Diferencia típica entre los equipos de conmutación SF6 y vacío en alta tensión

Comparación de Interruptores al Vacío y SF6 en Equipos de Media Tensión

Cuando se trata de interrumpir corrientes de falla, especialmente aquellas asociadas con una tasa de subida muy pronunciada de la tensión de recuperación transitoria (TRV), los interruptores al vacío tienen una ventaja significativa sobre los interruptores SF6 (hexafluoruro de azufre) debido a sus características superiores de recuperación dieléctrica. A continuación, se presenta una comparación detallada, incluyendo las principales diferencias en estadísticas de ruptura, comportamiento de ruptura tardía y rendimiento en aplicaciones específicas como el conmutado de cargas inductivas y bancos de condensadores.

1. Recuperación Dieléctrica y Tensión de Recuperación Transitoria (TRV)

• Interruptores al Vacío:

• Rápida Recuperación Dieléctrica: Los interruptores al vacío son conocidos por su extremadamente rápida recuperación dieléctrica, lo cual es crucial cuando se trata de tasas de TRV altas. Después de la interrupción de la corriente, la brecha al vacío restaura rápidamente sus propiedades aislantes, lo que los hace altamente efectivos para manejar condiciones de TRV pronunciadas.

• Rendimiento Superior en TRV Pronunciada: Este tiempo de recuperación rápido permite a los interruptores al vacío manejar tensiones de recuperación transitorias con una tasa de subida muy pronunciada más eficazmente que los interruptores SF6. La rápida restauración del aislamiento minimiza el riesgo de reencendido durante la fase de TRV.

• Interruptores SF6:

• Recuperación Dieléctrica Más Lenta: Los interruptores SF6, aunque aún efectivos, tienen una recuperación dieléctrica más lenta en comparación con los interruptores al vacío. Esto significa que durante un evento de TRV pronunciado, existe un mayor riesgo de reencendido o ruptura antes de que el aislamiento se recupere completamente.

• Menos Adecuados para TRV Pronunciada: En aplicaciones donde la TRV tiene una tasa de subida muy pronunciada, los interruptores SF6 pueden no rendir tan bien como los interruptores al vacío, potencialmente llevando a un mayor estrés en el interruptor y un mayor riesgo de fallo.

2. Estadísticas de Ruptura

• Interruptores al Vacío:

• Alta Tensión de Ruptura: En principio, las brechas al vacío tienen una tensión de ruptura muy alta, lo que las hace altamente confiables en la mayoría de las condiciones operativas.

• Baja Probabilidad de Ruptura a Voltajes Moderados: A pesar de la alta tensión de ruptura, aún existe una probabilidad muy pequeña de ruptura a voltajes relativamente moderados. Sin embargo, esta probabilidad es extremadamente baja y generalmente no es una preocupación en aplicaciones prácticas.

• Interruptores SF6:

• Tensión de Ruptura Inferior: Las brechas de SF6 generalmente tienen una tensión de ruptura inferior en comparación con las brechas al vacío, lo que significa que son más susceptibles a la ruptura bajo ciertas condiciones.

• Rendimiento Más Consistente: Aunque los interruptores SF6 pueden tener una tensión de ruptura menor, tienden a tener un rendimiento más predecible y consistente en una amplia gama de condiciones operativas.

3. Comportamiento de Ruptura Tardía

• Interruptores al Vacío:

• Ruptura Tardía Espontánea: Una característica única de los interruptores al vacío es que pueden experimentar una ruptura tardía espontánea, que puede ocurrir hasta varios cientos de milisegundos después de la interrupción de la corriente. Este fenómeno es raro, pero puede ocurrir debido a la ionización residual u otros factores.

• Consecuencias Limitadas: Las consecuencias de tales eventos de ruptura tardía son mínimas porque la brecha al vacío restaura inmediatamente su aislamiento después de la ruptura. Esta propiedad de autocuración asegura que el interruptor permanezca funcional y seguro.

• Interruptores SF6:

• Sin Ruptura Tardía: Los interruptores SF6 no exhiben comportamiento de ruptura tardía, ya que el gas SF6 se desioniza rápidamente después de la interrupción de la corriente, restaurando las propiedades aislantes de la brecha.

4. Rendimiento en el Conmutado de Cargas Inductivas

• Interruptores al Vacío:

• Tasa de Reencendido Mayor: En el conmutado de cargas inductivas, particularmente al conmutar reactancias shunt, los interruptores al vacío tienden a experimentar un número significativamente mayor de reencendidos repetidos en un cero de corriente de frecuencia de potencia. Esto se debe a la rápida recuperación dieléctrica, que puede llevar a un reencendido si la TRV excede la capacidad del interruptor.

• Estrategias de Mitigación: Para mitigar este problema, se pueden usar medidas especiales como resistencias de pre-inserción o circuitos amortiguadores para limitar la TRV y reducir la probabilidad de reencendido.

• Interruptores SF6:

• Tasa de Reencendido Menor: Los interruptores SF6 generalmente tienen una tasa de reencendido menor en aplicaciones de conmutado de cargas inductivas. Esto se debe a que la recuperación dieléctrica más lenta del SF6 permite un aumento gradual del aislamiento, reduciendo las posibilidades de reencendido.

5. Conmutado de Bancos de Condensadores

• Interruptores al Vacío:

• Preocupaciones de Arco Precontacto: Al conmutar bancos de condensadores, los interruptores al vacío deben evitar corrientes de entrada muy altas. El arco precontacto, que puede ocurrir antes de que los contactos se cierren completamente, puede deteriorar las propiedades dieléctricas del sistema de contactos, llevando a posibles fallos.

• Medidas de Mitigación: Para prevenir esto, el equipo de conmutado al vacío para bancos de condensadores a menudo incluye características como resistencias de pre-inserción o mecanismos de cierre controlado para limitar la corriente de entrada y proteger el interruptor.

• Interruptores SF6:

• Mejor Manejo de Corrientes de Entrada: Los interruptores SF6 están generalmente mejor adaptados para el conmutado de bancos de condensadores porque pueden manejar corrientes de entrada más altas sin un deterioro significativo del aislamiento. Esto los hace una opción preferida para aplicaciones donde se esperan corrientes de entrada altas.

6. Diseño del Sistema de Contactos

Los sistemas de contactos de los interruptores al vacío y SF6 difieren en diseño para acomodar sus respectivos principios de funcionamiento:

• Interruptor de Circuito SF6 (Izquierda):

• El sistema de contactos en un interruptor de circuito SF6 está diseñado para trabajar con el medio gaseoso, que proporciona excelentes propiedades de extinción de arcos. Los contactos suelen ser más grandes y robustos para manejar las corrientes y disipación de energía más altas asociadas con el SF6.

• Interruptor de Circuito al Vacío (Derecha):

• El sistema de contactos en un interruptor de circuito al vacío es más simple y compacto, ya que el entorno al vacío proporciona excelentes propiedades de aislamiento y extinción de arcos. Los contactos suelen estar hechos de materiales como aleaciones de cobre-tungsteno, que tienen puntos de fusión altos y buena conductividad.

Conclusión

En resumen, los interruptores al vacío sobresalen en aplicaciones con tensiones de recuperación transitorias muy pronunciadas debido a su rápida recuperación dieléctrica, lo que los hace superiores para manejar tasas de TRV altas. Sin embargo, pueden experimentar más reencendidos en el conmutado de cargas inductivas y requieren un manejo cuidadoso al conmutar bancos de condensadores para evitar arcos precontacto. Por otro lado, los interruptores SF6 ofrecen un rendimiento más consistente en términos de estadísticas de ruptura y son más adecuados para manejar corrientes de entrada altas, lo que los convierte en una opción preferida para el conmutado de bancos de condensadores. La elección entre interruptores al vacío y SF6 depende de la aplicación específica y el tipo de carga que se está conmutando.