Cómo seleccionar un interruptor de circuito de alta tensión: Parámetros clave y guía de expertos

La selección de un interruptor de alta tensión es una tarea crítica que impacta directamente la seguridad, estabilidad y operación confiable de los sistemas de energía. A continuación se presentan las especificaciones técnicas clave y consideraciones al seleccionar interruptores de alta tensión—detalladas, completas y profesionales.

Proceso de Selección Central y Consideraciones Clave

I. Parámetros Básicos que Coinciden con las Condiciones del Sistema (La Base)

Esta es la exigencia fundamental—debe coincidir plenamente con las características del punto de instalación.

• Voltaje Nominal (Uₙ)

• Requisito: El voltaje nominal del interruptor debe ser mayor o igual al voltaje máximo de operación en su ubicación de instalación.

• Ejemplo: En un sistema de 10kV donde el voltaje máximo de operación es 12kV, se debe seleccionar un interruptor con un voltaje nominal de 12kV.

• Corriente Nominal (Iₙ)

• Requisito: La corriente nominal del interruptor debe ser mayor o igual a la corriente continua máxima de operación del circuito.

• Cálculo: Considere la corriente de carga normal, la capacidad de sobrecarga, la expansión potencial futura e incluya un margen de seguridad. Evite "interruptores pequeños para cargas grandes" o inversiones excesivas.

• Frecuencia Nominal (fₙ)

• Debe coincidir con la frecuencia del sistema de energía—50Hz en China.

II. Parámetros Críticos de Rendimiento ante Cortocircuitos (La Prueba de Capacidad)

Estos parámetros miden las capacidades de interrupción y cierre del interruptor y deben seleccionarse basándose en los cálculos de cortocircuito del sistema.

• Corriente de Interrupción de Cortocircuito Nominal (Iₖ)

• Definición: El valor RMS máximo de la corriente de cortocircuito que el interruptor puede interrumpir de manera confiable a voltaje nominal.

• Requisito: Este es el parámetro más crítico. La corriente de interrupción nominal del interruptor debe ser mayor o igual a la corriente de cortocircuito prospectiva máxima en el punto de instalación (generalmente la corriente de cortocircuito trifásica calculada a partir de estudios del sistema).

• Nota: Considere el crecimiento potencial en la capacidad de cortocircuito del sistema durante la vida útil del interruptor.

• Corriente de Cierre de Cortocircuito Nominal (Iₘᶜ)

• Definición: La corriente de cortocircuito pico máxima que el interruptor puede cerrar de manera exitosa.

• Requisito: Generalmente 2.5 veces el valor RMS de la corriente de interrupción nominal (valor estándar). Debe superar el pico de la corriente de cortocircuito prospectiva para resistir las enormes fuerzas electrodinámicas durante el cierre.

• Corriente de Soporte a Corto Plazo Nominal (Iₖ) / Corriente de Soporte Térmico

• Definición: El valor RMS de la corriente de cortocircuito que el interruptor puede soportar por un tiempo especificado (por ejemplo, 1s, 3s, 4s).

• Requisito: Debe ser mayor o igual al valor RMS de la corriente de cortocircuito prospectiva en el punto de instalación. Prueba la capacidad del interruptor para resistir los efectos térmicos de las corrientes de cortocircuito.

• Corriente de Soporte Pico Nominal (Iₚₖ) / Corriente de Soporte Dinámico

• Definición: El valor pico de la primera onda de corriente de cortocircuito que el interruptor puede soportar.

• Requisito: Debe ser mayor o igual al pico de la corriente de cortocircuito prospectiva. Prueba la resistencia mecánica del interruptor bajo las fuerzas electromagnéticas durante un cortocircuito.

III. Requisitos de Aislamiento y Protección Ambiental

• Tipo de Medio de Aislamiento (Elección de Tecnología Central)

• Ventajas: Capacidad de interrupción extremadamente alta, excelente rendimiento.

• Desventajas: SF₆ es un gas de efecto invernadero potente; requiere alta integridad de sellado; riesgo de fuga; mantenimiento relativamente complejo.

• Aplicación: Principalmente utilizado en sistemas de alta tensión y alta capacidad (≥35kV) o entornos especiales (por ejemplo, regiones extremadamente frías).

• Recomendación: En el rango de 10–35kV, a menos que existan requisitos especiales, prefiera interruptores de vacío por su madurez y beneficios ambientales.

• Ventajas: Fuerte capacidad de extinción de arco, larga vida útil, tamaño compacto, bajo mantenimiento, sin riesgo de explosión, amigable con el medio ambiente. Adecuado para aplicaciones de conmutación frecuente (por ejemplo, hornos de arco, conmutación de motores).

• Aplicación: La elección principal y preferida para niveles de tensión de 10–35kV hoy en día.

• Interruptor de Vacío (por ejemplo, VS1, ZN63):

• Interruptor de SF₆ (Hexafluoruro de Azufre):

• Aislamiento Externo

• Distancia de Crecimiento: Seleccione tomas y aisladores con suficiente distancia de crecimiento según el nivel de contaminación del sitio (I–IV), para prevenir descargas por contaminación.

• Condensación: Para equipos de conmutación en interiores en ambientes de alta humedad o grandes diferencias de temperatura propensos a la condensación, seleccione interruptores o equipos de conmutación equipados con calentadores o dispositivos anticondensación.

IV. Características Mecánicas y Mecanismo de Operación

• Tipo de Mecanismo de Operación

• Mecanismo de Resorte: El más común, tecnología madura, alta confiabilidad, no requiere fuente de alimentación externa. La elección preferida en la mayoría de los casos.

• Actuador de Imán Permanente (PMA): Menos componentes, estructura más simple, teóricamente mayor confiabilidad y operación más rápida. Sin embargo, la reparación en campo después de un fallo es difícil—generalmente requiere reemplazo completo.

• Mecanismo de Operación Electromagnético: Utilizado en modelos antiguos; requiere suministro de CC de alta potencia y corriente de cierre grande; gradualmente en desuso.

• Resistencia Mecánica y Eléctrica

• Resistencia Mecánica: Número de operaciones de apertura-cierre sin corriente (típicamente 10,000–30,000+ ciclos).

• Resistencia Eléctrica: Número de interrupciones normales a corriente nominal (por ejemplo, clase E2: 10,000 operaciones; clase C2: 100 interrupciones de cortocircuito). Para aplicaciones que requieren conmutación frecuente de bancos de capacitores, reactancias o motores, seleccione interruptores con alta resistencia eléctrica.

• Tiempo de Interrupción y Tiempo de Cierre-Apertura

• Para sistemas que requieren coordinación con protección relé o recierre automático rápido, preste atención al tiempo total de limpieza del interruptor (desde la iniciación de la orden de viaje hasta la extinción del arco).

V. Control Secundario y Funciones Auxiliares

• Voltaje de Control: Debe coincidir con el sistema de alimentación DC de la subestación (comúnmente DC 110V o DC 220V).

• Contactos Auxiliares: La cantidad debe cumplir con los requisitos de medición, señalización e interbloqueo.

• Funciones de Interbloqueo: Debe incluir circuitos anti-repetición confiables, interbloqueos de cierre/trip, etc., para garantizar la seguridad.

• Interfaz Inteligente: Los interruptores modernos a menudo incluyen controladores inteligentes que proporcionan medición de parámetros eléctricos, registro de fallas, monitoreo de estado y soporte para protocolos de comunicación (por ejemplo, IEC 61850), facilitando la integración en sistemas de automatización integrada.

VI. Instalación, Entorno y Marca/Servicio

• Tipo de Instalación: Fijo o extraíble (tipo cajón)? Debe coincidir con el modelo y estructura del equipo de conmutación.

• Condiciones Ambientales: Considere la altitud, la temperatura ambiente, la humedad. En altitudes elevadas, las clasificaciones del interruptor deben reducirse.

• Marca y Servicio Postventa: Elija marcas reconocidas con calidad comprobada, y considere la disponibilidad de repuestos, soporte técnico y servicio postventa.

VII. Resumen: Lista de Verificación de Selección

• Confirme los parámetros del sistema: voltaje del sistema, frecuencia, corriente máxima de operación.

• Calcule la corriente de cortocircuito: obtenga la corriente de cortocircuito prospectiva RMS y pico en el punto de instalación (proporcionada por el diseño del sistema de energía).

• Coincida las capacidades del interruptor: asegúrese de que la corriente de interrupción nominal, la corriente de cierre y las corrientes de soporte dinámico/térmico superen los valores calculados.

• Seleccione el tipo: prefiera interruptores de vacío para 10–35kV; confirme el mecanismo de operación (mecanismo de resorte preferido).

• Verifique el aislamiento externo: confirme la distancia de crecimiento según el nivel de contaminación.

• Considere necesidades especiales: ¿operación frecuente? ¿Interfaz inteligente? ¿Condiciones ambientales especiales?

• Marca y puesta en marcha: seleccione marcas confiables; durante la aceptación, enfóquese en los informes de pruebas de fábrica (especialmente resistencia del circuito principal y características mecánicas).

Siguiendo estos pasos, puede seleccionar un interruptor de alta tensión seguro, adecuado y confiable para su sistema. Para aplicaciones críticas, se recomienda encarecidamente revisar y finalizar la selección conjuntamente con ingenieros eléctricos profesionales o institutos de diseño.