LTB vs DTB vs GIS: Comparación de interruptores de circuito de alta tensión

El significado básico de un interruptor de alta tensión, en términos sencillos, es que, en condiciones normales, se utiliza para abrir (interrumpir, desconectar) y cerrar (conectar, reconectar) circuitos, alimentadores o cargas específicas, como las conectadas a transformadores o bancos de condensadores. Cuando ocurre un fallo en el sistema eléctrico, los relés de protección activan el interruptor para interrumpir la corriente de carga o la corriente de cortocircuito, asegurando así la operación segura del sistema eléctrico.

Un interruptor de alta tensión es un tipo de dispositivo de conmutación de alta tensión, también comúnmente conocido como "interruptor de alta tensión", y es uno de los equipos clave en una subestación. Sin embargo, debido a los estrictos requisitos de seguridad en las subestaciones de alta tensión, el personal generalmente no puede entrar en la subestación para acercarse o acceder físicamente a estos dispositivos. En la vida diaria, uno suele ver solo líneas de transmisión de alta tensión a distancia y rara vez tiene la oportunidad de observar o tocar tales interruptores.

Entonces, ¿cómo es realmente un interruptor de alta tensión? Hoy, hablaremos brevemente sobre las clasificaciones y tipos estructurales comunes de interruptores. A diferencia de los interruptores de baja tensión que encontramos en la vida cotidiana, que típicamente utilizan solo el aire como medio de extinción de arco, los interruptores de alta tensión requieren un rendimiento extremadamente alto en términos de aislamiento y extinción de arco, y por lo tanto, necesitan medios de extinción de arco especiales para garantizar la seguridad eléctrica, la integridad del aislamiento y la extinción efectiva del arco. (Para más detalles sobre los medios de aislamiento, consulte nuestros próximos artículos.)

Existen dos métodos principales de clasificación para los interruptores de alta tensión:

1. Clasificación por medio de extinción de arco:

(1) Interruptores de aceite: Divididos en tipos de aceite a granel y de mínimo aceite. En ambos, los contactos se abren y cierran dentro del aceite, utilizando aceite de transformador como medio de extinción de arco. Debido a su limitado rendimiento, estos tipos han sido en gran medida descontinuados.

(2) Interruptores de SF₆ o gas ecológico: Utilizan hexafluoruro de azufre (SF₆) u otros gases ecológicos como medios de aislamiento y extinción de arco.

(3) Interruptores de vacío: Los contactos se abren y cierran en un vacío, donde la extinción del arco ocurre bajo condiciones de vacío.

(4) Interruptores de apagado sólido: Utilizan materiales sólidos de extinción de arco que se descomponen a altas temperaturas, produciendo gas para extinguir el arco.

(5) Interruptores de aire comprimido: Utilizan aire comprimido a alta presión para soplar el arco.

(6) Interruptores de soplado magnético: Utilizan un campo magnético en el aire para dirigir el arco hacia un conducto de arco, donde se estira, se enfría y se extingue.

En la actualidad, los interruptores de alta tensión utilizan principalmente gases, como SF₆ o alternativas ecológicas, como medios de aislamiento y extinción de arco. En el rango de media tensión, los interruptores de vacío dominan el mercado. La tecnología de vacío incluso se ha extendido a niveles de tensión de 66 kV y 110 kV, donde ya se han desarrollado e implementado interruptores de vacío.

2. Clasificación por ubicación de instalación:

Tipo interior y tipo exterior.

Además, basándose en el método de aislamiento en relación con el suelo, los interruptores de alta tensión pueden clasificarse en tres tipos estructurales:

1) Interruptor de tanque vivo (LTB):
También simplemente llamado LTB. Por definición, es un interruptor en el que la cámara de interrupción está alojada dentro de un recinto aislado de la tierra. Estructuralmente, presenta un diseño de aislador de poste. El interruptor está a alta potencial, encerrado dentro de un aislador de porcelana o compuesto, y aislado del suelo mediante aisladores de soporte.

Ventajas clave: Se pueden lograr calificaciones de voltaje más altas al conectar múltiples unidades de interrupción en serie e incrementar la altura de los aisladores de soporte. También es relativamente económico.

Los equipos basados en LTB forman el equipo de conmutación aislado por aire (AIS), y las subestaciones construidas con AIS se conocen como subestaciones AIS. Estas ofrecen una inversión baja y mantenimiento simple, pero requieren grandes áreas de terreno y mantenimiento frecuente. Son adecuadas para regiones rurales o montañosas donde el espacio es abundante, las condiciones ambientales son favorables y los presupuestos son limitados.

2) Interruptor de tanque muerto (DTB):
También abreviado como DTB. Definido como un interruptor en el que la cámara de interrupción está encerrada en un tanque metálico a tierra. La vía conductora se lleva fuera a través de embocaduras.

La diferencia fundamental entre LTB y DTB radica en la conexión a tierra: en DTB, el tanque está a potencial de tierra.

Las ventajas incluyen la posibilidad de integrar directamente transformadores de corriente (CTs) en las embocaduras, estructura compacta, huella significativamente reducida en comparación con LTB, mayor resistencia ambiental (apto para condiciones adversas) y centro de gravedad más bajo, lo que resulta en un mejor rendimiento sísmico. El principal inconveniente es el costo más elevado.

El equipo de conmutación basado en DTB se conoce como equipo de conmutación aislado híbrido (HGIS), y la subestación resultante se llama subestación HGIS.

3) Estructura combinada totalmente cerrada – Equipos de conmutación metálicos aislados por gas, comúnmente conocidos como GIS (Equipos de Conmutación Aislados por Gas) en aplicaciones de alta tensión. Este término abarca ampliamente tal equipo. El componente del interruptor en sí también puede ser específicamente llamado GCB (Interruptor de Circuito Aislado por Gas).

Aunque similar al DTB en que el interruptor está encerrado, el GIS se diferencia en que integra no solo el interruptor, sino también otros componentes esenciales de la subestación, incluyendo interruptores de seccionamiento, interruptores de puesta a tierra, transformadores instrumentales, protectores contra sobretensiones y barras colectoras, todo ello sellado dentro de un recinto metálico a tierra lleno de SF₆ (o gas aislante alternativo) a presión. Las conexiones a líneas aéreas externas se realizan a través de embocaduras o compartimentos de gas dedicados.

Las subestaciones construidas de esta manera se conocen como subestaciones GIS (o Subestaciones Aisladas por Gas según los estándares IEEE). El GIS es ideal para áreas urbanas donde el terreno es caro, o para instalaciones críticas como grandes centrales hidroeléctricas o nucleares que requieren una confiabilidad ultra alta.

Hasta ahora, las distinciones entre los tipos de interruptores de alta tensión - LTB, DTB, GCB - y las configuraciones de subestación correspondientes - AIS, HGIS, GIS - deberían estar claras.