Aumento de tensión no comutación de reactores shunt en interruptores
Comutación de Reactores de Deriva: Una Práctica Común en la Comutación de Cargas Inductivas
La comutación de reactores de deriva es una de las prácticas más comunes en la comutación de cargas inductivas. Los reactores de deriva se instalan para compensar la capacitancia de las líneas aéreas y se conectan o desconectan según la carga momentánea de la línea. Dado que un reactor de deriva puede tratarse como un elemento de circuito concentrado con capacitancia parásita, el circuito de carga equivalente puede simplificarse a un sencillo circuito LC (inductor-capacitor).
Oscilaciones de Voltaje al Interrumpir
En el momento de la interrupción, que a menudo implica corte de corriente, el circuito LC produce oscilaciones de voltaje. El voltaje máximo, , alcanza un pico que es 1 por unidad (p.u.) del voltaje del sistema aumentado por la contribución adicional del corte de corriente. Típicamente, la tensión de recuperación transitoria (TRV) de frecuencia única y alta frecuencia está estandarizada por IEC 62271-110 a valores entre 6.8 kHz a un voltaje nominal de 72.5 kV y 1.5 kHz a 800 kV.
Tiempo de Arco Corto y Riesgo de Reinicio
Similar a la comutación de corriente capacitiva, la corriente del reactor es lo suficientemente baja como para que la interrupción pueda ocurrir después de un tiempo de arco muy corto. Esta duración corta implica que la separación del interruptor podría no haber alcanzado un espaciado suficiente en el punto de cero corriente para soportar la TRV. Si esto ocurre, se produce un desgaste, lo que lleva a un reinicio. En este caso, el reinicio se denomina reinicio porque la TRV de alta frecuencia lo hace ocurrir dentro de un cuarto de periodo de frecuencia de potencia después de la interrupción.
Descarga de Baja Energía en el Reinicio Inductivo
A diferencia de un restablecimiento en circuitos capacitivos, la energía entregada a la descarga de reinicio inductivo es relativamente baja, siendo principalmente la descarga de la capacitancia parásita. Fluirá una corriente de reinicio de alta frecuencia breve, y la separación puede o no recuperarse del evento. Durante el flujo de corriente de reinicio, la separación abierta alcanza solo un voltaje de desgaste ligeramente mayor. Después de que la corriente de reinicio se interrumpe, la TRV posterior más alta puede llevar nuevamente al reinicio. Esto es más probable que ocurra porque, durante el breve período de conducción, la corriente de frecuencia de potencia en el reactor aumenta ligeramente, causando que la segunda TRV sea más empinada y potencialmente más alta que la anterior.
Reinicios Múltiples y Escalada de Voltaje
La secuencia de reinicios se llama reinicios múltiples, y el aumento gradual en el valor de voltaje de reinicio se conoce como escalada de voltaje (inductiva). Los reinicios múltiples pueden ser particularmente desafiantes para los interruptores de gas y aceite, por lo que la comutación de reactores de deriva a veces se denomina "la pesadilla de un interruptor". Esto es especialmente cierto porque la comutación de reactores de deriva es una operación diaria, convirtiéndose en una fuente frecuente de estrés para estos dispositivos.
Análisis de la Prueba de Interruptor SF6 con Reinicios Múltiples
En la figura dada para una prueba de interruptor SF6, se pueden observar siete reinicios antes de lograr la recuperación. Inmediatamente después de cada reinicio, una corriente de reinicio de muy alta frecuencia mantiene la separación conductora durante aproximadamente 100 μs. El voltaje máximo alcanzado a través del reactor de carga es 2.3 p.u.. Sin los reinicios, el voltaje máximo habría sido 1.08 p.u. debido a la corriente de corte muy pequeña. El valor pico de la tensión de recuperación transitoria (TRV) es 3.3 p.u..
Observaciones Clave:
Reinicios Múltiples: A pesar de la corriente de corte muy pequeña, el voltaje de carga se eleva significativamente después de varios reinicios. Esto resalta el impacto crítico de los reinicios en los niveles de voltaje del sistema.
Corriente de Reinicio de Alta Frecuencia: La corriente de reinicio se caracteriza por su frecuencia muy alta, que mantiene la separación conductora durante un breve período (aproximadamente 100 μs). Esta corta duración de conducción permite que el voltaje se acumule rápidamente, lo que lleva a reinicios subsiguientes.
Escalada de Voltaje: El voltaje máximo a través del reactor de carga alcanza 2.3 p.u., que es más del doble del voltaje esperado sin reinicios (1.08 p.u.). El valor pico de TRV de 3.3 p.u. subraya aún más la gravedad de la escalada de voltaje causada por los reinicios múltiples.
Prevención de Reinicios Múltiples en la Comutación de Reactores de Deriva
Los reinicios múltiples durante la comutación de reactores de deriva pueden evitarse eficazmente mediante técnicas de comutación controlada. En lugar de depender de la separación aleatoria de contactos, la comutación controlada asegura que los contactos se separen bien antes del punto de cero corriente. Este enfoque ofrece varias ventajas:
Evitar Tiempos de Arco Cortos: Al separar los contactos con anticipación, se extiende el tiempo de arco, permitiendo que la separación alcance un espaciado suficiente antes de que la corriente naturalmente llegue a cero. Esto reduce el riesgo de reinicio, ya que la separación está mejor preparada para soportar la tensión de recuperación transitoria (TRV).
Interrupción Oportuna: La comutación controlada asegura que la interrupción ocurra cuando la separación ya ha alcanzado un espaciado suficiente. Este timing minimiza la probabilidad de reinicio y ayuda a mantener un rendimiento estable del sistema.
Reducción de la Escalada de Voltaje: Al prevenir los reinicios, la comutación controlada también mitiga el riesgo de escalada de voltaje. El voltaje del sistema se mantiene más cercano a los valores esperados, reduciendo el estrés en el aislamiento y otros componentes.
Beneficios de la Comutación Controlada
Fiabilidad Mejorada: La comutación controlada mejora la fiabilidad general del interruptor, especialmente en aplicaciones que involucran reactores de deriva. Reduce la ocurrencia de reinicios múltiples, que de otro modo podrían llevar a daños en el equipo o inestabilidad del sistema.
Rendimiento Mejorado: Al evitar los reinicios, la comutación controlada asegura que el interruptor opere dentro de sus parámetros de diseño, manteniendo un rendimiento óptimo y prolongando la vida útil del equipo.
Ahorro de Costos: Reducir la frecuencia de reinicios puede llevar a ahorros de costos al minimizar los requisitos de mantenimiento y prevenir posibles fallos de equipo.
