LTB vs DTB vs GIS: Comparació de Interruptors de Circuit d'Alta Tensió

El significat bàsic d'un interruptor de alta tensió, en termes simples, és que, en condicions normals, s'utilitza per obrir (interrompre, desconnectar) i tancar (connectar, reconectar) circuits, alimentacions o càrregues específiques, com les connectades a transformadors o batrius de condensadors. Quan es produeix un defecte al sistema elèctric, els relés de protecció activen l'interruptor per interrompre la corrent de càrrega o la corrent de curtcircuït, assegurant així el funcionament segur del sistema elèctric. 

Un interruptor de alta tensió és un tipus de dispositiu commutador de alta tensió, també conegut com a "interruptor de alta tensió", i és una de les peces clau d'una subestació. No obstant això, degut als requisits estrictes de seguretat de les subestacions de alta tensió, el personal generalment no pot entrar a la subestació per apropar-se o accedir físicament a aquests dispositius. En la vida quotidiana, sovint només es veuen les línies de transmissió de alta tensió des de lluny i rarament es pot observar o tocar aquests interruptors.

Aleshores, quin aspecte té realment un interruptor de alta tensió? Avui, breument discutirem les classificacions i tipus estructurals comuns d'interruptors. A diferència dels commutadors de baixa tensió que trobem en la vida quotidiana, que solen utilitzar només l'aire com a medi d'extinció d'arc, els interruptors de alta tensió requereixen un rendiment extremadament alt en termes d'aislament i interrupció d'arc, i per tant necessiten medis d'extinció d'arc especials per assegurar la seguretat elèctrica, la integritat de l'aislament i l'extinció efectiva de l'arc. (Per més detalls sobre els mitjans aïllants, si us plau, consulteu els nostres articles futurs.)

Hi ha dos mètodes principals de classificació per als interruptors de alta tensió:

1. Classificació segons el medi d'extinció d'arc:

(1) Interruptors de òlit: Dividits en tipus d'òlit massiu i d'òlit mínim. En tots dos casos, els contactes s'obreuen i tanquen dins l'òlit, utilitzant l'òlit de transformador com a medi d'extinció d'arc. Degut al rendiment limitat, aquests tipus han estat gairebé totalment eliminats.

(2) Interruptors de SF₆ o gas ecològic: Utilitzen hexafluorure de sòdium (SF₆) o altres gasos ecològics com a mitjans aïllants i d'extinció d'arc.

(3) Interruptors de buit: Els contactes s'obreuen i tanquen en un buit, on l'extinció de l'arc es produeix en condicions de buit.

(4) Interruptors de extinció d'arc amb material sòlid: Utilitzen materials sòlids d'extinció d'arc que es descomponen a l'alta temperatura de l'arc, produint gas per extinguir l'arc.

(5) Interruptors de aire comprimit: Utilitzen aire comprimit a alta pressió per sopar l'arc.

(6) Interruptors de sopar magnètic: Utilitzen un camp magnètic en l'aire per dirigir l'arc cap a un canal d'arc, on es distén, refreda i s'extingeix.

Actualment, els interruptors de alta tensió utilitzen principalment gasos, com el SF₆ o alternatives ecològiques, com a mitjans d'aislament i d'extinció d'arc. En el rang de mitja tensió, els interruptors de buit dominen el mercat. La tecnologia de buit s'ha estès fins a nivells de tensió de 66 kV i 110 kV, on ja s'han desenvolupat i implementat interruptors de buit.

2. Classificació segons la ubicació d'instal·lació:

Tipus d'interior i tipus d'exterior.

Addicionalment, basant-se en el mètode d'aislament respecte a terra, els interruptors de alta tensió es poden categoritzar en tres tipus estructurals:

1) Interruptor de tanca viva (LTB):
També simplement anomenat LTB. Per definició, és un interruptor en el qual la cambra d'interrupció està allotjada dins d'un encastre aïllat de terra. Estructuralment, presenta un disseny de aïllador de post. L'interrupció està a un alt potencial, enclosa dins un aïllador de porcellana o compost, i aïllada de terra a través d'aïlladors de suport.

Avantatges clau: Es poden assolir tensions més altes connectant múltiples unitats d'interrupció en sèrie i augmentant l'alçada dels aïlladors de suport. També és relativament econòmic.

L'equipament basat en LTB forma part del Quadre de Comutació Aïllat per Aire (AIS), i les subestacions construïdes amb AIS s'anomenen subestacions AIS. Aquestes ofereixen una inversió baixa i manteniment simple, però requereixen grans àrees de terreny i manteniment freqüent. Són adequades per zones rurals o muntanyoses on hi ha espai abundant, condicions ambientals favorables i pressupostos limitats.

2) Interruptor de tanca morta (DTB):
També abreviat com DTB. Definit com un interruptor en el qual la cambra d'interrupció està enclosa en un tanque metàl·lic aterrissat. El camí conductor es porta a fora a través de bushings.

La diferència fonamental entre LTB i DTB resideix en l'aterrament: en DTB, el tanque està a potencial de terra.

Els avantatges inclouen la capacitat d'integrar directament transformadors de corrent (CTs) en els bushings, una estructura compacta, una reducció significativa de la superfície comparada amb LTB, millor resistència ambiental (adequat per a condicions severes) i un centre de gravetat més baix, resultant en un millor rendiment sísmic. El principal inconvenient és el cost més elevat.

El quadre de comutació basat en DTB s'anomena Quadre de Comutació Híbrid Aïllat per Gas (HGIS), i la subestació resultant s'anomena subestació HGIS.

3) Estructura combinada totalment tancada – Quadre de Comutació Metàl·lic Tancat Aïllat per Gas, comunament anomenat GIS (Quadre de Comutació Aïllat per Gas) en aplicacions de alta tensió. Aquest terme cobreix aquest equipament de manera general. La component d'interruptor en si mateixa també pot ser anomenada GCB (Interruptor de Circuit Aïllat per Gas).

Si bé és similar a DTB en el sentit que l'interrupció està enclosa, el GIS difereix en que integra no només l'interruptor sinó també altres components essencials de la subestació, incloent desconnectors, commutadors de terra, transformadors instrumentals, parafangs i busbars, tot ell tancat dins un encastre metàl·lic aterrissat omplert amb SF₆ (o gas aïllant alternatiu) sota pressió. Les connexions a les línies aèries externes es fan a través de bushings o compartiments de gas dedicats.

Les subestacions construïdes d'aquesta manera s'anomenen subestacions GIS (o Subestacions Aïllades per Gas segons els estandards IEE-Business). El GIS és ideal per a zones urbanes on el terreny és car, o per a instal·lacions crítiques com grans centrals hidroelèctriques o nucleares que requereixen una fiabilitat ultra-alta.

Ara, les distincions entre els tipus d'interruptors de alta tensió—LTB, DTB, GCB—and les configuracions de subestació corresponents—AIS, HGIS, GIS—deberien ser clares.