Interruptors de buit vs interruptors d'aire: Diferències clau

Interruptors d'aire de baixa tensió vs. interruptors de buit: Estructura, rendiment i aplicació

Els interruptors d'aire de baixa tensió, també coneguts com a interruptors universals o de caràter moldat (MCCBs), estan dissenyats per a tensions alternatives de 380/690V i tensions contínues fins a 1500V, amb corrents nominals que van des de 400A a 6300A o fins i tot 7500A. Aquests interruptors utilitzen l'aire com a mitjà d'extinció de l'arc. L'arc s'extingeix a través de l'allargament, la divisió i el refredament per mitjà d'un canal d'arc (corredor d'arc). Aquests interruptors poden interrompre corrents de curtcircuït de 50kA, 80kA, 100kA, o fins a 150kA.

Components principals i funcionalitat

• Mecanisme d'operació: Situat al davant de l'interruptor, proporciona la velocitat necessària per a la separació i tancament dels contactes. El moviment ràpid dels contactes ajuda a allargar i refredar l'arc, facilitant la seva extinció.

• Unitat intel·ligent de tripulació: Muntada al costat del mecanisme d'operació, és el "cervell" de l'interruptor de baixa tensió. Rebre senyals de corrent i tensió a través de sensors, calcula els paràmetres elèctrics i els compara amb els ajustos de protecció LSIG predefinits:

• L: Retard de llarga durada (protecció contra sobrecàrrega)

• S: Retard de curta durada (protecció contra curtcircuït)

• I: Instantània (tripulació instantània)

• G: Protecció contra fuga a terra
  Basant-se en aquests ajustos, la unitat de tripulació envia un senyal al mecanisme per obrir l'interruptor en cas de sobrecàrregues o curtcircuïts, proporcionant una protecció integral.

• Càmara d'arc i terminals: Situada a l'arrere, la càmara d'arc conté els contactes i el canal d'arc. Els tres terminals de sortida trifàsica inferiors estan equipats amb:

• Sensores electrònics de corrent (per a la entrada de senyal a la unitat de tripulació)

• Transformadors de corrent electromagnètics (CTs) (per a subministrar energia operativa a la unitat de tripulació)

El mecanisme d'operació sol tenir una vida mecànica inferior a 10.000 operacions.

Evolució de l'aire a la interrupció de buit

Històricament, hi havia interruptors d'aire de mitja tensió, però eren voluminosos, tenien una capacitat limitada d'interrupció i produïen un flash d'arc significatiu (arc no nul), fent-los perillosos i impràctics.

En contrast, els interruptors de buit (VCBs) comparteixen una disposició general similar: el mecanisme d'operació al davant, i l'interruptor a l'arrere. No obstant això, l'interruptor utilitza un interruptor de buit (o "ampolla de buit"), que és estructuralment similar a una bombilla incandescent — un sobre de vidre o ceràmica sellat i evacuat a un alt buit.

En un buit:

• Només cal un petit espai entre contactes per complir amb els requisits d'aislament i resistència a la tensió.

• L'arc es extingeix ràpidament degut a la falta de medi ionitzable i la difusió eficient del vapor metàl·lic.

Aplicacions dels interruptors de buit

Els interruptors de buit han evolucionat ràpidament i ara s'utilitzen ampliament en sistemes de baixa, mitja i alta tensió:

• VCBs de baixa tensió: Normalment amb una tensió nominal de 1.14kV, amb corrents nominals fins a 6300A i capacitat d'interrupció de curtcircuït fins a 100kA.

• VCBs de mitja tensió: Més comuns en el rang de 3.6–40.5kV, amb corrents fins a 6300A i capacitat d'interrupció fins a 63kA. Més del 95% de l'equip de commutació de mitja tensió utilitza ara la interrupció de buit.

• VCBs d'alta tensió: Els interruptors monopolar han arribat a 252kV, i s'han assolit interruptors de buit de 550kV connectant interruptors en sèrie.

Diferències clau en el disseny

En contrast amb els interruptors d'aire que utilitzen muelles de contacte, els interruptors de buit requereixen que el mecanisme d'operació:

• Proporcioni una velocitat suficient d'obertura i tancament

• Asseguri una pressió de contacte adequada

Aquesta pressió de contacte ha de mantenir-se suficient fins a 3mm de desgast dels contactes, per portar de manera fiable la corrent nominal i resistir la corrent de pica de curt durada durant les faults.

Avantatges dels interruptors de buit

• Alta fiabilitat i seguretat

• Immunes a les condicions ambientals (polssar, humitat, altitud)

• Sense flash d'arc (sense arcing extern)

• Mida compacta i intervals llargs de manteniment

Aquests avantatges fan que els interruptors de buit siguin ideals per utilitzar-se en entorns perillosos com plantes químiques, mines de carbó, instal·lacions de petroli i gas, on els riscos d'explosió i la seguretat contra incendis són crítics.

Estudi de cas real: Rendiment dels interruptors de buit vs. aire en caso de fault

Una gran planta química va instalar dos interruptors — un interruptor d'aire i un interruptor de buit — en configuracions de circuit idèntiques i els va sotmetre a les mateixes condicions de fault.

El circuit era una configuració de tie, on les fonts d'energia a cada costat de l'interruptor estaven desafinades. Això va resultar en una tensió transitoriària a través de l'espai entre contactes que s'aproximava al doble de la tensió nominal, provocant el fallament de l'interruptor.

Resultats:

• Interruptor d'aire:
  Va patir una destrucció completa. La carcassa de l'unitat de l'interruptor es va romandre, i el quadre de commutació adjacent a cada costat va ser greument endommagat. Va ser necessari un reconstrucció i reemplaçament extensius.

• Interruptor de buit:
  El fallament va ser significativament menys violent. Després de reemplaçar l'interruptor de buit i netejar els subproductes de l'arc (fulig) de l'interruptor i el compartiment, el quadre de commutació va ser restablert al servei ràpidament.

Conclusió

Els interruptors de buit mostren una millor contenció de faults, seguretat i fiabilitat en comparació amb els interruptors d'aire, especialment sota sobretensions transitories severes. Els seus interruptors de buit sellats prevenen la propagació de l'arc, minimitzant els danys i el temps d'aturada.

En entorns explosius o inflamables com plantes químiques i mines de carbó, l'operació sense arc i el rendiment robust dels interruptors de buit ofereixen una clara avantatge tecnològic i de seguretat.