Interruptores de vacío vs interruptores de aire: Diferenzas clave

Interruptores de aire de baixa tensión vs. interruptores de vacío: Estructura, rendemento e aplicación

Os interruptores de aire de baixa tensión, tamén coñecidos como interruptores universais ou con marco moldeado (MCCBs), están deseñados para voltaxes CA de 380/690V e voltaxes CC ata 1500V, con correntes nominais que van dende 400A a 6300A ou incluso 7500A. Estes interruptores usan o aire como medio de extinción do arco. O arco é extinguido a través da elongación, división e refrigeración por un canal de arco (corredor de arco). Estes interruptores poden interromper correntes de cortocircuito de 50kA, 80kA, 100kA ou ata 150kA.

Compoñentes principais e funcionalidade

• Mecanismo de operación: Situado na parte frontal do interruptor, proporciona a velocidade necesaria para a separación e pechado dos contactos. O rápido movemento dos contactos axuda a estirar e refrigerar o arco, facilitando a súa extinción.

• Unidade de disparo inteligente: Montada ao lado do mecanismo de operación, é o "cérebro" do interruptor de baixa tensión. Recibe señales de corrente e voltaxe a través de sensores, calcula os parámetros eléctricos e os compara cos axustes de protección LSIG predefinidos:

• L: Retardo a longo prazo (protección contra sobrecarga)

• S: Retardo a curto prazo (protección contra cortocircuito)

• I: Instantáneo (disparo instantáneo)

• G: Protección contra fallo a terra
  Basándose nestes axustes, a unidade de disparo sinaliza ao mecanismo para abrir o interruptor en caso de sobrecargas ou cortocircuitos, proporcionando unha protección comprehensiva.

• Cámara de arco e terminais: Situada na parte traseira, a cámara de arco contén os contactos e o canal de arco. Os tres terminais de saída trifásica inferiores están equipados con:

• Sensores de corrente electrónicos (para entrada de sinais á unidade de disparo)

• Transformadores de corrente electromagnéticos (CTs) (para fornecer potencia de operación á unidade de disparo)

O mecanismo de operación xeralmente ten unha vida mecánica inferior a 10.000 operacións.

Evolución do corte de aire ao corte de vacío

Históricamente, existían interruptores de aire de media tensión, pero eran voluminosos, teñan capacidade de corte limitada e producían unha importante chispa de arco (non nulo), facéndolos inseguros e impracticables.

En contraste, os interruptores de vacío (VCBs) comparten unha disposición global similar: o mecanismo de operación na parte frontal e o interruptor na parte traseira. No entanto, o interruptor usa un interruptor de vacío (ou "botella de vacío"), que é estruturalmente similar a unha bombilla incandescente — un envoltorio de vidro ou cerámica selado e evacuado a un alto vacío.

No vacío:

• Só se necesita un pequeno intervalo de contacto para cumprir os requisitos de aislamento e resistencia de voltaxe.

• O arco é rapidamente extinguido debido á ausencia de medio ionizable e á eficiente difusión do vapor metálico.

Aplicacións dos interruptores de vacío

Os interruptores de vacío desenvolveronse rapidamente e agora son ampliamente utilizados en sistemas de baixa, media e alta tensión:

• Interruptores de vacío de baixa tensión: Xeralmente calibrados a 1.14kV, con correntes nominais ata 6300A e capacidade de interrupción de cortocircuito ata 100kA.

• Interruptores de vacío de media tensión: Máis comúns no rango de 3.6–40.5kV, con correntes ata 6300A e capacidade de interrupción ata 63kA. Máis do 95% dos armarios de media tensión agora usan interrupción de vacío.

• Interruptores de vacío de alta tensión: Os interruptores monopolo alcanzaron 252kV, e os interruptores de vacío de 550kV foron logrados mediante interruptores conectados en serie.

Diferenzas clave de deseño

Ao contrario que os interruptores de aire que usan molas de contacto, os interruptores de vacío requiren que o mecanismo de operación:

• Proporcione suficiente velocidade de apertura e pechado

• Assegure suficiente presión de contacto

Esta presión de contacto debe ser suficiente mesmo despois dun desgaste de contacto de até 3mm, para transportar confiablemente a corrente nominal e resistir a corrente de pico a curto prazo durante fallos.

Ventajas dos interruptores de vacío

• Alta fiabilidade e seguridade

• Inmunes a condicións ambientais (polvo, humidade, altitude)

• Sin chispa de arco (sin arco externo)

• Tamaño compacto e intervalos de manutención prolongados

Estas ventajas fan que os interruptores de vacío sexan ideais para uso en entornos perigosos como plantas químicas, minas de carón, instalacións de petróleo e gas, onde os riscos de explosión e a seguridade contra incendios son críticos.

Estudo de caso real: Rendemento dos interruptores de vacío vs. de aire baixo fallo

Unha gran planta química instalou dous interruptores — un interruptor de aire e outro de vacío — en configuracións de circuito idénticas e sometéuxos ás mesmas condicións de fallo.

O circuito era unha configuración de ligazón, onde as fuentes de enerxía a ambos os lados do interruptor estaban desincronizadas. Isto resultou nunha tensión transitoria a través do intervalo de contacto que se acercaba ao dobre da tensión nominal, provocando a falla do interruptor.

Resultados:

• Interruptor de aire:
  Sufriu unha destrución completa. A carcasa da unidade do interruptor rompeuse, e o armario de conmutación adxacente a ambos os lados foi gravemente danado. Foi necesario unha reconstrución e substitución extensiva.

• Interruptor de vacío:
  A falla foi significativamente menos violenta. Despois de substituír o interruptor de vacío e limpar os subproductos de arco (fuligem) do interruptor e compartimento, o armario de conmutación foi restablecido rapidamente ao servizo.

Conclusión

Os interruptores de vacío demostran un contido superior de fallos, seguridade e fiabilidade comparados co interruptores de aire, especialmente baixo sobretensiones transitorias severas. Os seus interruptores de vacío selados evitan a propagación do arco, minimizando o dano e o tempo de inactividade.

En entornos explosivos ou inflamables como plantas químicas e minas de carón, a operación libre de arcos e o rendemento robusto dos interruptores de vacío proporcionan unha clara vantaxe tecnolóxica e de seguridade.