Conmutación de relés: funcionamiento del comprobador AT

Técnicas de conmutación de relés: la matriz de relés de 20 nodos

El Voltech AT5600 utiliza una matriz de relé de 20 nodos, que termina en pares de sondas de resorte, para permitir que los accesorios estándar se conecten a la unidad.
Cada par de sondas de resorte (un nodo) se conecta a cuatro relés de alto voltaje, configurados para una medición completa en grados Kelvin (4 cables).
Dos de estos relés, 'Source Hi' y 'Source Lo' (el par de "potencia"), se activan para suministrar la fuente de voltaje/corriente al componente bajo prueba.
Los dos relés restantes, 'Measure Hi' y 'Measure Lo' (el par "de detección"), se activan para dirigir la fuente de voltaje/corriente al circuito de medición.
Esta configuración se muestra a continuación, en la Figura 1, para uno de los nodos conectados a un extremo de un devanado de transformador bajo prueba.

Figura 1

Este tipo de disposición de relé Kelvin para cada uno de los 20 nodos está totalmente controlado por el AT5600 y es programable a través del software AT Editor suministrado.
No existen limitaciones en cuanto a qué nodo se utiliza para qué devanado del transformador.

Figura 2
La imagen de la derecha es una captura de pantalla del software AT Editor.
Es una representación gráfica de la matriz de relé de 20 nodos real en el propio probador AT.
Cada nodo numerado (1-20) representa el esquema de cuatro relés que se muestra en la Figura 1 anterior.
Hay cuatro relés por nodo y 20 nodos, lo que hace un total de 80 relés.

Optimización de la confiabilidad del relé

A menudo se considera que los relés son una alternativa inferior a los interruptores de estado sólido como dispositivo de conmutación. Sin embargo, los relés ofrecen los medios para retener miles de voltios cuando están abiertos y aún proporcionan algunas decenas de miliohmios de resistencia de contacto cuando están cerrados, características que ningún dispositivo de estado sólido puede proporcionar ni ahora ni en el futuro previsible.
La razón principal por la que los relés se consideran componentes inferiores es que se supone que no son confiables.
Sin embargo, la vida útil mecánica de un relé supera los 100.000.000 de operaciones, lo suficiente para durar más de diez años en una aplicación de prueba de transformadores de uso intensivo, siempre que se utilice la técnica adecuada para conmutar el relé. Voltech ha desarrollado una técnica de este tipo.

Para maximizar la vida útil de los relés, las fuentes de voltaje y corriente del AT3600 se apagan antes de cualquier apertura y cierre de los 80 relés de alto voltaje.
Al comienzo de cualquier prueba, los relés se cierran antes de aumentar cualquier voltaje.
Al final de una prueba, el AT3600 verifica la corriente a través de los relés y, si todavía fluye corriente, el AT3600 esperará hasta que ésta se reduzca a cero antes de abrir los relés.
Esta técnica se conoce como conmutación en frío y minimiza cualquier arco eléctrico en los contactos del relé, garantizando que los contactos sufran la mínima degradación y maximizando así la vida útil de los relés y del propio AT3600.

La importancia de medir la corriente para la conmutación en frío se ilustra en la Figura 3 a continuación.

Si los relés se abren durante un tiempo fijo después de apagar el suministro, esto tendría que ser un tiempo prolongado para hacer frente al componente en el peor de los casos, desperdiciando innecesariamente tiempo de prueba para la mayoría de los componentes.
Por otro lado, si el tiempo elegido es demasiado corto, los relés estarán sujetos a corrientes de ruptura, provocando arcos eléctricos y degradando su vida útil.

La mayoría de las soluciones de prueba de transformadores que utilizan una matriz externa simplemente utilizan un tiempo fijo para determinar cuándo abrir los relés, con el consiguiente riesgo de arco eléctrico y degradación de los relés.
En su serie de productos AT, Voltech maximiza tanto la velocidad como la confiabilidad al utilizar una matriz integrada con fuente y medición, un método de descarga activa para forzar que la corriente decaiga lo más rápido posible y medir cuándo la corriente cae a cero antes de abrir.
La acción de apertura y cierre de los relés es extremadamente rápida (aproximadamente tres milisegundos de tiempo de cierre y un milisegundo de tiempo de liberación).

Para mantener la precisión operativa del AT3600, se ha incorporado una rutina de autoprueba muy completa al AT5600.
La secuencia de autoprueba la inicia el usuario después de que se completa la secuencia de encendido. La autoprueba ha sido diseñada para probar completamente el rango de funcionamiento del producto, incluida la resistencia de contacto de sus 40 relés de fuente y 40 de medición.
La resistencia de contacto puede aumentar a lo largo de muchos meses de uso debido a que impurezas del espesor de moléculas migran a la superficie de contacto.
Si se detecta una resistencia de contacto mayor que un valor predeterminado en un contacto de relé, se implementa automáticamente un proceso de limpieza electrónica exclusivo hasta que el contacto de relé alcanza su valor bajo original. Esta acción maximiza aún más el ciclo de vida de los relés.

Conclusiones

Cada uno de los 80 relés del AT3600 tiene un tiempo medio entre fallos (MTBF) probado en campo de más de 100.000.000 de operaciones, una clasificación de separación de alto voltaje de 10 kV CC o CA pico y una corriente de conmutación de hasta 3 amperios CC o CA pico.
La combinación de esto con la secuencia de autoprueba incorporada, las velocidades de conmutación del relé, el sistema de medición Kelvin, los métodos de conmutación reales y el exclusivo proceso de limpieza de relés electrónicos del AT3600 lo convierte en uno de los métodos más precisos y confiables de fijación y prueba de transformadores disponibles en un solo instrumento.

Aviso

La disposición de múltiples relés, fuentes de señal y circuitos de medición utilizados en los probadores de la serie AT de Voltech está protegida por las siguientes patentes:
EE. UU.: US5500598 ; Reino Unido: 2261957B ; Europa: 0621953B .