Análise Comparativa de Tecnologias de Chaves de Carga de Alta Tensão

Um interruptor de carga é um tipo de dispositivo de comutação posicionado entre disjuntores e seccionadores. Ele possui um simples dispositivo de extinção de arco capaz de interromper a corrente de carga nominal e certas correntes de sobrecarga, mas não pode interromper correntes de curto-circuito. Os interruptores de carga podem ser classificados em tipos de alta e baixa tensão de acordo com sua tensão de operação.

Interruptor de carga de alta tensão sólido gerador de gás: Este tipo utiliza a energia do próprio arco para fazer com que materiais geradores de gás na câmara do arco produzam gás que extingue o arco. Sua estrutura é simples e de baixo custo, atendendo aos requisitos de aplicação geral.

Interruptor de carga de alta tensão a ar comprimido: Este tipo usa ar comprimido de um pistão durante o processo de abertura para soprar o arco. Durante a interrupção, o pistão comprime o gás que é ejetado para extinguir o arco. As excelentes propriedades isolantes do gás SF6 permitem uma rápida extinção do arco, embora a estrutura seja ligeiramente mais complexa e o bocal de gás deva usar materiais resistentes a altas temperaturas, como politetrafluoroetileno (PTFE).

As unidades de anel de gás ambiental também empregam designs de interruptores de carga a ar comprimido que podem operar sem interrompedores a vácuo. Estes podem substituir completamente as combinações de interruptor de carga-fusível para proteção de transformadores, atendendo à preferência dos clientes por fusíveis em vez de disjuntores para a limpeza rápida de falhas nos transformadores.

Interruptor de carga de alta tensão a vácuo: Este tipo usa meio a vácuo para extinção do arco, oferecendo longa vida elétrica, mas a um preço relativamente mais alto. As modernas unidades de anel de gás ambiental adotam principalmente interruptores de três posições combinados com interruptores de carga a vácuo.

Interruptor de carga de alta tensão a óleo: Este tipo utiliza a energia do próprio arco para decompor e vaporizar o óleo circundante, que resfria e extingue o arco. Sua estrutura é relativamente simples, mas pesada, sendo comumente usada em subestações compactas americanas.

Interruptor de carga de alta tensão SF6: Este tipo emprega gás SF6 para extinção do arco, aplicado em unidades de anel totalmente isoladas ou isoladas por bolsa de gás. Tem excelente desempenho na interrupção de correntes capacitivas. Os métodos de extinção de arco SF6 incluem grades de extinção de arco, bobinas de supressão de arco e extinção de arco a ar comprimido. O método de grade de extinção de arco é amplamente utilizado, adotando uma estrutura semelhante a interrompedores de circuito a ar de baixa tensão. Durante a interrupção, o arco é cortado e adsorvido na grade de extinção de arco para resfriamento e extinção. As grades de extinção de arco podem ser feitas de materiais isolantes ou metálicos.

A estrutura da grade de extinção de arco é simples e pode atender às aplicações gerais de unidades de anel, como os requisitos de vida elétrica E2. Para melhor desempenho, é necessária a otimização de materiais e estrutura.

A bobina de supressão de arco utiliza uma bobina eletromagnética, onde, quando os contatos móveis e fixos se separam para produzir um arco, a raiz do arco transfere-se para um núcleo metálico dentro da bobina de consumo. A corrente de arco que passa pela bobina de consumo gera um campo magnético que age sobre o arco para produzir força de Lorentz, impulsionando a raiz do arco a girar em alta velocidade ao redor do núcleo da bobina. Isso resfria o arco enquanto expõe-o continuamente a gás SF6 fresco, extinguindo-o quando a corrente cruza zero. As bobinas de consumo oferecem excelente desempenho de interrupção e longa vida elétrica, podendo suportar 200 operações de interrupção de carga ativa.

Para alcançar a substituição do SF6, foram desenvolvidos interruptores de carga de extinção de arco paralelos a vácuo. Durante a interrupção, um interrompedor a vácuo paralelo desvia a corrente de arco para o interrompedor a vácuo para extinção. Diferentemente da interrupção em série a vácuo, esta abordagem simplifica o mecanismo de operação, mantendo o mesmo mecanismo de operação que os interruptores de carga SF6. Oferece tamanho compacto, instalação conveniente, fácil operação e baixo custo.

Através do aumento da lacuna de contato e outros métodos, pode-se alcançar a extinção de arco por gás ambiental, realizando verdadeiramente a substituição do SF6 por gases ambientais nas unidades de anel sem aumentar os custos (sem o uso de interrompedores a vácuo).