•
an optical sensor that visually detects the arc.
The signals of these two sensors are fed into an AND gate in the analog
controller. The analog controller processes the signals and sends an output
signal to the firing (or closing) circuit that, in turn, closes the switch. The
combination of these two signals serves to prevent nuisance operations that
might cause a system outage.
AT system protection is limited strictly to the space contained inside the
protected zone of the switchgear enclosure. This means arcing that takes
place outside of the enclosure zone of protection is not monitored and will
not initiate the operation of the AT system. Refer to the customer drawings
to determine the protected zones.
Also, it should be noted that the AT system does not impact the normal
protective relaying functions designed for the system. The AT system does
not in any way change any protective relaying system setting. Fault clearing
duty still remains under the domain of the main circuit breaker—as would be
the case if an AT system was not present. In addition, the AT system can be
used in most applications, regardless of the type of load that is connected to
the switchgear.
Figure 2:
Typical Radial Distribution Scheme—Main and Feeder Breakers with AT System
CTs
Note: Standard protective relays not shown.
Main circuit
breaker
Optical sensors
Main bus
High-speed switch
Feeder
circuit
breaker
Coil
Feeder
circuit
breaker
Control unit*
Junction
box
Output
circuit
Power
supply
Control power in
Junction
box
Junction
box
* Mounted on a high-speed switch.
6
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AT System Block Diagram
ENGLISH
Figure 3:
Arc Terminator System
Theory Of Operation
Light detectors
Junction box
Junction box
Junction box
To
main
bus
Control
power
in
Convertor /
Power supply
Output
circuit
Coil
High-speed switch
To CTs
on main
circuit
breaker
Current detection circuit
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Control unit
7
Arc Terminator System
Components and Features
Typical Operation Scenario
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ENGLISH
The Arc Terminator system is shipped from the factory completely wired and
is designed for easy operation in the field. No settings or other calculations
are required during switchgear installation. After the switchgear is energized
in service, if an internal arcing fault occurs, the AT system switch will be
closed. The following is expected to restore the switchgear to normal
operation (additional instructions concerning operation and maintenance of
the AT in Masterclad® switchgear will be furnished with the switchgear):
•
Protected switchgear sections have an LCD display located on each
section so maintenance personnel can readily identify the location of a
fault within that section.
•
Prior to opening the protected section follow all safety measures and
instructions prescribed in document 6055-52.
•
Due to the high-speed operation of the AT system, typically only minor
evidence of the fault will be visible, this means that downtime for repairs
is significantly reduced.
•
When the equipment is repaired and any necessary maintenance is
completed, preparation can be made to return the switchgear to
normal operation.
•
An auxiliary contact prevents the main circuit breaker from closing until the
AT switch is manually reset to the open position with springs charged.
•
After the AT system has been manually reset, the main circuit breaker
can be closed to energize the switchgear.
Components and Features
Current Sensing
Although the system could operate by only detecting the presence of an arc,
the addition of current detectors helps prevent false triggering in the unlikely
event the optical detector is triggered by unrelated light sources.
The Arc Terminator three-phase current sensor is located in the control unit.
The system is designed to operate with dedicated current transformers (CT)
that are rated for 5 A nominal on the secondary side. The circuit is designed
to put a load of only 0.01 VA at nominal current on the CT.
The current sensor constantly monitors the current and its waveform. When
there is a discontinuity in the waveform and when a set current threshold is
exceeded, the current sensor generates a logic high signal pulse in the
control unit. The input signal to the current sensing unit is provided by the
CT mounted on the incoming line at the main circuit breaker.
To account for the condition where a fault exists but there is no arcing in the
switchgear, the current pulse is stretched for 100 ms. This gives enough
time to allow a circuit breaker to interrupt the short circuit current in a normal
fashion. However, if at the end of this time the fault has not been interrupted
and arcing is detected, the current portion of the AND gate will still be
armed. Only an additional signal from the optical detection circuit is required
to operate the switch.
8
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Arc Terminator System
Components and Features
Arc Sensing
The Arc Terminator light monitoring unit is used to optically detect the
presence of an arc. The unit responds to the intensity of the light emitted by
the arc, coupled with the rate of change of this intensity. When these two
thresholds are exceeded, the optical sensing unit will send a logic high
signal to the control unit.
Up to six sensors can be mounted in each vertical section of a switchgear
lineup. The AT light detectors can be mounted in any direction and at any
angle. However, Schneider Electric recommends that the sensors are
mounted with the lens pointing down or sideways to reduce the collection of
dust or debris on the optical lenses.
Figure 4:
Optical Sensor and View Angle
0.85 in.
(22 mm)
27°
90° Axis
115°
Field of view
38°
3.66 in.
(93 mm)
1.99 in.
(50 mm)
The field of view of the sensors, as shown in Figure 4, is 63° off axis in all
directions, except at the side opposite the connector. On that side, the field
of view is reduced to 52°.
Figure 5:
Side View Diagram of the AT Mounted Above a 1200 A
Circuit Breaker in Masterclad® Switchgear—Typical
preferred arrangement
AT
compartment
Optical
sensors
Junction box
Optical
sensors
Circuit breaker
compartment
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ENGLISH
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Arc Terminator System
Components and Features
Junction Box
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ENGLISH
The Arc Terminator junction box (Figure 6) is designed to combine all of the
signals generated from each light detector located in one bay. It takes the
combined signal and sends it to the Main Controller. The AT junction is also
designed to send the data collected to an LCD (Figure 7) located on the outer
door of each protected section. This will allow maintenance personnel to
immediately locate the faulted section and compartment.
Figure 6:
Junction Box—One Per Vertical Section)
Junction box
output
Light detector inputs
Junction
box input
Display connection
Figure 7:
10
LCD Display
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The Controller Unit is the central processing device for the complete
system. It responds to the signals given by the current sensor and the
optical sensor. When both the current and optical sensor signals are
active, the control module sends a signal to initiate the closing of the
high-speed switch.
ENGLISH
Controller Unit
Arc Terminator System
Components and Features
The following components are contained within the control unit:
High-Speed Switch
•
Current sensor module and the control logic—incoming current and
optical signals are processed by an AND gate and provide an output
signal that enables the triggering circuit.
•
Output triggering circuit—releases the stored energy to initiate the
closing of the mechanical switch and provides optical isolation to prevent
false triggering.
•
Self test module—continuously checks the Arc Terminator system
and, in the event of an arc fault, energizes the installed diagnostic
alarm relay.
•
Power converter section—contains both high and low voltage power supplies.
The high-speed switch (Figures 8 and 9 on page 12) is an
electromechanical closing, or shorting, switch. It is designed to close on the
main bus of the switchgear. This short circuits the arc fault by providing a
parallel path to transfer an open arcing fault into the switchgear main bus.
Figure 8:
High-Speed Switch—Rear View
Anchor bolt
locations
C phase
main contact
A phase
main contact
Vacuum interrupter
B phase
main contact
Interlock code
plate
Racking roller
engagement slot
The switch uses standard vacuum interrupters that are operated—driven
closed—by a spring mechanism assisted by an electromagnetic repulsion
system. The primary function of the electromagnetic system is to release an
in-line latch, that normally holds the contacts open, with minimal time delay.
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Arc Terminator System
Components and Features
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Figure 9:
High-Speed Switch—Front View
ENGLISH
Anchor bracket
Self-test LED
Self-test button
Controller
box (inside)
Front cover
Serial cable
receptacles
Mechanism
reset port
Reset bolt
Secondary control
receptacle
Ground connection
anchor bolt location
Key interlock
The switch is manually reset/opened (Figure 10). This manual reset function
is designed to prevent multiple operations before properly locating and
eliminating the cause of an arcing fault. The switch is equipped with two
auxiliary a and b contacts that are available for remote indication.
Figure 10:
Resetting the High-Speed Switch
Mechanism
reset bolt
Counter
Mechanism
reset port
Position
indicator
Reset bolt in storage provision
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Arc Terminator Configuration in
Masterclad® Switchgear
Arc Terminator System
Components and Features
•
The Arc Terminator switch requires the same physical mounting space
as a VR metal-clad circuit breaker. The AT compartment can be located
in any section/compartment that could otherwise be used for a VR circuit
breaker. However, the AT switch is not directly interchangeable in a VR
circuit breaker cell. See Figure 5 on page 9 for a typical arrangement,
with the AT mounted in the compartment above a feeder circuit breaker.
•
The only compartments not suitable for the AT compartment are auxiliary
sections, bus transitions, and the space above a 3000 A circuit breaker.
•
•
Control power is required: 120 or 240 Vac; 125 or 250 Vdc.
•
A maximum of ten switchgear sections can be protected by each AT.
Only one AT is required for the typical single main bus layout with a main
circuit breaker and multiple feeder circuit breakers. The other sections
will have optical detectors, junction boxes, and LCD displays.
NOTE: This includes all sections, such as auxiliary sections, power
company metering sections, and bus transitions, along with the feeder
circuit breaker sections.
•
Switchgear with two or more incoming power sources/main circuit
breakers in combination with one or more bus tie circuit breakers will
require an AT for each main bus segment.
For example, with two mains and a bus tie circuit breaker, one AT will be
applied on each (bus) side of the tie circuit breaker. Contact Schneider
Electric's Nashville, TN office at 615-844-8300 for review of each application
scheme. Requests for quotes should be directed to your local field office.
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ENGLISH
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Arc Terminator System
Ratings and Specifications
Ratings and Specifications
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Catalog Number: ATD-15-40
ENGLISH
Table 1:
Equipment Ratings and Specifications
Type
Ratings
Nominal Fault Currents (I)
25 kA rms
40 kA rms
Continuous Current Rating
Currents
Voltages
Making Current
2.6 x I kA peak
Short Time Current
48 kA for 1 second
Interrupting Current
Not applicable
Maximum Operating Voltage
15 kV rms
60 Hz. One minute withstand
36 kV rms
BIL
95 kV
Total operating time
5.5 ms
4.5 ms
Mechanism Reset
Mechanical
Spring operated with
electrodynamic assist
Closing Mechanism
Electrical operating life
Normal operating ambient
temperature
Seismic
100 operations
4
2
1
-30 °C to + 40 °C
2003 IBC maximum
California requirements
Fault Detection
—
Instantaneous analog detection from
CT on main bus entrance
Arc Detection
—
Optical detectors installed on each
individual compartment
Closing Signal
—
Provided by the output of AND gate for
simultaneous fault current and optical
signals
Initial Power Up
Time
—
Max 1 minute with LED indicator
Power Supply
Requirements
—
104–254 Vac or 70–250 Vdc1
Auxiliary Contacts
—
2 a and 2 b type contacts (Form C)
1
14
4.0 ms
Manual only
Mechanical operating life
Environmental
50 kA rms
Not applicable
DC power supplies outside this range require a DC/DC converter.
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Table 2:
Environmental Ratings
Type
-30 °C to + 40 °C
Humidity
up to 95% RH
Radiation level
up to 1x10-4 RADS
Compliance Standards
Standards Code
Title
UL508
Industrial Control Equipment, Sixteenth Edition, February
1993, and any identified subsidiary standards
CSA-C22.2, No. 14-M91
Industrial Control Equipment, September 1991
IEC61000-4
Electromagnetic Compatibility for Industrial-Process
Measurement and Control Equipment
Section 2
Electrostatic Discharge Requirements, First Edition, 1995
Section 3
Radiated Electromagnetic Field Requirements, First
Edition, 1995
Section 4
Electrical Fast Transient/Burst Requirements, First Edition,
1995
Section 5
Surge Immunity Requirements, First Edition, 1995
C37.90-89 IEEE
Standard for Relays and Relay Systems Associated with
Electrical Power Apparatus.
C37.90.1-89 IEEE
Standard Surge Withstand Capability (SWC) Tests for
Protective Relays and Relay Systems.
C37.90.2-95 IEEE
Standard for Withstand Capability of Relay Systems to
Radiated Electromagnetic Interference from Transceivers.
IEC60068.2
Section 6
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Rating
Ambient Temperature
Table 3:
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Electronics Specifications
Arc Terminator System
Ratings and Specifications
Basic Environmental Testing Procedures
Vibration (sinusoidal), Sixth Edition, 1995
Section 27
Shock, Third Edition, 1987.
Section 29
Basic Environmental Testing Procedures Part 2: Tests
Section 31
Drop and Topple, Second Edition, 1975.
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Arc Terminator System
Dimensions
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Dimensions
ENGLISH
Figure 11:
Typical Floor Plan
4.5 in.
(114 mm)
36.0 in.
(914 mm)
rear aisle
recommended
1.0 in.
(25 mm)
3.5 in.
(89 mm)
27.0 in.
(686 mm)
9.0 in.
(229mm)
18.0 in.
(457 mm)
4.5 in.
(114 mm)
9.0 in.
(229mm)
Conduit area
(Top or bottom)
9.0 in.
(229 mm)
Note: The recommended breaker or
arc terminator conduit area is based
on two-high switchgear. The actual
cable compartment area can be
modified as needed by order
engineering.
11.0 in.
(279 mm)
42.5 in.
(1080 mm)
1.0 in.
(25 mm)
91.0 in.
(2311 mm)
28 in.
(711 mm)
4.0 in.
(102 mm)
0.75 in. (19 mm)
Diameter mounting holes
46 in.
(1168 mm)
0.2 in.
(5 mm)
Control conduit area (bottom)
8.0 in.
(203
mm)
1.0 in.
(25 mm)
72.0 in.
(1828 mm)
1.5 in. 2.5 in.
(38 mm) (64 mm)
64.0 in. (1625 mm)
rear aisle
recommended
0.9 in.
(23 mm)
34.2 in.
(869 mm)
0.9 in.
(23 mm)
8.0 in.
(203 mm)
2.0 in.
(51 mm)
36.0 in.
(914 mm)
2.5 in.
(64 mm)
16
1.75 in.
(45 mm)
Control conduit
area (top)
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Arc Terminator System
Dimensions
ENGLISH
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Arc Terminator System
Data Bulletin
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ENGLISH
Schneider Electric
Square D® is a trademark or registered trademark of Schneider Electric. Other trademarks used
herein are the property of their respective owners.
330 Weakley Road
Smyrna, TN 37167 USA
1-888-SquareD (1-888-778-2733)
www.us.SquareD.com
Electrical equipment should be installed, operated, serviced, and maintained only by qualified
personnel. No responsibility is assumed by Schneider Electric for any consequences arising out of
the use of this material.
18
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Data Bulletin
Square D® is a trademark or registered trademark of Schneider Electric. Other trademarks used
herein are the property of their respective owners.
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Sistema de extinción de arcos apropiado para su uso en
tableros de fuerza en media tensión
Clase 6055
Boletín de datos
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Conservar para uso futuro.
ESPAÑOL
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Contenido
Contenido
Introducción y conceptos de funcionamiento fundamentales ..................... 5
Componentes y funciones ......................................................................... 9
Detección de corriente .......................................................................... 9
Detección de arcos .............................................................................. 10
Caja de conexiones ............................................................................. 11
Controlador .......................................................................................... 11
Desconectador seccionador de alta velocidad .................................... 12
Configuración de la unidad AT en el tablero de fuerza Masterclad® .. 14
Valores nominales y especificaciones ...................................................... 15
Especificaciones electrónicas ............................................................. 16
Dimensiones ............................................................................................. 17
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3
ESPAÑOL
Teoría de funcionamiento ........................................................................... 6
Método de funcionamiento típico .......................................................... 9
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Contenido
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ESPAÑOL
4
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Todos los fabricantes principales de tableros de fuerza tipo distribución
eléctrica, de media tensión—típicamente tableros de fuerza con
revestimiento metálico— producen tableros de fuerza con resistencia al
arco (A-R). Consulte la norma canadiense G14-1 de EEMAC de 1987 y la
norma C37.20.7 de ANSI/IEEE del 2001. Como se define en estas normas,
el propósito de los tableros de fuerza A-R es proporcionar protección
adicional al personal que realiza tareas de mantenimiento “en proximidad”1,
en caso de que se produzca una falla de arqueo interna, mientras el equipo
está en funcionamiento. La unidad AT y el sistema de funcionamiento
exceden todo el criterio de pruebas establecido en la norma C37.20.7 y
cumple con todos los requisitos de acceso según las exigencias de UL.
Asimismo, la terminología más descriptiva “tablero de fuerza con ventilación
de arco” se usa para referirse a algunos tablero de fuerza A-R. El diseño
básico incluye el refuerzo del gabinete del tablero de fuerza necesario para
contener los efectos de alta presión de una falla de arqueo abierta,
proporcionando a la vez ventilas de escape de presión únicamente en la
parte superior del tablero.
Junto con el tablero de fuerza A-R (una solución “pasiva”), Schneider
Electric ha diseñado un sistema de extinción de arcos (unidad AT) como
una solución “activa” para tratar los efectos de una falla de arqueo interna
abierta. Cada solución tiene sus propios meritos.
Si se produce una falla de arqueo dentro de un espacio confinado, la
energía del arco se convierte en calor con ambos efectos térmicos y un
aumento rápido de presión. Para limitar el aumento de presión, la fuente de
calor debe ser retirada rápidamente.
La unidad AT controla y dirige el flujo de la corriente. Esto significa que es
posible “forzar” el cortocircuito con un interruptor de cierre de acción rápida.
Esta acción (transformación del arco a través del desconectador
seccionador de cierre) crea una trayectoria sólida de conducción para la
corriente en paralelo con el arco. Con esto, el arco abierto que se está
quemando se extingue. El retiro rápido de la fuente de calor reduce
significativamente la acumulación de presión.
En los tableros de fuerza estándar con corrientes de falla de hasta 50 kA, la
detección de un arco y el cierre del desconectador seccionador debe
realizarse en menos de 5,5 milisegundos. El tiempo depende de la corriente
de falla máxima disponible. La función de alta velocidad limitará la duración
del arco y la acumulación de alta presión en el tablero de fuerza.
Las pruebas llevadas a cabo en laboratorios independientes han
demostrado exitosamente cómo la unidad AT cumple con los requisitos de
funcionamiento.2 Como resultado, la unidad AT puede ofrecer un grado
adicional de protección al personal que trabaja en proximidad al tablero de
fuerza de media tensión, así como minimizar el daño al tablero mismo.
Por lo general, se reconoce que una falla de arco, independientemente del
tipo o magnitud de su iniciación, se desarrolla en una falla franca trifásica.
Por esta razón, está claro que el funcionamiento de la unidad AT no
aumenta de ningún modo la intensidad de la falla, ya que sólo sustituye la
trayectoria del arco con una trayectoria conductora sin arco, en la barra
principal del tablero de fuerza, diseñada para conducir la corriente nominal
de cortocircuito. En este punto, los dispositivos protectores usuales del
circuito funcionan para detectar e interrumpir la corriente, eliminando la
falla.
1
“En proximidad” se refiere específicamente a las tareas que se realizan dentro, fuera, por
encima o por debajo del tablero de fuerza A-R. Por ejemplo, en un compartimiento de cables.
2
Ruben Garzón, Extinción de arco –una alternativa a la prueba de arcos, artículo núm. PCIC2001-19 del Congreso de PCIC de IEEE.
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5
ESPAÑOL
Introducción y conceptos de
funcionamiento fundamentales
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Introducción y conceptos de funcionamiento fundamentales
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Teoría de funcionamiento
6055DB0106
10/2009
Teoría de funcionamiento
El sistema de extinción del arco, es un desconectador seccionador
electromecánico de alta velocidad que, en caso de que se confirme una
falla de arqueo, proporciona una trayectoria paralela de baja impedancia
para transferir eficazmente la corriente de falla proveniente del arco al
ensamble de barras principales de 3 fases del tablero de fuerza (figura 1).
La barra principal, con valores nominales coordinados, lleva la corriente de
falla mientras es monitoreada y eliminada por los transformadores de
corriente (TC), relevadores de protección e interruptor automático principal
del tablero de fuerza.
Figura 1:
El desconectador seccionador de alta velocidad lo cierra una señal de salida
proveniente de un módulo de control electrónico. La señal de salida es
producida por una entrada simultánea proveniente de dos sensores diferentes:
Diagrama esquemático de las
conexiones de la unidad AT
ESPAÑOL
•
un sensor de corriente que detecta ambos la interrupción que se
produce en la forma de onda de la corriente y el nivel excedido de
umbral de la corriente, así como
•
un sensor óptico que detecta visualmente el arco.
Las señales de estos dos sensores son alimentadas a una puerta lógica
“AND” en el controlador analógico. El controlador analógico procesa las
señales y envía una señal de salida al circuito de disparo (o cierre) el cual, a
la vez, cierra el desconectador seccionador. La combinación de estas dos
señales sirve para evitar operaciones maliciosas que puedan causar la
desconexión del sistema.
La protección de la unidad AT está limitada estrictamente en el espacio
contenido dentro de la zona protegida del gabinete del tablero de fuerza.
Esto es, el arqueo que se lleva a cabo fuera de la zona de protección del
gabinete no es supervisado y no iniciará el funcionamiento de la unidad AT.
Consulte los dibujos del cliente para determinar las zonas protegidas.
Asimismo, deberá observarse que la unidad AT no afecta las funciones
normales de los relevadores de protección diseñados para el sistema. La
unidad AT no modifica de ningún modo los ajustes de los relevadores de
protección del sistema. La función de eliminación de la falla todavía la realiza
el interruptor automático principal –como sería el caso si no estuviera
presente una unidad AT. Además, la unidad AT se puede usar en la mayoría
de las aplicaciones, independientemente del tipo de carga que esté
conectado al tablero de fuerza.
Figura 2:
Diagrama esquemático típico de distribución radial—Interruptores automáticos principal y alimentador
con unidad AT
TC
Interruptor automático
principal
Nota:No se muestran los relevadores de
protección estándar.
Sensores ópticos
Barra principal
* Montadada en el
desconectador
seccionador de alta
velocidad.
Desconectador seccionador
de alta velocidad
Bobina
Interruptor
automático
alimentador
Interruptor
automático
alimentador
Unidad de
control*
Caja de
conexiones
6
Circuito
de salida
Fuente de
alimen
Entrada de la alimentación de
control
Caja de
conexiones
Caja de
conexiones
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10/2009
Figura 3:
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Teoría de funcionamiento
Diagrama de bloques de la unidad AT
Caja de
conexiones
Caja de
conexiones
ESPAÑOL
Detectores de luz
Caja de
conexiones
A la barra
principal
Entrada de la
alimentación
de control
Convertidor / Fuente de
alimentación
Bobina
Circuito de
salida
Desconectador
seccionador de alta
velocidad
A los TC en
el interruptor
automático
principal
Circuito de detección de corriente
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Unidad de control
7
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Componentes y funciones
Método de funcionamiento típico
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10/2009
La unidad AT se envía de fábrica completamente conectada y ha sido
diseñada para usarse fácilmente en campo. No es necesario realizar
ajustes ni otros cálculos durante la instalación del tablero de fuerza. Una
vez que el tablero ha sido energizado y puesto en servicio, si se llegase a
producir una falla de arqueo interna, el seccionador desconectador de la
unidad AT se cerrará. Para restaurar el tablero de fuerza a su
funcionamiento normal, siga estos pasos (instrucciones adicionales con
respecto al funcionamiento y servicio de mantenimiento de la unidad AT en
un tablero de fuerza Masterclad® serán provistas con el equipo):
ESPAÑOL
•
Las secciones protegidas del tablero de fuerza tienen una pantalla de
cristal líquido en cada sección para que el personal de mantenimiento
pueda identificar fácilmente el origen de una falla dentro de esa sección.
•
Antes de abrir la sección protegida siga todas las instrucciones y
medidas de seguridad detalladas en el documento 6055-52.
•
Debido al funcionamiento de alta velocidad de la unidad AT, sólamente
habrá evidencia mínima de la falla, así que el tiempo de inactividad
debido a reparaciones ha sido significativamente reducido.
•
Cuando el equipo es reparado y cualquier procedimiento de
mantenimiento ha sido completado, entonces es posible regresar el
tablero de fuerza a su funcionamiento normal.
•
Un contacto auxiliar evita que se cierre el interruptor automático principal
hasta que el desconectador seccionador de la unidad AT es restablecido
manualmente a la posición de abierto con los resortes comprimidos
(cargados).
•
Una vez que la unidad AT ha sido restablecida manualmente, es posible
cerrar el interruptor automático principal para energizar el tablero de
fuerza.
Componentes y funciones
Detección de corriente
Aunque la unidad podría funcionar detectando sólamente la presencia de
un arco, los detectores de corriente adicionales ayudan a evitar el disparo
falso en el caso improbable de que el detector óptico sea disparado por
fuentes de luz no relacionadas.
El sensor de corriente trifásico de la unidad AT se encuentra en la unidad
de control. La unidad ha sido diseñada para funcionar con transformadores
de corriente (TC) dedicados adecuados para 5A nominales en el lado del
secundario. El circuito ha sido diseñado para soportar una carga de sólo
0,01 VA en la corriente nominal del TC.
El sensor de corriente monitorea constantemente la corriente y su forma de
onda. Cuando existe una interrupción en la forma de onda y cuando se
excede el umbral de corriente ajustado, el sensor de corriente genera un
impulso de señal lógica alta en la unidad de control. La señal de entrada a
la unidad de detección de corriente es proporcionada por el TC montado en
la línea entrante del interruptor automático principal.
Para responder a la condición de una falla existente sin que exista arqueo
en el tablero de fuerza, el impulso de corriente es extendido durante
100 ms. Esto es tiempo suficiente para permitir a un interruptor automático
interrumpir la corriente de cortocircuito de manera normal. Sin embargo, si
al terminar este tiempo la falla no ha sido interrumpida y el arqueo ha sido
detectado, la parte de la corriente de la puerta lógica “AND” todavía estará
armada. Solamente se necesitará una señal adicional proveniente del
circuito de detección óptica para hacer funcionar el desconectador
seccionador.
8
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Componentes y funciones
Detección de arcos
La unidad de supervisión de luz de la unidad AT se usa para detectar
ópticamente la presencia de un arco. La unidad responde a la intensidad de
luz emitida por el arco y a la velocidad de cambio de esta intensidad
asociada. Cuando estos dos umbrales son excedidos, la unidad de
detección óptica enviará una señal lógica alta a la unidad de control.
Figura 4:
ESPAÑOL
Es posible montar hasta un máximo de seis sensores en cada sección
vertical en la formación de un tablero de fuerza. Los sensores de luz de la
unidad AT pueden ser montados en cualquier dirección y en cualquier
ángulo. Sin embargo, Schneider Electric recomienda montar los sensores
con el lente señalando hacia abajo o a los lados para reducir la
acumulación de polvo o basura en los lentes ópticos.
Sensores ópticos y ángulo de visión
0,85 pulg
(22 mm)
27°
Eje de 90°
115° Alcance
38°
3.66 pulg
(93 mm)
1.99 pulg
(50 mm)
El alcance de los sensores, como se muestra en la figura 4, es de 63°
desplazado del eje en todas las direcciones, excepto en el lado opuesto del
conector. En ese lado, el alcance es reducido en 52°.
Figura 5:
Diagrama de la vista lateral de la unidad AT montada por
encima de un interruptor automático de 1 200 A en un
tablero de fuerza Masterclad®—Arreglo típico preferido
Compartimiento
de la unidad AT
Sensores
ópticos
Caja de
conexiones
Sensores
ópticos
Compartimiento
de interruptor
automático
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Componentes y funciones
Caja de conexiones
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La caja de conexiones de la unidad AT (figura 6) ha sido diseñada para
combinar todas las señales generadas por los detectores de luz en un
compartimiento. Ésta lleva la señal combinada y la envía al controlador
principal. La caja de conexiones de la unidad AT también ha sido diseñada
para enviar los datos recolectados a la pantalla de cristal líquido (figura 7)
situada en la puerta exterior de cada sección protegida. Esto permitirá al
personal de mantenimiento localizar de inmediato la sección y el
compartimiento con la falla.
Figura 6:
Caja de conexiones—Una por sección vertical
Salida de la caja
de conexiones
Entradas de los detectores de luz
ESPAÑOL
Entrada de
la caja de
conexiones
Conexión de la
pantalla
Figura 7:
10
Pantalla de cristal líquido
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Controlador
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Componentes y funciones
El controlador es la unidad de procesamiento central para todo el sistema.
Este responde a las señales emitidas por los sensores de corriente y los
sensores ópticos. Cuando ambas señales del sensor de corriente y óptico
están activadas, el módulo de control envía una señal para iniciar el cierre
del desconectador seccionador de alta velocidad.
Desconectador seccionador de alta velocidad
•
Módulo del sensor de corriente y lógica de control—las señales ópticas
y de corriente entrante son procesadas por una puerta lógica “AND” y
proporcionan una señal de salida que activa el circuito de disparo.
•
Circuito de disparo de salida—libera la energía almacenada para iniciar
el cierre del desconectador seccionador mecánico y proporciona
aislamiento óptico para evitar un disparo falso.
•
Módulo de autoprueba—comprueba continuamente la unidad AT y, en
el caso de una falla de arco, energiza el relevador de alarma de
diagnóstico instalado.
•
Sección de convertidor de alimentación—contiene ambas fuentes de
alimentación de alta y baja tensión.
El desconectador seccionador de alta velocidad (figuras 8 y 9 en la
página 13) es un desconectador electromecánico de cierre o cortocircuito.
Ha sido diseñado para cerrarse en la barra principal del tablero de fuerza.
Esto crea un cortocircuito en la falla de arco proporcionando una trayectoria
paralela para transferir una falla de arqueo abierta a la barra principal del
tablero de fuerza.
Figura 8:
Desconectador seccionador de alta velocidad—Visto
desde atrás
Ubicación de los
tornillos de
sujeción
Contacto principal
de la fase C
Contacto principal
de la fase A
Interruptor en
vacío
Contacto principal
de la fase B
Placa de códigos
de bloqueo
Ranura de enganche de los
rodillos de extracción/inserción
El desconectador seccionador emplea interruptores en vacío que son
operados (accionados para cerrarse) por un mecanismo de resorte asistido
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11
ESPAÑOL
Los siguientes componentes están contenidos dentro de la unidad de control:
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Componentes y funciones
6055DB0106
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por un sistema de repulsión electromagnético. La función primaria de un
sistema electromagnético es soltar un bloqueo en línea, que por lo general
sostiene los contactos abiertos, con un retardo de tiempo mínimo.
Figura 9:
Desconectador seccionador de alta velocidad—Visto
desde el frente
Soporte de sujeción
LED de autoprueba
Botón de autoprueba
ESPAÑOL
Caja del
controlador (en
el interior)
Cubierta frontal
Receptáculos
de cables en
serie
Puerto de
restablecimiento
del mecanismo
Tornillo de
restablecimiento
Receptáculo de
control secundario
Ubicación del tornillo
de sujeción de la
conexión a tierra
Bloqueo de llave
El desconectador seccionador se restablece/abre manualmente (figura 10).
Esta función de restablecimiento manual ha sido diseñada para evitar
operaciones múltiples antes de localizar y eliminar apropiadamente la
causa de una falla de arqueo. El desconectador seccionador viene
equipado con dos contactos auxiliares a y b que están disponibles para
indicación remota.
Figura 10:
Restablecimiento del desconectador seccionador de alta velocidad
Tornillo de
restablecimiento del
mecanismo
Contador
Puerto de
restablecimiento del
mecanismo
Indicador
de posición
Tornillo de restablecimiento
en su provisión de
almacenamiento
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Configuración de la unidad AT en el tablero
de fuerza Masterclad®
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Componentes y funciones
•
El desconectador seccionador de la unidad AT requiere el mismo
espacio de montaje físico que un interruptor automático con
revestimiento metálico VR. El compartimiento de la unidad AT puede
ser ubicado en cualquier sección/compartimiento que podría, de otro
modo, usarse para un interruptor automático VR. Sin embargo, el
desconectador seccionador de la unidad AT no es directamente
intercambiable en una celda de interruptor automático VR. Consulte la
Figure 5 on page 10 para conocer un arreglo típico, con la unidad AT
montada en el compartimiento encima de un interruptor automático
alimentador.
•
Los únicos compartimientos que no son adecuados para el
compartimiento de la unidad AT son las secciones auxiliares, las
transiciones de barra y el espacio encima de un interruptor automático de
3 000 A.
•
•
Se requiere alimentación de control de: 120 ó 240 V~; 125 ó 250 Vc.d.
•
Un máximo de diez secciones de tablero de fuerza pueden ser
protegidas por cada unidad AT.
Solamente se requiere una unidad AT para la configuración típica de
una barra principal con un interruptor automático principal y múltiples
interruptores automáticos alimentadores. Las otras secciones tendrán
detectores ópticos, cajas de conexiones y pantallas de cristal líquido.
NOTA: Esto incluye todas las secciones, por ejemplo las secciones
auxiliares, secciones de medidores de la compañía sumistradora de
energía y las transiciones de barra, junto con las secciones de
interruptor automático alimentador.
•
El tablero de fuerza con dos o más fuentes de alimentación
entrantes/interruptores automáticos principales en combinación con uno
o más interruptores automáticos de cierre manual de barra necesitará
una unidad AT para cada segmento de barra principal.
Por ejemplo, con un interruptor automático de cierre manual de barra y dos
principales, una unidad AT será usada en cada lado (de barra) del
interruptor de cierre manual. Póngase en contacto con la oficina de
Schneider Electric en Nashville, TN llamando al 615-844-8300 para revisar
cada esquema de aplicación. Las cotizaciones deberán ser dirigidas a la
oficina local de campo.
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ESPAÑOL
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Valores nominales y especificaciones
Valores nominales y
especificaciones
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Número de catálogo: ATD-15-40
Tabla 1:
Valores nominales y especificaciones del equipo
Tipo
Valores nominales
Corriente nominal de falla (I)
25 kA rcm
Corriente nominal continua
Corrientes
ESPAÑOL
Tensiones
40 kA rcm
Corriente de cierre
2,6 x I kA pico
Corriente de tiempo corto
48 kA para 1 segundo
Corriente de interrupción
No aplicable
Tensión de funcionamiento
máxima
15 kV rcm
60 Hz Disruptiva de un minuto
36 kV rcm
BIL
95 kV
Tiempo de funcionamiento total 5,5 ms
Mecánico
4.5 ms
4.0 ms
Restablecimiento del
mecanismo
Manual solamente
Mecanismo de cierre
Resorte accionado con asistencia
electrodinámica
Vida útil del funcionamiento
mecánico
Vida útil del funcionamiento
eléctrico
Temperatura ambiente de
funcionamiento normal
Ambientales
Sísmica
100 operaciones
4
2
1
-30 °C a +40 °C
Código de construcción internacional
del 2003 (requisitos máximos)
Requisitos de California
Detección de fallas
—
Detección analógica instantánea
proveniente del TC en la entrada de la
barra principal
Detección del arco
—
Detectores ópticos instalados en cada
compartimiento individual
Señal de cierre
—
Provista por la salida de la puerta lógica
“AND” para las señales ópticas y la
corriente de falla simultáneas
Tiempo inicial de
energización
—
Máx. 1 minuto con indicador LED
Requisitos de la
fuente de
alimentación
—
104–254 V~ ó 70–250 V(c.d.)1
Contactos auxiliares —
1
14
50 kA rcm
No aplicable
2 contactos tipo a y 2 b (forma C)
Las fuentes de alimentación de c.d., fuera de esta gama, requieren un convertidor de c.d./c.d.
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Tabla 2:
Ambientales
Tipo
Valor nominal
Temperatura ambiente
-30 °C a +40 °C
Humedad
relativa de hasta el 95%
Nivel de radiación
hasta un máximo 1x10-4 RADS
Tabla 3:
Cumplimiento con las normas
Código de normas
Título
UL 508
Equipo de control industrial, edición dieciseisava, febrero
de 1993, y cualquier norma subsidiaria identificada
CSA-C22.2, No. 14-M91
Equipo de control industrial, septiembre de 1991
IEC61000-4
Compatibilidad electromagnética para mediciones de
procesos industriales y equipo de control
Sección 2
Requisitos de descarga electrostática, primera edición,
1995
Sección 3
Requisitos de campo electromagnético radiado, primera
edición, 1995
Sección 4
Requisitos de ráfagas de transitorios rápidos eléctricos,
primera edición, 1995
Sección 5
Requisitos de inmunidad de sobretensiones transitorias,
primera edición, 1995
ESPAÑOL
Especificaciones electrónicas
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Valores nominales y especificaciones
C37.90-89 IEEE
Normas para relevadores y sistemas de relevadores
asociados con aparatos de redes eléctricas.
C37.90.1-89 IEEE
Pruebas de capacidad de corriente durante sobretensiones
transitorias normales (SWC, por sus siglas en inglés) para
los relevadores y sistemas de relevadores de protección.
C37.900.2-95 IEEE
Norma para capacidad de corriente de sistemas de
relevadores para interferencia electromagnética radiada
proveniente de transceptores.
IEC60068.2
Procedimientos de prueba ambiental básicos
Sección 6
Vibración (sinusoidal), sexta edición, 1995
Sección 27
Descarga eléctrica, tercera edición, 1987.
Sección 29
Procedimientos de prueba ambiental básicos Parte 2:
Pruebas
Sección 31
Descenso y vuelco, segunda edición, 1975.
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Dimensiones
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Dimensiones
Figura 11:
Plano típico del techo
4,5 pulg
(114 mm)
36,0 pulg
(914 mm)
corredor trasero
1,0 pulg
recomendado
(25 mm)
3,5 pulg
(89 mm)
27,0 pulg
(686 mm)
9,0 pulg
(229mm)
18,0 pulg
(457 mm)
4,5 pulg
(114 mm)
9,0 pulg
(229mm)
ESPAÑOL
Área de tubo conduit
(Superior e inferior)
9,0 pulg
(229 mm)
11,0 pulg
(279 mm)
42,5 pulg
(1 080 mm)
1,0 pulg
(25 mm)
91,0 pulg
(2 311 mm)
28 pulg
(711 mm)
Nota: El área de tubo conduit
recomendada para el interruptor
automático o unidad AT está basada
en el arreglo de 2 tableros de fuerza
por altura. El área real del
compartimiento de cables puede ser
modificada conforme sea necesario
a través de una órden de diseño.
4,0 pulg
(102 mm)
19 mm (0,75 pulg)
Diámetro de los agujeros de
montaje
46 pulg
(1 168 mm)
0,2 pulg
(5 mm)
8,0 pulg
(203
mm)
Área de tubo conduit de control
(inferior)
1,0 pulg
(25 mm)
72,0 pulg
(1 828 mm)
1,5 pulg 2,5 pulg
(38 mm) (64 mm)
64,0 pulg
(1 625 mm)
corredor trasero
recomendado
0,9 pulg
(23 mm)
34,2 pulg
(869 mm)
0,9 pulg
(23 mm)
8,0 pulg
(203 mm)
2,0 pulg
(51 mm)
36,0 pulg
(914 mm)
2,5 pulg
(64 mm)
16
1,75 pulg
(45 mm)
Área de tubo
conduit de
control
(superior)
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Dimensiones
ESPAÑOL
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Boletín de datos
6055DB0106
10/2009
ESPAÑOL
Importado en México por:
Schneider Electric
Calz. J. Rojo Gómez 1121-A
Col. Gpe. del Moral 09300 México, D.F.
Tel. 55-5804-5000
www.schneider-electric.com.mx
18
Square D® es una marca comercial o marca registrada de Schneider Electric.
Cualquier otra marca comercial utilizada en este documento pertenece a sus
respectivos propietarios.
Solamente el personal especializado deberá instalar, hacer funcionar y prestar
servicios de mantenimiento al equipo eléctrico. Schneider Electric no asume
responsabilidad alguna por las consecuencias emergentes de la utilización de este
material.
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Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Boletín de datos
Square D® es una marca comercial o marca registrada de Schneider Electric. Cualquier otra
marca comercial utilizada en este documento pertenece a sus respectivos propietarios.
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Schneider Electric
Calz. J. Rojo Gómez 1121-A
Col. Gpe. del Moral 09300 México, D.F.
Tel. 55-5804-5000
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Solamente el personal especializado deberá instalar, hacer funcionar y prestar servicios de
mantenimiento al equipo eléctrico. Schneider Electric no asume responsabilidad alguna por las
consecuencias emergentes de la utilización de este material.
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Reemplaza 6055DB0106, 10/2005
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Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Système d’extinction d’arcs à utiliser dans un appareillage
de commutation moyenne tension
Classe 6055
Bulletin de données
6055DB0106
Rev. 01, 10/2009
À conserver pour usage ultérieur.
FRANÇAIS
6055DB0106
Rev. 01, 10/2009
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Table des matières
Table des matières
Introduction et concepts de fonctionnement fondamentaux ....................... 5
Théorie de fonctionnement ......................................................................... 6
Scénario de fonctionnement typique ..................................................... 9
Composants et caractéristiques .................................................................. 9
Détection du courant ............................................................................. 9
Détection d’arc .................................................................................... 10
Boîte de raccordement ........................................................................ 11
Unité de contrôle ................................................................................. 13
Interrupteur grande vitesse ................................................................. 13
Configuration du système d’extinction d’arc dans un appareillage de
commutation Masterclad® .................................................................. 15
Dimensions ............................................................................................... 18
© 2002–2009 Schneider Electric Tous droits réservés
3
FRANÇAIS
Valeurs nominales et caractéristiques ...................................................... 16
Spécifications électroniques ................................................................ 17
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Table des matières
6055DB0106
Rev. 01, 10/2009
FRANÇAIS
4
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10/2009
Introduction et concepts de
fonctionnement fondamentaux
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Introduction et concepts de fonctionnement fondamentaux
Tous les fabricants d’appareillages de commutation de distribution
d’alimentation moyenne tension—typiquement, tout appareillage de
commutation blindé—produisent un appareillage de commutation résistant
aux arcs (A-R). Se reporter à la norme canadienne EEMAC, G14-1, 1987 et
à ANSI/IEEE C37.20.7-2001. Comme défini dans ANSI/IEEE C37.20.72001, l’objet de l’appareillage de commutation A-R, en cas de condition de
défaut d’arc interne, est de fournir un degré supplémentaire de protection
au personnel d’entretien travaillant à proximité1 alors que l’appareil
fonctionne. Le dispositif AT et le système d’exploitation dépassent tous les
critères d’essai établis dans la norme C37.20.7 et répondent à tous les
types d’accessibilité comme précisé par UL.
Parallèlement à son appareillage de commutation A-R—une solution
« passive »—Schneider Electric a développé le système d’extinction d’arcs
(AT) comme solution « active » afin de traiter les effets d’une condition
interne de défaut d’arc ouverte. Chaque solution a ses propres mérites.
Si une condition de défaut d’arc survient dans un espace confiné, l’énergie
de l’arc est convertie en chaleur avec des effets thermiques ainsi qu’une
augmentation rapide de pression. Pour limiter l’augmentation de pression,
la source de chaleur doit être supprimée rapidement.
Le système AT contrôle et commande le flux du courant. Cela signifie qu’il
est possible de « causer » le court-circuit avec un interrupteur de fermeture
à action rapide. Cette action—la transformation de l’arc au moyen de
l’interrupteur de fermeture—crée un passage conducteur solide pour le
courant en parallèle avec l’arc. Ce faisant, elle éteint l’arc ouvert. La
suppression rapide de la source de chaleur réduit de façon significative
l’accumulation de pression.
Pour un appareillage de commutation standard avec des courants de défaut
allant jusqu’à 50 kA, la détection d’un arc et la fermeture de l’interrupteur
doivent se faire en moins de 5,5 millisecondes. Le temps que cela prend
dépend du courant de défaut maximum disponible. Un fonctionnement à
une vitesse aussi rapide limitera la durée des arcs et toute accumulation de
haute pression dans l’appareillage de commutation.
Les essais effectués dans des laboratoires indépendants ont démontré
avec succès la capacité du système AT à satisfaire cette exigence de
performance.2 Il en résulte que le système AT peut offrir un degré
supplémentaire de protection au personnel travaillant à proximité de
l’appareillage de commutation moyenne tension, ainsi que minimiser
l’endommagement de l’appareillage de commutation lui-même.
Il est généralement accepté qu’un défaut d’arc, quel que soit le type ou
l’ampleur à l’initialisation, évolue en un défaut franc à trois phases. Pour cette
raison, il est clair que le fonctionnement du système AT n’augmente en aucune
façon la sévérité du défaut, du fait qu’il remplace seulement le chemin des arcs
par un chemin conducteur sans arc, dans la barre-bus principale de
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1
Par « proximité » on entend particulièrement exclure tout travail dans, sur, au-dessus ou en
dessous de l’appareillage de commutation résistant aux arcs (A-R), comme une chambre de
câbles.
2
Ruben Garzon, Extinction d’arc autre solution de résistance contre les arcs, conférence IEEE
PCIC, document nº PCIC-2001-19.
5
FRANÇAIS
Un autre terme plus descriptif, « appareillage de commutation à purge des
arcs dans l’air », est employé pour décrire certains appareillages de
commutation A-R. La conception de base implique un renforcement du
coffret de l’appareillage de commutation, suffisant pour contenir les effets
de haute pression d’une condition de défaut d’arc ouverte, tout en
fournissant également des détendeurs de pression seulement sur le dessus
de l’appareillage de commutation.
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Théorie de fonctionnement
6055DB0106
10/2009
l’appareillage de commutation, conçu pour porter le courant nominal de courtcircuit. À ce point, les dispositifs habituels de protection des circuits fonctionnent
pour détecter et interrompre du courant, éliminant la condition de défaut.
Théorie de fonctionnement
Le système d’extinction d’arc est un interrupteur grande vitesse
électromécanique qui, dans le cas d’un défaut d’arc confirmé, fournit un
chemin parallèle de faible impédance pour transférer efficacement le
courant de défaut de l’arc à l’assemblage de barre-bus principal triphasé de
l’appareillage de commutation (figure 1). La barre-bus principale, d’une
valeur nominale coordonnée, porte le courant de défaut pendant qu’il est
détecté et éliminé par les transformateurs de courant (CT), des relais de
protection et le disjoncteur principal de l’appareillage de commutation.
Figure 1 :
L’interrupteur grande vitesse est fermé par un signal de sortie provenant
d’un module de contrôle électronique. Le signal de sortie est produit par une
entrée simultanée provenant de deux détecteurs différents :
Schéma du raccordement du
dispositif AT
•
un capteur de courant qui détecte une discontinuité se produisant dans
la forme d’onde du courant, ainsi que le dépassement du niveau du seuil
de courant, et
•
un détecteur optique qui détecte l’arc visuellement.
FRANÇAIS
Les signaux de ces deux détecteurs sont alimentés dans une porte ET du
contrôleur analogique. Le contrôleur analogique traite les signaux et envoie
un signal de sortie au circuit d’allumage (ou de fermeture) qui, à son tour,
ferme l’interrupteur. La combinaison de ces deux signaux sert à éviter les
fonctionnements intempestifs pouvant entraîner une coupure du système.
La protection du système AT est strictement limitée à l’espace contenu dans la
zone protégée de l’armoire de l’appareillage de commutation. Cela signifie que
les arcs qui se produisent à l’extérieur de la zone de protection de l’armoire ne
sont pas surveillés et n’initialiseront pas le fonctionnement du système AT. Se
reporter aux plans du client pour déterminer les zones protégées.
Il faut aussi noter que le système AT n’a pas d’impact sur les fonctions
normales des relais de protection conçus pour le système. Le système AT ne
modifie en aucune façon les réglages du système de relais de protection. La
fonction de suppression des défauts reste toujours avec le disjoncteur
principal—comme ce serait le cas en l’absence d’un système AT. De plus, le
système AT peut être utilisé dans la plupart des applications, quel que soit le
type de charge qui est raccordé à l’appareillage de commutation.
Figure 2 :
Schéma typique de distribution radiale—disjoncteurs principal et d’alimentation avec le système AT
TC
Disjoncteur
principal
Remarque : Relais de protection standard
non représentés.
Détecteurs optiques
Barres-bus principales
Interrupteur grande
vitesse
* Monté sur un
interrupteur grande
vitesse.
Boîte de
raccordement
6
Disjoncteur
d’alimentation
Disjoncteur
d’alimentation
Bobine
Unité de
contrôle*
Circuit de Alimentation
sortie
Entrée d'alimentation
de contrôle
Boîte de
raccordement
Boîte de
raccordement
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Figure 3 :
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Théorie de fonctionnement
Schéma fonctionnel du système AT
Détecteurs de
lumière
Boîte de
raccordement
Boîte de
raccordement
Boîte de
raccordement
Entrée
d'alimentation
de contrôle
Convertisseur /
Alimentation
Circuit de
sortie
FRANÇAIS
Vers la
barre-bus
principal
Bobine
Interrupteur grande
vitesse
Vers les TC
du
disjoncteur
principal
Circuit de détection de courant
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Unité de contrôle
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Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Composants et caractéristiques
Scénario de fonctionnement typique
6055DB0106
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Le système d’extinction d’arcs est expédié de l’usine complètement câblé et
conçu pour un fonctionnement facile sur place. Aucun réglage ou autre
calcul n’est nécessaire durant l’installation de l’appareillage de
commutation. Après la mise en service de l’appareillage de commutation, si
un défaut d’arc interne se produit, l’interrupteur du système AT se fermera.
Pour rétablir le fonctionnement normal de l’appareillage de commutation,
procéder comme suit (des directives supplémentaires concernant le
fonctionnement et l’entretien du système AT dans un appareillage de
commutation Masterclad® seront fournies avec l’appareillage de
commutation) :
FRANÇAIS
•
Chaque section protégée de l’appareillage de commutation possède un
afficheur à cristaux liquides (ACL) de sorte que le personnel d’entretien
peut rapidement identifier l’emplacement du défaut dans la section.
•
Avant d’ouvrir la section protégée, observer toutes les mesures et
directives de sécurité prescrites dans le document 6055-52.
•
Par suite du fonctionnement rapide du système AT, typiquement seule
une preuve mineure du défaut sera visible, ce qui signifie que le temps
d’arrêt pour des réparations est réduit de façon notable.
•
Après avoir réparé l’appareil et effectué tout entretien nécessaire, il est
possible de se préparer à rétablir le fonctionnement normal de
l’appareillage de commutation.
•
Un contact auxiliaire empêche le disjoncteur principal de se fermer
jusqu’à ce que l’interrupteur du système AT soit manuellement remis en
position ouverte avec les ressorts réarmés.
•
Après le réarmement manuel du système AT, le disjoncteur principal
peut être fermé pour mettre l’appareillage de commutation sous tension.
Composants et caractéristiques
Détection du courant
Bien que le système puisse fonctionner en détectant seulement la présence
d’un arc, l’ajout de détecteurs de courant contribue à prévenir un faux
déclenchement dans le cas peu probable de déclenchement du détecteur
optique par des sources de lumière sans rapport.
Le capteur de courant triphasé du système AT est situé dans l’unité de
contrôle. Le système est conçu pour fonctionner avec des transformateurs
de courant (TC) dédiés, d’une intensité nominale de 5 A, sur le côté
secondaire. Le circuit est conçu pour mettre une charge de seulement
0,01 VA au courant nominal sur le TC.
Le capteur de courant surveille constamment le courant et sa forme d’onde.
Quand il y a une discontinuité dans la forme d’onde et quand un seuil de
courant établi est dépassé, le capteur de courant génère une impulsion de
signaux logiques hauts dans l’unité de contrôle. Le signal d’entrée vers
l’unité de détection de courant est fourni par le TC monté sur la ligne
d’arrivée du disjoncteur principal.
Pour expliquer la condition d’existence de défaut mais sans présence d’arc
dans l’appareillage de commutation, l’impulsion de courant est soutenue
pendant 100 ms. Cela donne assez de temps pour permettre à un
disjoncteur d’interrompre le courant de court-circuit d’une façon normale.
Toutefois, si à la fin de ce temps le défaut n’a pas été interrompu et si un arc
est détecté, la portion de courant de la porte ET sera encore armée. Un seul
signal supplémentaire provenant du circuit de détection optique est requis
pour manœuvrer l’interrupteur.
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Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Composants et caractéristiques
Détection d’arc
L’unité de surveillance de lumière du système d’extinction d’arc est utilisée
pour détecter optiquement la présence d’un arc. L’unité répond à l’intensité
de la lumière émise par l’arc, couplée à la vitesse de changement de cette
intensité. Quand ces deux seuils sont dépassés, l’unité de détection optique
envoie un signal logique haut à l’unité de contrôle.
Jusqu’à six détecteurs peuvent être montés dans chaque section verticale
d’un alignement d’appareillages de commutation. Les détecteurs de lumière
du système AT peuvent être montés dans toute direction à n’importe quel
angle. Toutefois, Schneider Electric recommande de monter les détecteurs
avec la lentille pointant vers le bas ou vers le côté afin de réduire
l’accumulation de poussière ou de débris sur les lentilles optiques.
Figure 4 :
Détecteur optique et angle de vue
27°
38°
FRANÇAIS
0,85 po
(22 mm)
Axe de 90°
115°
Champ de vision
3,66 po
(93 mm)
1,99 po
(50 mm)
Le champ de vision des détecteurs, comme indiqué dans la figure 4, est de
63° hors axe dans toutes les directions, sauf pour le côté opposé au
connecteur. Sur ce côté, le champ de vision est réduit à 52°.
Figure 5 :
Schéma de vision latérale du système AT monté au-dessus
d’un disjoncteur de 1 200 A dans un appareillage de
commutation Masterclad®—Agencement typique préféré
Compartiment
du système AT
Détecteurs
optiques
Boîte de
raccordement
Détecteurs
optiques
Compartiment
du disjoncteur
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Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Composants et caractéristiques
Boîte de raccordement
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La boîte de raccordement du système AT (figure 6)—est conçue pour
combiner tous les signaux générés à partir de chaque détecteur de lumière
situé sur un compartiment. Elle prend le signal combiné et l’envoie au
contrôleur principal. La boîte de raccordement du système AT est
également conçue pour envoyer les données recueillies à un afficheur à
cristaux liquides (figure 7) situé sur la porte extérieure de chaque section
protégée. Cela permettra au personnel d’entretien de localiser
immédiatement la section et le compartiment en défaut.
Figure 6 :
Boîte de raccordement—une par section verticale
Sortie de la boîte
de raccordement
Entrées des détecteurs de lumière
Entrée de la
boîte de
raccordement
FRANÇAIS
Connexion de
l’afficheur
Figure 7 :
10
Afficheur à cristaux liquides (LCD)
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Unité de contrôle
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Composants et caractéristiques
L’unité de contrôle est le dispositif de traitement central pour le système
complet. Elle répond aux signaux donnés par le capteur de courant et le
détecteur optique. Quand les signaux des deux détecteurs, de courant et
optique, sont actifs, l’unité de contrôle envoie un signal pour initialiser la
fermeture de l’interrupteur grande vitesse.
Interrupteur grande vitesse
•
Un module capteur de courant et une logique de contrôle—les signaux
du courant d’arrivée et optiques sont traités par une porte ET et
fournissent un signal de sortie qui active le circuit de déclenchement.
•
Un circuit de déclenchement de sortie—libère l’énergie stockée pour
initialiser la fermeture de l’interrupteur mécanique et fournit une isolation
optique afin d’empêcher un faux déclenchement.
•
Un module d’auto-vérification—vérifie continuellement le système
d’extinction d’arc et, en cas de défaut d’arc, met sous tension le relais de
diagnostic d’alarme installé.
•
Une section de convertisseur de puissance—contient des alimentations
haute et basse tension.
L’interrupteur grande vitesse (figures 8 et 9 à la page 14) est un interrupteur
électromécanique de fermeture ou de court-circuitage. Il est conçu pour se
fermer sur les barres-bus principales de l’appareillage de commutation.
Cela court-circuite le défaut d’arc en fournissant un chemin parallèle pour
transférer un défaut d’arc ouvert dans la barre-bus principale de
l’appareillage de commutation.
Figure 8 :
Interrupteur grande vitesse—vue arrière
Emplacements des
boulons de fixation
Contact principal de
la phase C
Contact principal
de la phase A
Interrupteur sous
vide
Contact principal
de la phase B
Plaque
d'interverrouillage
codée
Fente d’engagement du
rouleau d’embrochage
L’interrupteur utilise des interrupteurs sous vide standard qui sont
manœuvrés—fermés—par un mécanisme à ressort assisté par un système
de répulsion électromagnétique. La fonction principale du système
électromagnétique est de libérer un accrochage de ligne, qui maintient
normalement les contacts ouverts, avec un retard minimal.
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FRANÇAIS
Les composants suivants sont contenus dans l’unité de contrôle :
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Composants et caractéristiques
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Figure 9 :
Interrupteur grande vitesse—vue avant
Support de fixation
DEL d'auto-vérification
Bouton d'auto-vérification
Unité de contrôle
(intérieur)
Couvercle avant
Prises de câble
série
Port de réarmement
du mécanisme
Boulon de réarmement
Prise de contrôle
secondaire
FRANÇAIS
Emplacement du
boulon de fixation du
raccordement à la
terre
Interverrouillage à clé
L’interrupteur est réarmé/ouvert manuellement (figure 10). Cette fonction de
réarmement manuel est conçue pour empêcher des manœuvres multiples
avant d’avoir correctement localisé et éliminé la cause d’un défaut d’arc.
L’interrupteur est muni de deux contacts auxiliaires a et b qui sont
disponibles pour une indication à distance.
Figure 10 : Réarmement de l’interrupteur grande vitesse
Boulon de
réarmement du
mécanisme
Compteur
Port de
réarmement du
mécanisme
Indicateur de
position
Boulon de réarmement dans
l’espace de rangement
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Configuration du système d’extinction d’arc
dans un appareillage de commutation
Masterclad®
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Composants et caractéristiques
•
L’interrupteur du système d’extinction d’arc exige le même espace
physique de montage qu’un disjoncteur blindé VR. Le compartiment du
système AT peut être situé dans toute section/tout compartiment qui
pourrait être autrement utilisé pour un disjoncteur VR. Toutefois,
l’interrupteur du système AT n’est pas directement interchangeable
dans une cellule de disjoncteur VR. Voir la figure 5 à la page 11 pour un
agencement typique, avec le système AT monté dans le compartiment
au-dessus d’un disjoncteur d’alimentation.
•
Les seuls compartiments qui ne conviennent pas pour le compartiment du
système AT sont les sections auxiliaires, les transitions de barres-bus et
l’espace au-dessus d’un disjoncteur de 3 000 A.
•
Une alimentation de contrôle est requise : 120 ou 240 Vca; 125 ou
250 Vcc.
•
Un seul système AT est nécessaire pour l’agencement typique d’une
seule barre-bus principale avec un disjoncteur principal et des
disjoncteurs d’alimentation multiples. Les autres sections auront des
détecteurs optiques, des boîtes de raccordement et des afficheurs à
cristaux liquides.
•
Un maximum de dix sections d’appareillages de commutation peut être
protégé par chaque système AT.
REMARQUE : Cela inclut toutes sections, telles que des sections
auxiliaires, des sections de mesure de l’alimentation de la compagnie
d’électricité et des transitions de barres-bus, ainsi que des sections de
disjoncteurs d’alimentation.
•
Un appareillage de commutation avec deux sources d’alimentation
d’arrivée/disjoncteurs principaux ou davantage en combinaison avec un
ou plusieurs disjoncteurs de couplage de barres-bus nécessitera un
système AT par segment de barre-bus principale.
Par exemple, avec deux disjoncteurs principaux et un disjoncteur de
couplage de barres-bus, un seul système AT sera appliqué sur chaque côté
(barre-bus) du disjoncteur de couplage. Contacter le bureau de Schneider
Electric à Nashville, TN, au 615-844-8300 pour examiner le schéma de
chaque application. Les demandes d’estimation doivent être adressées à
votre bureau local.
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FRANÇAIS
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Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Valeurs nominales et caractéristiques
Valeurs nominales et
caractéristiques
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Nº de catalogue : ATD-15-40
Tableau 1 : Valeurs nominales et caractéristiques de l’appareil
Type
Valeurs nominales
Courant nominal de défaut (I)
25 kA rms
Valeur nominale de courant
continu
Courants
Tensions
40 kA rms
Non applicable
Courant de fermeture
2,6 x I kA crête
Courant à temps court
48 kA pendant 1 seconde
Valeur nominale de capacité
d’interruption
Non applicable
Tension de fonctionnement
maximale
15 kV rms
60 Hz. Tenue d’une minute
36 kV rms
BIL
95 kV
Durée de fonctionnement totale 5,5 ms.
Réarmement du mécanisme
Mécanique
FRANÇAIS
Température ambiante normale
de fonctionnement
Environnement
Anti-sismique
Détection de défauts —
4,0 ms.
Ressort manœuvré avec assistance
électrodynamique
Mécanisme de fermeture
Durée de vie électrique
4,5 ms.
Manuel seulement
Durée de vie mécanique
100 manœuvres
4
2
1
-30 °C à + 40 °C
Exigences max. pour la Californie du
Code de construction international
(IBC) pour 2003
Détection analogique instantanée par
TC sur l’entrée de la barre-bus
principale
Détection d’arc
—
Détecteurs optiques installés sur
chaque compartiment individuel
Signal de fermeture
—
Fourni par la sortie et la porte ET pour
les signaux simultanés de courant de
défaut et optiques
Temps de mise sous
—
tension initiale
1 minute max. avec voyant DÉL
Exigences
d'alimentation
—
104–254 Vca ou 70–250 Vcc1
Contacts auxiliaires
—
2 contacts de type « a » et 2 de type « b
» (forme C)
1
14
50 kA rms
L’alimentation cc en dehors de cette gamme exige un convertisseur cc/cc.
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Spécifications électroniques
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Valeurs nominales et caractéristiques
Tableau 2 : Valeurs nominales environnementales
Type
Val. nom.
Température ambiante
-30 °C à + 40 °C
Humidité
jusqu'à 95 %, humidité relative
Niveau de radiation
jusqu’à 1x10-4 RADS
Code des normes
Titre
UL508
Appareil de contrôle industriel, seizième édition, février
1993, et toutes normes subsidiaires identifiées
CSA-C22.2, No. 14-M91
Appareil de contrôle industriel, septembre 1991
IEC61000-4
Compatibilité électromagnétique pour les mesures de
traitements industriels et appareils de contrôle
Section 2
Exigences de décharge électrostatique, première édition,
1995
Section 3
Exigences de rayonnement des champs
électromagnétiques, première édition, 1995
Section 4
Exigences de poussée/transitoires rapides électriques,
première édition, 1995
Section 5
Exigences d’immunité contre les surtensions, première
édition, 1995
C37.90-89 IEEE
Norme pour les relais et systèmes de relais associés avec
un appareillage d’alimentation électrique.
C37.90.1-89 IEEE
Essais standard de capacité de tenue aux surtensions
(CTS) pour les relais et systèmes de relais de protection.
C37.90.2-95 IEEE
Norme pour la capacité de tenue des systèmes de relais
aux interférences de rayonnements électromagnétiques
provenant d’émetteurs-récepteurs.
IEC60068.2
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FRANÇAIS
Tableau 3 : Normes de conformité
Procédures de base des essais environnementaux
Section 6
Vibration (sinusoïdale), sixième édition, 1995
Section 27
Tenue aux chocs, troisième édition, 1987.
Section 29
Procédures de base des essais environnementaux,
deuxième partie: Essai
Section 31
Chute et culbute, deuxième édition, 1975.
15
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Dimensions
6055DB0106
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Dimensions
Figure 11 : Plans typique du plancher
4,5 po
(114 mm)
36,0 po
(914 mm)
allée arrière
recommandée
1,0 po
(25 mm)
3,5 po
(89 mm)
27,0 po
(686 mm)
9,0 po
(229 mm)
18,0 po
(457 mm)
4,5 po
(114 mm)
9,0 po
(229 mm)
Zone réservée aux conduits
(haut ou bas)
9,0 po
(229 mm)
11,0 po
(279 mm)
42,5 po
(1080 mm)
1,0 po
(25 mm)
91,0 po
(2311 mm)
28 po
(711 mm)
Remarque : La zone de conduits
recommandée pour le disjoncteur ou
le système d’extinction d’arcs est
basée sur un appareillage de
commutation de type deux de haut. La
zone réelle du compartiment des
câbles peut être modifiée au besoin
par l’ingénierie à la commande.
4,0 po
(102 mm)
FRANÇAIS
19 mm (0,75 po)
Diamètre des trous de
montage
46 po
(1168 mm)
0,2 po
(5 mm)
Zone réservée aux conduits de
contrôle (bas)
8,0 po
(203
mm)
1,0 po
(25 mm)
72,0 po
(1828 mm)
1,5 po 2,5 po
(38 mm) (64 mm)
1625 mm (64,0 po)
allée arrière
recommandée
0,9 po
(23 mm)
34,2 po
(869 mm)
0,9 po
(23 mm)
8,0 po
(203 mm)
2,0 po
(51 mm)
36,0 po
(914 mm)
2,5 po
(64 mm)
16
1,75 po
(45 mm)
Zone réservée
aux conduits de
contrôle (haut)
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Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Dimensions
FRANÇAIS
6055DB0106
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Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
Bulletin de données
6055DB0106
10/2009
FRANÇAIS
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Bulletin de données
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Arc Terminator System
Sistema de extinción de arcos (Unidad AT)
Système d’extinction d’arcs « Arc Terminator »
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