Análisis Comparativo de Tecnologías de Interruptores de Carga de Alta Tensión

Un interruptor de carga es un tipo de dispositivo de conmutación que se coloca entre los disyuntores y los seccionadores. Cuenta con un sencillo dispositivo de extinción de arcos capaz de interrumpir la corriente de carga nominal y ciertas corrientes de sobrecarga, pero no puede interrumpir las corrientes de cortocircuito. Los interruptores de carga se pueden clasificar en tipos de alta tensión y baja tensión según su voltaje de operación.

Interruptor de carga de alta tensión de gas sólido: Este tipo utiliza la energía del propio arco para hacer que los materiales generadores de gas en la cámara de arco produzcan gas que extingue el arco. Su estructura es simple y tiene un bajo costo, cumpliendo con los requisitos de aplicación general.

Interruptor de carga de alta tensión de aire comprimido: Este tipo utiliza aire comprimido de un pistón durante el proceso de apertura para soplar el arco. Durante la interrupción, el pistón comprime el gas que se expulsa para extinguir el arco. Las excelentes propiedades aislantes del gas SF6 permiten una rápida extinción del arco, aunque la estructura es ligeramente más compleja y el orificio de salida de gas debe usar materiales resistentes a altas temperaturas, como el politetrafluoroetileno (PTFE).

Las unidades de anillo de gas ambiental también emplean diseños de interruptores de carga de aire comprimido que pueden funcionar sin interrumpidores de vacío. Estos pueden reemplazar completamente las combinaciones de interruptor de carga-fusible para la protección de transformadores, satisfaciendo las preferencias de los clientes por fusibles en lugar de disyuntores para la eliminación rápida de fallas en transformadores.

Interruptor de carga de alta tensión de vacío: Este tipo utiliza medio de vacío para la extinción de arcos, ofreciendo una larga vida eléctrica, pero a un precio relativamente más alto. Las modernas unidades de anillo de gas ambiental adoptan principalmente interruptores de tres posiciones combinados con interruptores de carga de vacío.

Interruptor de carga de alta tensión sumergido en aceite: Este tipo utiliza la energía del propio arco para descomponer y vaporizar el aceite circundante, lo que enfría y extingue el arco. Su estructura es relativamente simple, pero pesada, comúnmente utilizada en subestaciones compactas de estilo americano.

Interruptor de carga de alta tensión de SF6: Este tipo utiliza gas SF6 para la extinción de arcos, aplicado en unidades de anillo totalmente aisladas o con aislamiento de bolsa de gas. Tiene un excelente rendimiento en la interrupción de corrientes capacitivas. Los métodos de extinción de arcos de SF6 incluyen rejillas extintoras de arcos, bobinas supresoras de arcos y extinción de arcos con aire comprimido. El método de rejilla extintora de arcos se utiliza ampliamente, adoptando una estructura similar a los interruptores automáticos de baja tensión de aire. Durante la interrupción, el arco se corta y se absorbe en la rejilla extintora de arcos para enfriarlo y extinguirlo. Las rejillas extintoras de arcos pueden estar hechas de materiales aislantes o metálicos.

La estructura de la rejilla extintora de arcos es simple y puede cumplir con las aplicaciones generales de las unidades de anillo, como los requisitos de vida eléctrica E2. Para mejorar el rendimiento, es necesario optimizar los materiales y la estructura.

La bobina supresora de arcos utiliza una bobina electromagnética donde, cuando los contactos móviles y fijos se separan para producir un arco, la raíz del arco se transfiere al núcleo metálico dentro de la bobina de consumo. La corriente de arco que pasa por la bobina de consumo genera un campo magnético que actúa sobre el arco para producir fuerza de Lorentz, impulsando la raíz del arco a girar a alta velocidad alrededor del núcleo de la bobina. Esto enfría el arco mientras expone continuamente a gas SF6 fresco, extinguiéndolo cuando la corriente cruza cero. Las bobinas de consumo ofrecen un excelente rendimiento de interrupción y una larga vida eléctrica, capaces de soportar 200 operaciones de interrupción de carga activa.

Para lograr la sustitución del SF6, se han desarrollado interruptores de carga de extinción de arcos paralelos al vacío. Durante la interrupción, un interrumpidor de vacío paralelo desvía la corriente de arco hacia el interrumpidor de vacío para extinguirla. A diferencia de la interrupción en serie de vacío, este enfoque simplifica el mecanismo de operación, manteniendo el mismo mecanismo de operación que los interruptores de carga de SF6. Ofrece un tamaño compacto, instalación conveniente, fácil operación y bajo costo.

Aumentando la distancia entre contactos y otros métodos, se puede lograr la extinción de arcos con gas ambiental, realizando verdaderamente la sustitución del SF6 con gases ambientales en las unidades de anillo sin aumentar los costos (sin utilizar interruptores de vacío).