Interruptores de circuito de generador (GCB) frente a interruptores de circuito de alta tensión convencionales: las principales diferencias

1. Interrupción de corrientes de cortocircuito de "cruce por cero retardado"

• Interruptores de circuito convencionales: extinguen el arco en el paso natural por cero de la corriente. En una red de distribución típica, la componente de CC de la corriente de cortocircuito decae rápidamente, por lo que el paso por cero de la corriente llega casi de inmediato y la interrupción es sencilla.
• Interruptores de circuito de generador: se enfrentan a una situación muy diferente. Con la relación X/R extremadamente alta del circuito del generador, la componente de CC decae muy lentamente, lo que puede retrasar el paso por cero hacia el futuro — una condición conocida como "cruce por cero retardado". Según la norma IEC/IEEE 62271-37-013, el GCB debe ser capaz de interrumpir corrientes que transportan un porcentaje muy alto de componente de CC. Lo logra generando un alto voltaje de arco a medida que los contactos se separan, forzando la corriente a cero para que el fallo pueda ser eliminado de forma segura.

2. Tasa de crecimiento del voltaje de recuperación transitorio (TRV)

• Interruptores de circuito convencionales: experimentan un crecimiento de TRV relativamente suave para fallos en los bornes durante la separación de contactos, por lo que el rendimiento de recuperación dieléctrica requerido es modesto.
• Interruptores de circuito de generador: experimentan un crecimiento de TRV extremadamente rápido con muy poco retraso temporal en fallos de fuente del generador. Para sobrevivir a esto, un GCB necesita una velocidad de recuperación dieléctrica muy superior a la que ofrecería un interruptor de distribución de la misma clase.

3. Nivel de aislamiento y capacidad de soportar

• Interruptores de circuito convencionales: están aislados principalmente contra las variaciones normales de voltaje de la red.
• Interruptores de circuito de generador: tienen que hacer frente a cambios rápidos de voltaje cuando el generador se desconecta, lo que puede imponer sobretensiones transitorias muy altas en el interruptor. Por lo tanto, los GCB se construyen con niveles de aislamiento significativamente más altos y capacidad de soportar impulsos de rayo que los interruptores de distribución de características comparables.

4. Apertura y cierre fuera de fase

• Interruptores de circuito convencionales: por lo general, no tienen un requisito obligatorio de apertura fuera de fase, o solo uno leve.

• Interruptores de circuito de generador: deben ofrecer una fuerte apertura fuera de fase. Si el generador y la red están fuera de sincronismo — con voltaje y frecuencia desajustados — el espacio del interruptor se somete a un voltaje extremadamente alto. Por lo tanto, los GCB se especifican para corrientes de apertura fuera de fase mucho más altas que los interruptores convencionales, con una componente de CC permisible más alta en la corriente asimétrica también.

5. Corriente nominal y capacidad de ruptura

• Interruptores de circuito convencionales: están construidos para valores de corriente modestos.
• Interruptores de circuito de generador: están diseñados para corrientes elevadas. Su corriente nominal continua y su corriente de ruptura en cortocircuito superan con creces las de los interruptores de circuito de distribución, porque deben manejar el servicio extremo de grandes unidades generadoras.

6. Construcción y mecanismo de operación

• Interruptores de circuito convencionales: especialmente a voltajes más altos, donde el espacio entre fases es grande, a menudo se construyen como dispositivos operados por un solo polo, lo que conlleva el riesgo de operación de fases no simultánea.
• Los interruptores de circuito de generador suelen estar equipados con un mecanismo de operación trifásico enclavado mecánicamente para garantizar la operación síncrona. Esto previene la corriente de secuencia negativa que la operación no simultánea produciría en el estator del generador, lo que de otro modo podría dañar el rotor. Los GCB modernos también tienden a integrar el interruptor de circuito, el seccionador, el interruptor de puesta a tierra y los transformadores de instrumentos en un ensamblaje compacto.

Resumen

Un GCB no es simplemente un interruptor automático de alta tensión convencional insertado en el circuito del generador; es una protección de propósito especial diseñada para las exigencias únicas de los sistemas de generación. El interruptor convencional opera en una red de distribución donde el componente de CC decae rápidamente y la impedancia del sistema se mantiene relativamente estable, mientras que el GCB debe hacer frente a corrientes con cruce por cero retardado debido a altas relaciones X/R, una TRV extremadamente pronunciada, exigentes tareas fuera de fase y valores nominales de corriente muy elevados.

Añada el mecanismo de enclavamiento trifásico y tendrá un diseño que elimina el riesgo de daño al rotor causado por una operación no simultánea. Los interruptores de distribución simplemente no están a la altura del estrés eléctrico en la salida del generador; solo un GCB puede eliminar estas fallas en milisegundos y brindar la protección de la que dependen las grandes unidades generadoras y sus transformadores elevadores.

Editado de: Garca