Cómo la tecnología de vacío reemplaza al SF6 en las unidades principales de anillo modernas

Las unidades de anillo (RMUs) se utilizan en la distribución secundaria de energía, conectándose directamente a usuarios finales como comunidades residenciales, sitios de construcción, edificios comerciales, carreteras, etc.

En una subestación residencial, la RMU introduce un voltaje medio de 12 kV, que luego se reduce a un voltaje bajo de 380 V a través de transformadores. El equipo de conmutación de baja tensión distribuye la energía eléctrica a las diversas unidades de usuario. Para un transformador de distribución de 1250 kVA en una comunidad residencial, la unidad de anillo de media tensión típicamente adopta una configuración de dos alimentaciones entrantes y una salida, o dos alimentaciones entrantes con múltiples salidas, con cada circuito de salida conectado a un transformador. Para un transformador de 1250 kVA, la corriente en el lado de la unidad de anillo de 12 kV es de 60 A. Se utiliza una unidad combinada de interruptor de carga y fusible (unidad FR), compuesta por un interruptor de carga y un fusible. Se emplea un fusible de 100 A, donde el interruptor de carga controla la energización o desenergización del transformador, y el fusible proporciona protección contra cortocircuitos para el transformador. El transformador de 1250 kVA produce una corriente de baja tensión de 380 V de 2500 A, que se distribuye mediante equipos de conmutación de baja tensión estandarizados de la Red Estatal.

Las RMUs aisladas con gas SF6 son compactas, y el diseño de tanque común es aún más pequeño y económico. Gracias a las excelentes propiedades aislantes y de extinción de arcos del gas SF6, los interruptores de carga dentro del equipo de conmutación utilizan gas SF6 para la extinción de arcos, capaces de interrumpir tanto corrientes de aislamiento como de carga activa de hasta 630 A.

Para las RMUs aisladas con gas ecológico, debido a la falta de un gas ecológico alternativo que iguale al SF6 en términos de aislamiento y extinción de arcos, y dado que los interruptores de desconexión no pueden interrumpir la corriente de carga, se utiliza comúnmente una combinación de un interruptor de desconexión y un interruptor de carga de vacío para cumplir la función que antes requería solo un interruptor.

La fila superior en la figura siguiente muestra el esquema del circuito primario de una RMU convencional con SF6, mientras que la fila inferior muestra el esquema del circuito primario de una RMU aislada con gas ecológico.

Se puede observar que, para el gabinete tipo F con interruptores de carga de entrada y salida en anillo, se requiere aislamiento más un interruptor de vacío; para el gabinete FR de salida del transformador, también se necesita aislamiento más un interruptor de vacío más un fusible, lo que hace que la configuración de conmutación sea más compleja.

Los parámetros eléctricos del interruptor de carga de la unidad de anillo son los siguientes:
• Corriente nominal: 630 A
• Corriente nominal de resistencia a corto plazo: 20/4 (25/4*) kA/4 s
• Corriente nominal de cierre de cortocircuito: 50 (63*) kA
• Resistencia mecánica del interruptor de carga: Clase M1, 5000 operaciones
• Resistencia mecánica del interruptor de tierra: Clase M1, 3000 operaciones
• Resistencia eléctrica del interruptor de carga: Clase E3, 200 operaciones

Por lo tanto, Schneider ha introducido un método de extinción de arco de vacío en paralelo, es decir, instalando un interrumpidor de vacío en paralelo dentro del interruptor. Durante el proceso de apertura, el mecanismo de contacto móvil del interrumpidor de vacío se impulsa de manera sincronizada, transfiriendo el arco al interrumpidor de vacío donde se extingue.

Después de la extinción del arco, los contactos del interrumpidor de vacío regresan a la posición cerrada, y durante la operación de cierre posterior del interruptor, el interrumpidor de vacío no actúa.

Este diseño requiere solo un mecanismo de operación, en comparación con las dos estructuras separadas de un interruptor de desconexión y un interruptor de vacío, resultando en un tamaño más pequeño y un costo menor. Sin embargo, en comparación con dos interruptores independientes, el mecanismo de conmutación en paralelo impone mayores requisitos en el diseño, el proceso de fabricación y la confiabilidad para garantizar una operación precisa del interruptor.

Este tipo de interruptor de carga con interrumpidor de vacío en paralelo viene en diferentes formas estructurales, pero el principio subyacente es el mismo.

Un interrumpidor de vacío miniaturizado se integra con los contactos principales del interruptor, sirviendo solo para interrumpir corrientes pequeñas de hasta 630 A.

En línea con los objetivos "Doble Carbono", los equipos de conmutación aislados con gas ecológico representan una tendencia inevitable. Sin avances tecnológicos, simplemente acumular componentes lleva a un mayor consumo de materiales y recursos, pérdidas más altas y obstaculiza el desarrollo sostenible. Mientras se investigan nuevos gases alternativos y métodos de extinción de arco, perseguir soluciones que simplifiquen los mecanismos, faciliten la operación y mejoren la confiabilidad es un camino viable para los fabricantes y productos avanzados. Los clientes también deben elegir productos alternativos tecnológicamente avanzados para ayudar a lograr los objetivos Doble Carbono más rápido.