En toda instalación eléctrica es necesaria la utilización de elementos de maniobra. La aparamenta de maniobra tiene por misión satisfacer una necesidad básica de cualquier explotación, la de abrir o cerrar circuitos. Con ello se posibilita establecer o interrumpir la corriente en las diversas zonas de explotación, haciéndolo bajo las condiciones previstas de servicio, sin generar daños significativos para el aparato y sin perturbar el funcionamiento general de la planta. Por ello, los elementos de maniobra son una parte fundamental en el diseño de cualquier instalación eléctrica.

Aunque la principal función del equipo de maniobra es la de abrir o cerrar un circuito eléctrico, los fenómenos que acontecen durante esta maniobra resultan en extremo complejos y muy diferentes según las características del circuito sobre el que se opera. Es imprescindible realizar una selección correcta del equipo de maniobra para lograr los requisitos de seguridad tanto del circuito como de los operarios.

Los problemas fundamentales a los que se enfrenta los equipos de maniobra son: calentamiento, aislamiento, esfuerzos mecánicos, deterioro de los contactos y generación del arco eléctrico en la operación de apertura.

Para evitarlos en la medida de lo posible, un aspecto básico es seleccionar correctamente el elemento de maniobra teniendo en cuenta, entre otros aspectos, la tensión y corriente nominal a las que va a funcionar, la frecuencia de maniobras que va a realizar y la intensidad de corriente que debe cortar al abrir (capacidad de corte).

En los apartados siguientes, intentaremos dar una visión de los aspectos más fundamentales a tener en cuenta a la hora de selecccionar los elementos de maniobra que más se ajustan a las necesidades de una determinada aplicación.

Para una determinada tensión nominal de funcionamiento, podemos distinguir, según su capacidad de corte, entre tres tipos de aparatos de maniobra:

• Seccionadores. Aparatos de maniobra que tienen una nula capacidad de corte. Un seccionador es capaz de abrir o cerrar un circuito cuando la corriente es de intensidad despreciable, o cuando no se produce ningún cambio notable de tensión en los bornes de cada uno de los polos del seccionador. Asegura, en posición abierta, una distancia de seccionamiento que satisface condiciones especificadas. Se utiliza para aislar circuitos que se desean anular durante un cierto tiempo o zonas donde se debe trabajar. El seccionador debe operarse siempre en vacío, interrumpiendo la corriente previamente con otro elemento capacitado para ello.
  
  
• Contactores. Aparatos de maniobra capaces de establecer, soportar e interrumpir el paso de la corriente nominal en condiciones normales de circuito, incluídas las condiciones de sobrecarga en servicio. Su vida mecánica es muy alta.
  
  
• Interruptores. Aparatos de maniobra capaces de establecer, soportar e interrumpir el paso de la corriente nominal en condiciones normales de circuito, incluídas las condiciones de sobrecarga en servicio, y soportar durante un tiempo determinado -en general fracciones de segundo- intensidades anormales específicas del circuito, tales como cortocircuitos. Su vida mecánica es relativamente corta por lo que no están pensados para servicios que requieran maniobras frecuentes.

Los interruptores, en general, están previstos para funcionar poco frecuentemente. Mientras que los contactores son capaces de efectuar elevados ciclos de maniobras de cierre y apertura por hora.

Básicamente, existen dos tipos de contactores: los de ruptura al aire y los de ruptura en vacío.

• Contactores de ruptura al aire. En ellos la separación de los polos se hace en el aire y la chispa se apaga mediante un diseño especial (cámaras apagachispas).
  

  

• Contactores de ruptura en vacío. La interrupción se hace en el interior de un botella donde se ha hecho el vacío. Con ello se logra interrumpir corrientes muy grandes con una pequeña separación de los contactos.

  

El principal problema al que se enfrentan los contactores es el arco eléctrico de corte -el que surge en los contactos en el momento de la apertura- con el consiguiente desgaste y daños en los materiales de los contactos.

Precisamente para evitar este problema, los contactores de vacío tienen los contactos confinados dentro de una cámara donde se ha hecho el vacío. Con este diseño, la vida útil de los contactores de vacío es prácticamente el doble de la de los contactores al aire.

Las principales ventajas de los contactores de vacío frente a los contactores de ruptura al aire convencionales son:

• Vida eléctrica útil mucho más elevada.
• Alta capacidad de carga de breve duración para arranques pesados.
• Ausencia de arco abierto. Los tiempos de operación son muy rápidos y, en general, la corriente se anula a la primera pasada por cero.
• Intervalos de mantenimiento más prolongados. En la práctica no requieren mantenimiento.
• Son más ligeros y más pequeños.

Los contactos son los elementos de un contactor que permiten o interrumpen el paso de la corriente. Las partes que entran en contacto deben tener unas características especiales puesto que en el momento de la apertura en carga se presenta un arco eléctrico proporcional a la corriente.

Un arco eléctrico es una descarga capaz de engendrar por sí misma la cantidad de iones y electrones necesarios para que circule la corriente en el seno de una masa gaseosa.

Cuando un contactor en servicio está cerrado existe una presión determinada sobre las piezas en contacto -los contactos- que provoca que la superficie en contacto sea máxima y que la densidad de corriente en ella sea mínima.

Cuando se realiza la maniobra de apertura, al iniciarse la separación de los contactos, lo primero que se produce es una disminución de la superficie en contacto con el consiguiente aumento de la intensidad de corriente. En el instante de la separación de los contactos, el aire que se interpone entre ellos es atravesado por la corriente. Si la corriente es alta alcanzará una temperatura capaz de fundir y volatizar el metal en los puntos de contacto y la chispa se hace conductora generándose el arco eléctrico.

Por el arco sigue circulando corriente, por lo que para interrumpir realmente el circuito debe extinguirse dicho arco. Además los arcos provocan desgaste y daños en los materiales de los contactos, por lo que deben ser extinguidos lo antes posible. Evidentemente, cuanto mayor sea la intensidad de corriente y mayor sea la tensión, es más difícil extinguir el arco.

Existen diversas técnicas para extinguir los arcos:

• Aumentar la distancia de separación.
• Colocar apagachispas mecánicos.
• Soplado magnético.
• Confinar los contactos en una atmósfera muy aislante, como el vacío.

El vacío, o más propiamente hablando el aire con un grado de vacío del orden de 10^-4Pa, alcanza una rigidez superior a los 199kV/cm. Esta enorme rigidez dieléctrica unida al hecho de que el arco en el vacío tiene una tensión muy baja (los electrones que se desprenden en el cátodo no encuentran ningún obstáculo en su ruta hacia el ánodo) y que la regeneración dieléctrica del medio al anularse la corriente es prácticamente instantánea (no hay moléculas ionizadas entre los electrodos) hacen que los contactores de vacío sean los más indicados para reducir al mínimo los problemas que generan los arcos.

IEE presenta el contactor de vacío IVC 160-10, con todas las prestaciones de los contactores de vacío al precio de un contactor de aire convencional.

El contactor de vacío IVC 160-10 se puede utilizar para tensiones de hasta 1000V y su corriente nominal de operación es de 160A.

Su categoría de servicio es AC1-AC4. Como es sabido, la categoría de servicio está relacionada con el poder de ruptura del contactor. La categoría AC4 (la más exigente) permite, en funcionamiento normal, conexiones y desconexiones del aparato al 600% de la corriente nominal. De esta manera, los contactores IVC 160-10 se pueden utilizar para cualquier tipo de aplicación: motores asíncronos de rotor bobinado, motores asíncronos de rotor en cortocircuito y motores asíncronos para trabajos pesados.

Los contactores IVC 160-10 destacan por su larga vida útil, pudiendo trabajar con frecuencias de operación de hasta 1200 ciclos por hora. Su vida mecánica supera el millón de maniobras. Su endurancia eléctrica es de 3x10⁶ maniobras en categoría de servicio AC3 y de 1x10⁵ maniobras en categoría de servicio AC4.

La vida útil de un contactor de vacío es superior al doble de un contactor convencional de aire.

El tiempo de cierre es inferior a 40ms y el de apertura menor de 30ms. Su peso no supera los 4kg y sus dimensiones son 178 x 164 x 130mm.

Los contactores IVC 160-10 están disponibles con bobinas para tensión de 110VAC y con bobinas para 220VAC. El consumo a la llamada es de 345VA durante un máximo de 40ms. El consumo en la fase de mantenimiento es de 3VA.

Los contactores IVC 160-10 son especialmente útiles para su utilización en el control de maquinaria pesada: compresores, ventiladores, bombas, grúas, ascensores, cintas transportadoras, etc. Y en todas aquellas industrias donde las atmósferas sean especialmente agresivas con condiciones de polvo o suciedad muy duras.