Contactores y seguridad

El concepto de gestión inteligente de la carga doméstica se convertirá en una práctica habitual. Por qué ? – simplemente porque no tenemos la capacidad de almacenamiento/flexibilidad para gestionar los picos de demanda en la red eléctrica nacional, de la misma manera que tenemos actualmente con los combustibles a base de gas y petróleo, permitiendo incluso la generación local, los prosumidores, etc. Modelo de costos que refleja cuándo usas/tomas tu electricidad, requiriendo un mayor grado de gestión y control sobre la demanda eléctrica existente para cada consumidor.

El concepto de control descentralizado mediante electrodomésticos inteligentes con un controlador maestro es sencillo de implementar en edificios nuevos. Las instalaciones y aparatos existentes podrían utilizar un panel de control centralizado para seleccionar circuitos, en función de la disponibilidad/coste del suministro en el momento de su uso.

El resultado neto fue un mayor uso de contactores (relés de potencia) para proporcionar funciones de conmutación discreta para aparatos o circuitos específicos. por ejemplo, similar a la gestión dinámica de carga actual en los cargadores de vehículos eléctricos, que dependen de un contactor para su funcionalidad básica.

Los diseños de circuitos de mejores prácticas que utilizan contactores para proporcionar funciones de seguridad tienen en cuenta los modos de falla reconocidos de un contactor y el circuito de control asociado. Las normas existentes cubren esto; a continuación se dan ejemplos:

Estándar BSEN 61508 (Seguridad funcional) para estándares de aplicación como BSEN 62061-1 (Seguridad funcional de máquinas) y BSEN IEC 61851-1 (Sistemas de carga de vehículos eléctricos) donde elementos específicos del sistema de control eléctrico proporcionan una función de seguridad. Por ejemplo en un cargador de VE, comprobar la presencia del conductor PE antes de iniciar el ciclo de carga. La evaluación de riesgos de diseño determina el diseño de desempeño del sistema de control y los productos utilizados para detener o eliminar el peligro.

Parada de emergencia: Eliminar o detener un peligro no eléctrico específicamente relacionado con las partes móviles de una máquina; aplastamiento, corte, enredo, atrapamiento, etc. No se debe desconectar el suministro eléctrico si crea peligros adicionales, por ejemplo, la eliminación del frenado eléctrico en cargas de alta inercia.

En la figura 1: Una sola falla en el equipo podría resultar en la pérdida de la función de seguridad, por ejemplo, los contactos del contactor permanecen cerrados cuando se opera la parada de emergencia, es decir, la tolerancia a fallas de hardware (HFT) = 0. Este nivel de rendimiento puede ser adecuado para lesiones menores reversibles como hematomas, pero no para lesiones irreversibles.

Para cumplir con los objetivos de seguridad de las Directivas/Reglamentos pertinentes, el diseñador tendría que considerar medidas adicionales, por ejemplo, monitoreo de fallas, reacción a fallas, redundancia de hardware basada en el riesgo/peligro.

Apagado de emergencia:* Eliminación de un riesgo eléctrico relacionado con el voltaje de suministro.

BS EN 60204-1 (Seguridad de las máquinas): especifica el uso de equipos apropiados, que se apagan cuando se operan, incluida una acción autorizada después de las verificaciones, antes de volver a conectar el suministro.

* Nota de orientación (2) 35 del Reglamento de electricidad en el trabajo de 1989: 230 V CA está clasificado como "mortalmente peligroso"

BS7671 537.3.3 (Desconectar el suministro de toda o parte de una instalación): Los dispositivos para apagado de emergencia deben ser fácilmente accesibles en un lugar cercano al peligro; consulte 537.3.3.6 y deben poder bloquearse en la posición de apagado, si los medios de apagar y volver a encender no están bajo el control de la misma persona – ver 537.3.3.7

Ejemplo. Los controles de esta bomba de calor doméstica están ubicados dentro de la propiedad y no al alcance de alguien que trabaje en el equipo afuera. Se debe ubicar cerca del equipo un interruptor de carga capaz de interrumpir la corriente del motor bloqueado para fines de aislamiento seguro.

El Reglamento (seguridad) de equipos eléctricos de 2016 detalla objetivos de seguridad específicos. Para cumplir estos objetivos, los fabricantes normalmente diseñan equipos sobre la base de estándares designados o utilizan estándares de referencia existentes (mejores prácticas) para equipos no estandarizados. Se pueden aplicar las normas y las mejores prácticas existentes para respaldar el caso de seguridad básico del diseñador para la evaluación de riesgos del producto y el diseño del equipo; consulte el Anexo 2 (2. d).

Los equipos eléctricos no cubiertos por una norma de diseño específica aún deben cumplir con las Normas de seguridad de equipos eléctricos: Ejemplo de aplicación Suministro PME monofásico para carga de vehículos eléctricos (BS 7671 722.411.4.1), es decir, desconexión eléctrica en caso de una falla del neutro de circuito abierto. Consulte la Nota 5 de la cláusula anterior, que continúa diciendo;

"...es responsabilidad del diseñador de la instalación eléctrica u otra persona responsable de especificar la instalación establecer que el fabricante del equipo ha garantizado que el equipo satisface los objetivos de seguridad de las Directivas pertinentes.."

El equipo descrito en 722.411.4.1 (iii), (iv), (v) no tiene una norma de diseño de producto específica. Sin embargo, las normas de seguridad existentes cubren los principios de diseño para la funcionalidad relacionada con la seguridad mediante el uso de contactores.

BSEN 60947-4 (Contactores electromecánicos) Anexo K; proporciona información sobre modos de falla comunes y tasas de falla, para uso en el diseño de equipos que utilizan contactores en aplicaciones de seguridad funcional, por ejemplo, cambiar el conductor vivo, neutro y de tierra para eliminar un riesgo eléctrico en caso de una falla de neutro de circuito abierto. Los diseños que dependen únicamente de una armadura de contactor que abre y desconecta un circuito después de la energización durante semanas, meses o incluso años tienen una alta probabilidad de fallar al abrirse; consulte los detalles a continuación.

El diseño seguro de equipos para aplicaciones domésticas tiene en cuenta que la persona responsable del funcionamiento seguro diario del equipo es una "persona común".

BS7671 Tabla 537.4 hace referencia a BSEN 60947-4; contactores adecuados para montaje en un equipo o gabinete completamente cerrado y BSEN 61095; Contactores restringidos a < 63 A e Iq* < 6 kA adecuados para montaje en una carcasa modular. Se puede probar que un contactor cumpla ambos estándares; consulte los datos técnicos del fabricante.

*Iq = corriente nominal de cortocircuito condicional del contactor + SCPD

BSEN 60947-4 Anexo K: Contactores para uso en aplicaciones relacionadas con la seguridad (BSEN 61095 no es aplicable), por ejemplo, BSEN IEC 61851-1 requiere que los contactores cumplan con 60947-4.

La cláusula K.3 del anexo K cubre la caracterización de un modo de falla y la tabla K.1 proporciona los modos de falla típicos de contactores normalmente abiertos. La cláusula K.4 cubre las tasas de falla típicas (tabla K.2) y establece que "la tolerancia a fallas de hardware (HFT) para un contactor es generalmente cero". Para fines de diseño, los niveles de HFT se definen en BSEN 61508, por ejemplo, los equipos con un HFT = 0 no pueden tolerar una sola falla peligrosa; consulte el primer ejemplo de la tabla K.1 a continuación.

Los índices de falla típicos (F) que se dan en la Tabla K.2 se relacionan con una categoría de utilización específica; sin embargo, es importante tener en cuenta que el índice de “fallo al abrir” es del 73 %* para operación con carga y del 50 %* para operación mecánica (fuera de servicio). carga.)

* Valores típicos basados ​​en una gama de contactores electromecánicos

Si el modo de falla del contactor podría resultar en una situación peligrosa y la tasa de falla > 40 % como en el caso anterior, 60947-4 se refiere al uso de una función de diagnóstico con una función de reacción a fallas adecuada; ejemplo: BSEN IEC 61851-1 ( Equipo de suministro de vehículos eléctricos) 6.3.1.1 requiere funciones piloto de control obligatorias, incluida la energización y desenergización del suministro de energía al vehículo eléctrico, es decir, monitorear la apertura y el cierre del contactor para cada ciclo de carga. Esto aumenta la probabilidad de identificar una falla antes de que se solicite al equipo que proporcione una función de seguridad adicional, por ejemplo, si el equipo incluye monitoreo de falla de neutro de circuito abierto.

El uso de contactos auxiliares espejo* para proporcionar retroalimentación de diagnóstico a través del sistema de control eléctrico proporciona un método reconocido (estandarizado) para detectar que un contactor no se ha abierto al final del ciclo completo.

* Contacto espejo: Contacto auxiliar vinculado mecánicamente con un contacto de potencia para replicar de manera confiable el estado de los contactos de potencia – 60947-4 Anexo F

En la práctica, existen varias razones por las que un contactor podría no abrirse; a continuación se muestran dos ejemplos:

61095 especifica que en caso de fallo, la coordinación con el dispositivo de protección no debería producir efectos peligrosos durante la eliminación del fallo. Se acepta el riesgo de contactos soldados y es posible que el contactor no sea adecuado para usos posteriores, es decir, reemplace el contactor antes de volver a poner el equipo en servicio.

60947-4 especifica dos niveles (tipos) de coordinación. En caso de avería, ambos tipos de coordinación asumen el riesgo de soldadura de los contactos principales: Coordinación tipo 1; similar al 61095, reemplace el contactor antes de devolver el equipo al servicio. Coordinación de tipo 2; El contactor debe ser adecuado para su uso posterior; consulte las instrucciones del fabricante para obtener consejos sobre cómo verificarlo antes de volver a ponerlo en servicio.

Restablecer un MCB o reemplazar un fusible antes de verificar si hay contactos soldados en el contactor podría generar un circuito vivo aguas abajo del contactor con el suministro de la bobina desconectado.

Ambas normas se refieren al servicio continuo (contactor energizado), como el tiempo que se toma mientras se transporta una corriente constante el tiempo suficiente para que los contactos del contactor y el circuito magnético, cuando se energizan a su voltaje de suministro de control nominal (100%), alcancen el equilibrio térmico. pero no por más de 8 horas sin desenergizar el contactor. Los circuitos magnéticos de contactores energizados durante períodos prolongados pueden estar sujetos a niveles bajos y sostenidos de sobretensión. El sobrecalentamiento en el sistema magnético puede provocar que la armadura permanezca cerrada al retirar el suministro de la bobina.

Consulte BS 7671 Tabla 537.4: Contactos principales adecuados para aislamiento; consulte 537.2.4, 537.3.3.6 y 537.3.7:

La redacción del Reglamento abarca tecnología innovadora y mantiene estándares de diseño seguros. En situaciones en las que no existe un estándar de equipos, los estándares de seguridad genéricos brindan consejos sobre cómo desarrollar y diseñar equipos seguros al aplicar productos existentes.

Tomar una decisión técnica sobre cualquier producto requiere comprender los riesgos asociados con esa solución en particular. Deberíamos tener clara la justificación de esa solución. Las normas de seguridad existentes brindan recomendaciones sobre cómo aplicar contactores en aplicaciones de seguridad funcional. El funcionamiento regular del equipo (apertura y cierre del contactor) combinado con un sistema de control de diagnóstico (utilizando los contactos espejo del contactor) y una función de reacción ante fallos (bloqueo del sistema, alarma, mantenimiento, etc.) permiten la identificación temprana de fallos peligrosos, aumentando la confiabilidad de la seguridad del equipo. Los estándares de diseño de cargadores de vehículos eléctricos ya consideran los requisitos de seguridad funcional en el diseño básico y, en consecuencia, la característica de diseño (la desconexión eléctrica en caso de una falla del neutro de circuito abierto integrado en el punto de carga de vehículos eléctricos) se puede verificar con referencia a la norma existente 61851-1.

Los contactores están diseñados para funcionar regularmente (apertura y cierre), lo que proporciona un método simple y confiable para cambiar cargas eléctricas de forma remota de manera regular. Al usarlos en aplicaciones relacionadas con la seguridad, debemos tomar nota de los consejos dados en la norma de producto de contactores 60947-4 y las normas de seguridad existentes.

Chaz Andrews, director técnico, Doepke UK Ltd

[email protected] o www.doepke.co.uk