Fenòmens creats durant la commutació de transformadors sense càrrega per mitjà d'interruptors de desconnexió d'alta tensió AIS
Introducció als aïlladors de alta tensió
Diferència entre els interruptors de circuit de alta tensió i els commutadors a terra
Interruptor de circuit de alta tensió (Interruptor de circuit) i Commutador a terra són dos dispositius de commutació mecànica diferents, cada un dels quals desempenya un paper crucial en els sistemes elèctrics.
Interruptor de circuit de alta tensió: S'utilitza principalment per indicar si un circuit està obert o tancat. L'interruptor de circuit té la capacitat d'interrompre la corrent, permetent-li tallar grans corrents en condicions de funció i mantenir l'estabilitat quan els punts de contacte es separen i es estableix una tensió de recuperació. Els interruptors de circuit de alta tensió es fan servir normalment per protegir els sistemes elèctrics de falles com els circuits cortocircuitats i les sobrecàrregues.
Commutador a terra: La seva funció principal és aterrar diverses parts d'un circuit, inclosa la maquinària, assegurant un contacte segur. Un commutador a terra no té la capacitat d'interrompre la corrent, per tant, no es pot utilitzar per tallar corrents de càrrega. Normalment es fa servir en conjunt amb un interruptor de circuit de alta tensió per assegurar que, després que s'obre l'interruptor de circuit, totes les parts del circuit puguin ser aterrades de manera fiable per prevenir descàrregues elèctriques accidentals.
Limitacions operacionals dels interruptors de circuit de alta tensió AIS
En l'equipament de maniobra aïllat a l'aire (AIS), un interruptor de circuit de alta tensió no pot interrompre la corrent mentre la conduïu o després que els contactes es separen i es estableix una tensió de recuperació entre ells. Això significa que si l'interruptor de circuit opera en condicions de funció, només pot interrompre eficàcement corrents petites. Específicament, quan apareix la tensió nominal entre els contactes, l'interruptor de circuit pot interrompre corrents petites, però no pot gestionar corrents altes o càrregues greus.
Funció dels commutadors a terra
El paper principal del commutador a terra és aterrar diverses parts d'un circuit, assegurant la seguretat durant la mantinguda o inspecció. Es pot utilitzar en conjunt amb un interruptor de circuit de alta tensió o independentment. Aterrant el circuit, el commutador a terra elimina efectivament l'acumulació de càrrega electroestàtica, prevé descàrregues elèctriques accidentals i proporciona seguretat per a les posteriors tasques de manteniment.
Panorama de la commutació de capacitances i transformadors sense càrrega
Capacitat de commutació de corrent capacitiva dels interruptors de circuit de alta tensió
Segons les normes IEC, els interruptors de circuit de alta tensió no estan específicament dissenyats per interrompre corrents de falla, però ja que operen en condicions de funció, s'espera que interrompin corrents petites. La definició IEC dels aïlladors (interruptors) estableix que un interruptor de circuit (aïllador) pot obrir o tancar un circuit on la corrent interrompuda o connectada és negligible, o on la tensió entre els terminals dels pols de l'interruptor de circuit no canvia.
Encara que no s'especifiqui explícitament, aquesta descripció es pot interpretar referint-se a corrents de càrrega capacitiva petites i la commutació de bucles (també coneguda com a commutació paral·lela), que en aplicacions específiques es coneixen com a commutadors de transferència de barra. La IEC 62271-102 ho confirma i estableix un límit superior de 0,5 A per a les corrents de càrrega capacitiva "negligibles", amb valors superiors que requereixen acord entre l'usuari i el fabricant.
Corrent de transferència de barra nominal
Segons la IEC 62271-102, la corrent de transferència de barra nominal es especifica com segueix:
Per a nivells de tensió 52 kV < Ur < 245 kV, la corrent de transferència de barra és el 80% de la corrent normal nominal de l'interruptor de circuit, però limitada a 1600 A.
Per a nivells de tensió 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV, la corrent de transferència de barra és el 60% de la corrent normal nominal de l'interruptor de circuit.
Per a nivells de tensió Ur > 550 kV, la corrent de transferència de barra és el 80% de la corrent normal nominal de l'interruptor de circuit, però limitada a 4000 A.
Aplicació de la commutació de transformadors sense càrrega
En la pràctica, especialment a Amèrica del Nord, els interruptors de circuit d'aire es fan servir sovint per commutar transformadors sense càrrega. La corrent de magnetització d'un transformador sense càrrega és típicament molt baixa, normalment 1 A o menys. En aquest cas, el transformador es pot representar com un circuit RLC en sèrie (tal com es mostra a la Figura 1), amb oscil·lacions relacionades subamortides, i el factor d'amplitud és 1,4 o menys per unitat.
Commutació de bucles de transmissió en paral·lel
Una altra pràctica comuna és ampliar la transferència de barra a la commutació entre bucles de transmissió en paral·lel, encara que la corrent sigui menor degut a la major impedància del bucle. Aquest enfocament pot reduir eficàciamnet la generació d'arc i les fluctuacions de tensió durant la commutació.
Aplicació de dispositius auxiliars de commutació
Una pràctica ampliament utilitzada a Amèrica del Nord, però menys comuna en altres regions, és l'afegició de dispositius auxiliars de commutació per mitigar la severitat dels esdeveniments de commutació. Per exemple, aquests dispositius poden minimitzar l'ocurrència de restrikes o assolir una capacitat de ruptura més gran. L'ús de dispositius auxiliars de commutació pot millorar la fiabilitat i seguretat del sistema, especialment en la gestió de corrents altes o circuits complexos.
Commutació de transformadors sense càrrega utilitzant aïlladors de alta tensió AIS
Per a la commutació de transformadors sense càrrega en el rang de 72,5–245 kV, es fan servir sovint aïlladors de alta tensió AIS. Com que la corrent de magnetització d'un transformador sense càrrega és típicament molt baixa (normalment 1 A o menys), els aïlladors poden realitzar la operació de commutació de manera segura. El transformador es pot simplificar com un circuit RLC en sèrie, amb oscil·lacions relacionades subamortides, i el factor d'amplitud és 1,4 o menys per unitat.
En aquest escenari, la tasca principal de l'aïllador és assegurar que la corrent de magnetització del transformador no provoqui arcs significatius o fluctuacions de tensió durant la commutació. A través d'un disseny i funcionament adequats, els aïlladors de alta tensió AIS poden aconseguir eficàciamnet aquesta tasca, assegurant el funcionament segur i estable del sistema elèctric.
S'ha mostrat una traça d'un esdeveniment de commutació real al Camp 2.
La tensió de recuperació transitoria (TRV) a través del commutador d'aïllament és, per tant, la diferència entre la tensió de la font i l'oscil·lació del costat del transformador, tal com es mostra a la Figura 3.
Interrupció de corrent: un esdeveniment dielèctric
L'interrupció de corrent ocorre fonamentalment quan l'espai entre els contactes esdevé suficientment gran per suportar la tensió de recuperació transitoria (TRV). Aquest procés és inherentment un esdeveniment dielèctric, on la resistència a l'aislament de l'aire o el buit entre els contactes supera la tensió aplicada, extingint efectivament l'arc i interrompent el flux de corrent.
Interrupció de la corrent de magnetització d'un transformador sense càrrega
L'interrupció de la corrent de magnetització d'un transformador sense càrrega és un esdeveniment repetitiu d'obertura i tancament que pot resultar en múltiples restrikes. Cada restrike pot induir corrents de surtida, que allarguen la durada de l'arc, estenen el temps total de commutació i causen desgast en els contactes de l'arc. La naturalesa repetitiva d'aquests esdeveniments pot provocar un estrès significatiu en l'equipament de commutació i pot degradar-ne el rendiment amb el temps.
Per mitigar aquests efectes, és crucial assegurar-se que el dispositiu de commutació pugui gestionar les característiques específiques de la corrent de magnetització, com el seu comportament d'entrada i les tensions transitories associades. Un disseny i selecció adequats de l'equipament de commutació, juntament amb l'ús de dispositius auxiliars com paraigües de surtida o resistències d'amortització, poden ajudar a reduir la probabilitat de restrikes i minimitzar l'impacte en el sistema.
