Ventajas y Aplicaciones de los Interruptores de Circuito de Bajo Voltaje al Vacío
Interruptores de circuito de vacío de baja tensión: ventajas, aplicaciones y desafíos técnicos
Debido a su menor calificación de voltaje, los interruptores de circuito de vacío de baja tensión tienen un espacio de contacto más pequeño en comparación con los tipos de media tensión. En tales pequeños espacios, la tecnología de campo magnético transversal (TMF) es superior al campo magnético axial (AMF) para interrumpir corrientes de cortocircuito altas. Al interrumpir corrientes grandes, el arco de vacío tiende a concentrarse en un modo de arco restringido, donde las zonas de erosión localizada pueden alcanzar el punto de ebullición del material del contacto.
Sin un control adecuado, las áreas sobrecalentadas en la superficie del contacto emiten vapor metálico excesivo, lo que puede llevar a la ruptura dieléctrica del espacio del contacto bajo el voltaje de recuperación transitorio (TRV) después del cero de corriente, resultando en una falla de interrupción. La aplicación de un campo magnético transversal, perpendicular a la columna de arco, dentro del interrumpidor de vacío impulsa el arco restringido a girar rápidamente a través de la superficie del contacto. Esto reduce significativamente la erosión localizada, previene el aumento excesivo de temperatura en el cero de corriente y, por lo tanto, mejora enormemente la capacidad de interrupción del interruptor.
Ventajas de los interruptores de circuito de vacío:
Los contactos no requieren mantenimiento
Larga vida operativa, con una vida eléctrica casi igual a la vida mecánica
Los interrumpidores de vacío se pueden montar en cualquier orientación
Operación silenciosa
No hay riesgo de incendio o explosión; el arco está completamente contenido dentro de la cámara de vacío sellada, lo que los hace adecuados para entornos peligrosos y antideflagrantes, como minas de carbón
El rendimiento no se ve afectado por las condiciones ambientales circundantes, como la temperatura, el polvo, la humedad, la niebla salina o la altitud
Capacidad de soportar altos voltajes a través de brechas de vacío muy pequeñas
La interrupción de la corriente generalmente se completa en el primer cruce por cero de la corriente
Amigables con el medio ambiente y fácilmente reciclables
Los interruptores de circuito de vacío de baja tensión comparten la misma protección integral, amplias capacidades de medición y ricas características diagnósticas que los interruptores de circuito de aire convencionales (ACBs). Sin embargo, ofrecen ventajas superiores, incluyendo mayor resistencia eléctrica y mecánica, mayor número de operaciones de interrupción de cortocircuito nominal, mayor capacidad de extinción del arco y un verdadero rendimiento "sin arco de flash".
Estas características los hacen especialmente adecuados para entornos adversos y sistemas de alta tensión y baja frecuencia, como AC690V y 1140V en configuraciones TN, TT e IT, comúnmente encontradas en aplicaciones fotovoltaicas y eólicas. Permiten sistemas colectores de alta tensión que reducen las pérdidas de transmisión. Además de la protección de línea, estos interruptores también pueden proteger motores (cumpliendo con los requisitos GB50055) y generadores (cumpliendo con los estándares GB755), proporcionando a los usuarios una solución de protección de distribución de energía de baja tensión más segura, confiable y completa.
¿Por qué los interruptores de circuito de vacío no se utilizan más ampliamente en aplicaciones de baja tensión?
La razón principal radica en las demandas energéticas significativas del mecanismo de operación:
Los interruptores de circuito de baja tensión suelen emplear mecanismos de operación ligeros con componentes compactos. En contraste, los interruptores de circuito de vacío requieren mucha más energía de operación, especialmente aquellos diseñados para aplicaciones de alta capacidad de interrupción. Debido a su pequeño espacio de contacto, extinguir el arco requiere una energía intensa. Para soportar las fuerzas electromagnéticas durante la interrupción de fallas, es esencial una alta presión de contacto. Por ejemplo:
Un interruptor de vacío de 31.5kA requiere aproximadamente 3200N de fuerza de contacto.
Para mantener una presión adecuada después del desgaste del contacto, se necesita un recorrido de contacto de 4mm.
En consecuencia, la energía total requerida desde el enganche del contacto hasta el cierre completo es mucho mayor que la de los interruptores de circuito de aire.
Los requisitos específicos de energía incluyen:
45 julios para un interruptor de 40kA (fuerza de contacto: 4200N)
63 julios para un interruptor de 50kA (fuerza de contacto: 6200N)
Por lo tanto, el mecanismo de operación debe reforzarse significativamente para satisfacer estas demandas. Para una aplicación de baja tensión de 100kA, la energía requerida por un interrumpidor de vacío excede la capacidad de los mecanismos de operación de baja tensión estándar.
Es necesario un upgrade completo—muelles de almacenamiento de energía más grandes, acortamiento de compresión de muelle, etc. Algunos mecanismos existentes tienen una compresión mínima (por ejemplo, solo 25mm), y incluso aumentar la rigidez del muelle no puede proporcionar suficiente energía. En cambio, se requieren mecanismos con un recorrido más largo. Como se ve en los interruptores de vacío de media tensión, los muelles accionados por levas a menudo se extienden más de 50mm, permitiendo un almacenamiento de energía suficiente. Además, la fuerza mecánica, dureza y rigidez general del mecanismo de operación deben mejorarse para manejar las fuerzas altas involucradas.
