¿Qué es el equipo de conmutación de alta tensión?

¿Qué es el equipo de conmutación de alta tensión?

Definición de equipo de conmutación de alta tensión

El equipo de conmutación de alta tensión se define como el equipo que gestiona tensiones superiores a 36 kV para garantizar una distribución de energía segura y eficiente.

Componentes principales

Los interruptores de alta tensión, como los de soplado de aire, aceite, SF6 y vacío, son esenciales para interrumpir las corrientes de alta tensión.

Características esenciales del interruptor de alta tensión

Las características esenciales que deben proporcionarse en un interruptor de alta tensión, para garantizar una operación segura y confiable, los interruptores utilizados en equipos de conmutación de alta tensión, deben ser capaces de operar de manera segura para,

• Fallas terminales.

• Fallas en línea corta.

• Corriente de magnetización de transformadores o reactancias.

• Energización de líneas de transmisión largas.

• Carga de bancos de condensadores.

• Conmutación fuera de secuencia de fase.

Interruptor de soplado de aire

En este diseño, se utiliza un chorro de aire comprimido de alta presión para extinguir el arco entre dos contactos separándose, cuando la ionización del arco es mínima en el cero de la corriente.

Interruptor de aceite

Este se clasifica además como interruptor de aceite a granel (BOCB) e interruptor de aceite mínimo (MOCB). En el BOCB, la unidad de interrupción se coloca dentro de un tanque de aceite a potencial de tierra. Aquí, el aceite se usa tanto como medio aislante como de interrupción. Por otro lado, en el MOCB, el requisito de aceite aislante se puede minimizar colocando las unidades de interrupción en una cámara aislante a potencial vivo sobre una columna aisladora.

Interruptor de SF6

El gas SF6 se utiliza comúnmente como medio de extinción de arcos en aplicaciones de alta tensión. El gas hexafluoruro de azufre es altamente electronegativo, con excelentes propiedades dieléctricas y de extinción de arcos. Estas propiedades permiten diseñar interruptores de alta tensión con dimensiones más pequeñas y distancias de contacto más cortas. Su capacidad aislante superior también ayuda a construir equipos de conmutación de tipo interior para sistemas de alta tensión.

Interruptor de vacío

En el vacío, no hay más ionización entre dos contactos portadores de corriente separados, después del cero de la corriente. El arco inicial causado por esto morirá tan pronto como cruce el próximo cero, pero ya que no hay disposición para una mayor ionización una vez que la corriente ha cruzado su primer cero, la extinción del arco se completa. Aunque el método de extinción de arco es muy rápido en VCB, aún no es una solución adecuada para equipos de conmutación de alta tensión, ya que el VCB fabricado para niveles de tensión muy altos no es económico en absoluto.

Tipos de equipos de conmutación

• Tipo GIS aislado con gas (interior),

• Tipo aislado con aire (exterior).

Gestión de fallas

Generalmente, la carga conectada al sistema de energía es inductiva por naturaleza. Debido a esta inductancia, cuando la corriente de cortocircuito se interrumpe justo por un interruptor, existe la posibilidad de un alto voltaje de rechispado de oscilación de alta frecuencia en el orden de varios cientos de Hz. Este voltaje tiene dos partes

Voltaje de recuperación transitorio con oscilación de alta frecuencia inmediatamente después de la extinción del arco.Después de que desaparece esta oscilación de alta frecuencia, aparece el voltaje de recuperación a frecuencia de red entre los contactos del interruptor.

Voltaje de recuperación transitorio

Justo después de la extinción del arco, aparece un voltaje de recuperación transitorio entre los contactos del interruptor, con alta frecuencia. Este voltaje de recuperación transitorio se acerca finalmente al voltaje de circuito abierto. Este voltaje de recuperación se puede representar como

La frecuencia de oscilación está gobernada por los parámetros del circuito L y C. La resistencia presente en el circuito de energía amortigua este voltaje transitorio. El voltaje de recuperación transitorio no tiene una sola frecuencia, es una combinación de muchas frecuencias diferentes debido a la complejidad de la red de energía.

Voltaje de recuperación a frecuencia de red

Esto no es más que el voltaje de circuito abierto que aparece entre los contactos del interruptor, justo después de que se amortigua el voltaje de recuperación transitorio. En un sistema trifásico, el voltaje de recuperación a frecuencia de red difiere en diferentes fases. Es el más alto en la primera fase. 

Si la neutral de la red no está a tierra, el voltaje entre el primer polo a ser limpiado es 1.5U donde U es el voltaje de fase. En un sistema con neutral a tierra, será 1.3U. Utilizando un resistor de amortiguamiento, se puede limitar la magnitud y la tasa de aumento del voltaje de recuperación transitorio. 

La recuperación dieléctrica del medio de extinción del arco y la tasa de aumento del voltaje de recuperación transitorio tienen gran influencia en el rendimiento del interruptor utilizado en el sistema de equipo de conmutación de alta tensión. En un interruptor de soplado de aire, el aire ionizado se desioniza muy lentamente, por lo que el aire tarda mucho tiempo en recuperar la fuerza dieléctrica. 

Es por eso que es preferible usar un resistor de bajo valor para ralentizar la tasa de aumento del voltaje de recuperación.

Por otro lado, el ABCB es menos sensible al voltaje de recuperación inicial debido al alto voltaje de arco en el interruptor de SF6, el medio de interrupción (SF6) tiene una tasa de recuperación de la fuerza dieléctrica más rápida que el aire. Un voltaje de arco más bajo hace que el interruptor de SF6 sea más sensible al voltaje de recuperación inicial.

En el interruptor de aceite, durante el arco, el gas de hidrógeno presurizado (producido durante la recombinación del aceite debido a la temperatura del arco) proporciona una rápida recuperación de la fuerza dieléctrica inmediatamente después del cero de la corriente. Por lo tanto, el OCB es más sensible a la tasa de aumento del voltaje de recuperación. También es más sensible al voltaje de recuperación transitorio inicial.

Falla en línea corta

La falla en línea corta en la red de transmisión se define como las fallas de cortocircuito ocurridas, dentro de 5 km de la longitud de la línea. Se impone una frecuencia doble en el interruptor y la diferencia entre el voltaje de recuperación transitorio del lado de la fuente y del lado de la línea, ambos voltajes comienzan desde valores instantáneos en la oposición de los interruptores antes de la interrupción.

En el lado de suministro, el voltaje oscilará a la frecuencia de suministro y finalmente se acercará al voltaje de circuito abierto. En el lado de la línea, después de la interrupción, las cargas atrapadas generan ondas viajeras iniciales a través de la línea de transmisión, ya que no hay voltaje impulsor en el lado impulsor, el voltaje finalmente se convierte en cero debido a las pérdidas de la línea.