Aprenda cómo funcionan la válvula de retención y la válvula de alivio de presión en el interior de la cámara de extinción de arco del interruptor de tanque vivo SF6 de auto-soplado, para lograr la interrupción de corriente en todo el rango y una energía de maniobra reducida.
Ámbito de aplicación: Interruptores automáticos de SF6 de tanque vivo para exteriores que adoptan el principio de extinción de arco por auto-soplado (expansión térmica más compresión auxiliar), equipados con mecanismos de accionamiento por resorte. Este documento corresponde a la construcción de este tipo de cámara de extinción de arco y cumple con la definición técnica del principio de extinción de arco por autoenergía para interruptores automáticos de CA de alta tensión.
Interruptores automáticos de SF6 de tanque vivo en el taller
Para este tipo de interruptor automático, el gas SF6 sirve como medio aislante y extintor de arco. La cámara de extinción de arco aplica el principio de extinción de arco por auto-soplado (autoenergía por expansión térmica + compresión auxiliar). Encapsulada en el interior del buje de soporte de porcelana, es la unidad de interrupción central del interruptor automático.
Sus componentes principales incluyen el buje de porcelana, la base de contacto fijo, el contacto principal fijo, el contacto de arco fijo, la boquilla, el cilindro, el contacto de arco móvil, el contacto intermedio, la base de soporte inferior y la varilla de unión aislante.
En el interior de la cámara de extinción de arco hay dos cámaras funcionales, las cuales son requisitos previos para comprender el funcionamiento de la válvula:
Las dos cámaras están conectadas a través de pasos de válvula. Ante la orden de apertura, el resorte de apertura impulsa los conjuntos móviles rígidos, que incluyen el cilindro, el contacto de arco móvil y la varilla de unión, para que se desplacen hacia abajo.
En primer lugar, el contacto principal fijo se separa del contacto principal móvil, y la corriente de servicio se transfiere a los contactos de arco que aún permanecen cerrados. Posteriormente, los contactos de arco se separan y generan el arco eléctrico. Un flujo direccional de gas SF6 generado por la diferencia de presión entre las dos cámaras sopla y extingue el arco en el paso por cero de la corriente de CA.
La válvula de retención y la válvula de alivio de presión elástica controlan la dirección del flujo de gas entre las cámaras, así como el límite de presión superior de la cámara de compresión de gas. Garantizan una interrupción fiable en todo el rango de corriente y reducen la demanda de energía de accionamiento del mecanismo de operación por resorte.
Nota normativa: Según la norma IEC 62271-100, los interruptores automáticos deben superar las pruebas de interrupción de rango completo, que cubren la corriente nominal de interrupción en cortocircuito, así como las condiciones de maniobra de pequeñas corrientes inductivas y capacitivas. Las dos válvulas son componentes críticos para eliminar la zona muerta de interrupción.
Ubicación de instalación: Montada en el paso inferior de la cámara de expansión térmica dentro del cilindro. Actúa como elemento de control de apertura y cierre entre la cámara de expansión térmica y la cámara de compresión de gas. Solo permite el flujo de gas en un sentido y se abre y cierra automáticamente, impulsada por la presión diferencial a través de sus dos lados, sin requerir accionamiento externo.
Función principal: Cambiar automáticamente la fuente de gas de soplado según la magnitud de la corriente de interrupción, lograr el auto-soplado por expansión térmica para la interrupción de alta corriente y el soplado por compresión auxiliar para la interrupción de baja corriente, y garantizar una presión de soplado eficaz en todo el rango de corriente.
Durante la interrupción de un fallo por cortocircuito, la energía del arco es enorme. El flujo de gas SF6 a alta temperatura procedente de la zona del arco fluye hacia la cámara de expansión térmica y se convierte en SF6 a baja temperatura y alta presión tras el intercambio de calor. Cuando la presión de la cámara de expansión térmica es superior a la de la cámara de compresión de gas, la presión diferencial presiona la válvula de retención hasta cerrarla herméticamente. Bloquea el retroceso del gas hacia la cámara de compresión de gas y sella el gas a alta presión generado por la energía del arco en el interior de la cámara de expansión térmica.
En el paso por cero de la corriente de CA, el SF6 a alta presión almacenado en la cámara de expansión térmica sopla hacia el espacio entre contactos a alta velocidad. Enfría y arrastra el plasma, restablece rápidamente la rigidez dieléctrica a través del espacio entre contactos abiertos y completa la extinción del arco. Este es el modo de interrupción por auto-soplado de expansión térmica.
En condiciones de baja corriente, la energía del arco es limitada y el aumento de presión dentro de la cámara de expansión térmica es insuficiente. La compresión continua durante el movimiento de apertura hace que la presión dentro de la cámara de compresión de gas sea mayor que la de la cámara de expansión térmica. La presión diferencial empuja la válvula de retención hacia la posición abierta. El SF6 comprimido dentro de la cámara de compresión de gas fluye hacia el espacio de contacto a través de la válvula de retención.
En el paso por cero de la corriente, este flujo de aire de SF6 presurizado extingue el arco, lo que se conoce como modo de interrupción por soplado de compresión auxiliar.
Resumen breve: La válvula de retención funciona como un selector de fuente de gas impulsado por presión diferencial entre dos cámaras. Se bloquea para retener la presión de autosoplado de la cámara de expansión térmica bajo una fuerte corriente de cortocircuito; se abre para adoptar gas comprimido de la cámara de compresión de gas en condiciones de baja corriente. Elimina la zona muerta de interrupción de baja corriente del diseño de extinción de arco de autoenergía y garantiza una capacidad de interrupción estable que abarca desde la corriente de cortocircuito nominal hasta las pequeñas corrientes de maniobra.
Nota de cumplimiento: Las pruebas de tipo especificadas en la IEC 62271-100 incluyen la verificación de interrupción en múltiples amplitudes de corriente. La característica de presión de apertura-cierre de esta válvula debe cubrir todos los niveles de corriente de prueba para evitar una presión de soplado insuficiente y fallos de interrupción durante la maniobra de baja corriente.
Ubicación de instalación: Instalada en la parte inferior de la cámara de compresión de gas dentro del cilindro, trabajando en cooperación con la válvula de retorno de gas en la base de la cámara.
Recordatorio importante: Esta válvula NO es el dispositivo de alivio de sobrepresión para la cámara de extinción de arco. Es una válvula reguladora de presión operativa que se activa durante cada operación normal de apertura. Solo limita la presión dentro de la cámara de compresión de gas y NO liberará presión para la cámara de expansión térmica.
Función principal: Limitar la fuerza de reacción máxima de la cámara de compresión de gas, reducir sustancialmente la energía de operación requerida por el mecanismo de operación por resorte, disminuir la carga mecánica en los componentes del mecanismo y mejorar la vida útil mecánica.
Proceso de trabajo: Durante la carrera de apertura, el movimiento descendente del cilindro comprime continuamente el SF6 dentro de la cámara de compresión de gas y la presión interna aumenta gradualmente. Cuando la presión alcanza el valor umbral preestablecido, la fuerza del gas supera la precarga del resorte y levanta la válvula de alivio de presión elástica abriéndola.
Luego, la cámara de compresión de gas opera en una condición mixta: el gas sigue siendo comprimido mientras que el exceso de gas se descarga hacia el exterior. La presión de la cámara se limita cerca del valor calibrado en lugar de aumentar sin límite.
El mecanismo de operación ya no necesita contrarrestar la fuerza de reacción del gas que aumenta abruptamente, lo que reduce enormemente la demanda de energía de operación de apertura y mitiga el estrés mecánico en los resortes, bielas, ejes rotativos y otras partes.
Resumen breve: La válvula de alivio de presión elástica actúa como limitador de presión y de fuerza de reacción para la cámara de compresión de gas. Un sacrificio moderado de la presión límite superior para la cámara de compresión conlleva una reducción destacada de la energía de operación del mecanismo. Coincide con la capacidad de salida del mecanismo accionado por resorte y realiza las características del producto de bajo requisito de potencia de operación y alta fiabilidad.
Distinción clave (Elementos que se confunden fácilmente)
| Componente | Ubicación de instalación | Estado durante la interrupción de corriente de cortocircuito elevada | Estado durante la interrupción de corriente baja | Función principal |
|---|---|---|---|---|
| Válvula de retención | Paso que conecta la cámara de expansión térmica y la cámara de compresión de gas (sección inferior del cilindro) | Cerrada; gas a alta presión retenido en la cámara de expansión térmica para la interrupción por autosoplado | Abierta; gas comprimido suministrado desde la cámara de compresión de gas para el soplado auxiliar | Cambiar la fuente de gas de soplado por presión diferencial, lograr una interrupción fiable para corrientes de rango completo |
| Válvula de alivio de presión elástica | Parte inferior de la cámara de compresión de gas | Se abre a la presión ajustada; ventea el exceso de gas de la cámara de compresión para reducir la fuerza de reacción del mecanismo | Se abre a la presión ajustada; ventea el exceso de gas de la cámara de compresión para reducir la fuerza de reacción del mecanismo | Limitar la presión máxima de la cámara de compresión de gas, reducir la energía de operación de apertura y proteger el mecanismo de operación |
La válvula de retención rige el rendimiento del soplado de extinción del arco. Para escenarios de alta y baja corriente, selecciona la fuente de gas de soplado entre la autoenergía generada por el arco (cámara de expansión térmica) y la energía de compresión mecánica (cámara de compresión de gas) respectivamente. Evita la zona muerta de interrupción a baja corriente y garantiza un rendimiento de interrupción de rango completo que cumple con los requisitos de los ensayos de tipo de la norma IEC.
La válvula de alivio de presión elástica rige la carga del mecanismo de accionamiento. Confina la fuerza de reacción del gas de la cámara de compresión de gas dentro de un rango controlable y previene una demanda excesiva de energía para el mecanismo de accionamiento. Por lo tanto, la cámara de extinción del arco puede acoplarse a un mecanismo accionado por resorte compacto con una energía de salida relativamente baja, logrando características técnicas de estructura compacta, baja potencia de operación requerida y alta fiabilidad.
La acción combinada de estas dos válvulas permite que la cámara de extinción del arco de SF6 de autosoplado logre el objetivo de diseño de equilibrar una excelente capacidad de interrupción y un mecanismo de accionamiento ligero.
Recordatorio complementario de cumplimiento: La norma IEC 62271-100 exige que los interruptores de circuito superen la verificación de resistencia eléctrica C2 y resistencia mecánica M2. La resistencia a la fatiga bajo ciclos repetidos de apertura-cierre para la válvula de retención y la válvula de alivio de presión es un elemento de evaluación importante en los ensayos de tipo.
El personal de mantenimiento en sitio nunca debe modificar la precarga del resorte preestablecida de estas válvulas. Un ajuste no autorizado alterará la presión de soplado y la energía de operación del mecanismo, y puede provocar fallos de interrupción o daños en el mecanismo.
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