Guía de selección de interruptores de circuito de vacío: Parámetros e aplicacións

I. Selección de Interruptores de Circuito a Vacío

Los interruptores de circuito a vacío deben seleccionarse en función de la corriente nominal y la corriente de cortocircuito nominal, utilizando la capacidad real de la red eléctrica como referencia. Se debe evitar la tendencia a adoptar factores de seguridad excesivamente altos. La selección demasiado conservadora no solo conduce a una "sobre-dimensionación" (interruptor grande para carga pequeña) no económica, sino que también afecta al rendimiento del interruptor al interrumpir corrientes inductivas o capacitivas pequeñas, lo que puede causar sobretensiones por corte de corriente.

Según la literatura relevante, aproximadamente el 93,1% de los circuitos de alimentación de 10kV en las redes eléctricas operativas de China tienen una corriente nominal de 2000A o menos. Por lo tanto, la selección de la corriente de operación nominal debe centrarse principalmente en valores de 2000A y por debajo. La selección de la corriente de cortocircuito máxima debe seguir los requisitos de las "Directrices para la Planificación y Reestructuración de Redes Urbanas", evitando la búsqueda ciega de márgenes de seguridad excesivos.

Actualmente en el mercado chino, los interruptores de circuito de marcas importadas comúnmente utilizados incluyen el HVX de Schneider, el VD4 de ABB y la serie 3AE de Siemens. Las marcas nacionales incluyen el CV1 de Changshu Switchgear, el RMVS1 de Shanglian y la serie ZN172 de Baoguang. La diferencia de calidad entre las marcas nacionales e importadas es ahora insignificante.

II. Interruptores de Circuito a Vacío y Sus Características

Un interruptor de circuito es un dispositivo de conmutación equipado con una cámara de extinción de arco especial. Puede cerrar, transportar e interrumpir corrientes bajo condiciones normales del circuito, y puede cerrar, transportar e interrumpir condiciones anormales del circuito (por ejemplo, cortocircuitos) dentro de períodos de tiempo especificados. Es adecuado para redes eléctricas con una frecuencia de 50Hz y niveles de tensión de 3,6kV y superiores, utilizado para conmutar corrientes de carga (generalmente no superiores a 4000A), corrientes de sobrecarga y corrientes de cortocircuito nominal (generalmente no superiores a 63kA).

También se puede utilizar en aplicaciones especiales para conmutar líneas de transmisión largas sin carga, transformadores sin carga, bancos de condensadores, etc., y para transportar corrientes de cortocircuito (generalmente no superiores a 63kA) durante períodos de tiempo especificados (1s, 3s, 4s), así como para cerrar sobre corrientes de cortocircuito (generalmente no superiores a 160kA). La vida mecánica de los interruptores de circuito es generalmente de 10.000 operaciones, con modelos especiales alcanzando 30.000 o 60.000 operaciones. Cuando está equipado con un actuador de imán permanente, puede alcanzar hasta 100.000 operaciones. Según CB1984-2014, la vida eléctrica de un interruptor de circuito es de 274 operaciones.

Los interruptores de circuito generalmente tienen la capacidad de recierre automático, permitiendo la restauración rápida del suministro de energía después de la eliminación de fallos, y se utilizan típicamente en aplicaciones críticas. Sin embargo, los interruptores de circuito son relativamente caros (requieren protección por relé o microprocesador correspondiente), y su tiempo de interrupción de la corriente de fallo está dentro de 80ms (dependiendo del tiempo de respuesta del relé de protección, el tiempo de disparo del interruptor y el tiempo de arco). Su velocidad de interrupción de la corriente de fallo es más lenta que la de los conjuntos de equipos de conmutación, por lo que requiere que el equipo protegido tenga suficiente capacidad de soportar la corriente de corta duración.

III. Aplicaciones Principales de los Interruptores de Circuito

Los interruptores de circuito se utilizan principalmente en empresas industriales y mineras, centrales eléctricas y subestaciones para recibir, controlar y proteger sistemas de energía. Una configuración típica (usando 12kV como ejemplo) consta de dos interruptores de entrada y uno o varios interruptores de salida (ver diagrama). La corriente de los interruptores de entrada generalmente no supera los 4000A, con una corriente de interrupción de cortocircuito generalmente no superior a 50kA. La corriente nominal de los interruptores de salida generalmente no supera los 1600A, con una corriente de interrupción de cortocircuito generalmente no superior a 40kA.

IV. Criterios de Selección para Interruptores de Circuito

• Usar un interruptor de circuito cuando se controlan corrientes de carga superiores a 630A.

• Usar un interruptor de circuito cuando se protegen transformadores con una capacidad superior a 1600kVA en el extremo del suministro de energía.

• Usar un interruptor de circuito cuando se protegen motores con una capacidad superior a 1200kW.

• Usar un interruptor de circuito cuando se conmutan bancos de condensadores.

• Usar un interruptor de circuito dedicado a generadores cuando se protegen generadores.

• Usar un interruptor de circuito cuando se protegen líneas de potencia o equipos críticos.

Ejemplos de aplicación de interruptores de circuito

V. Precauciones Durante la Operación de los Interruptores de Circuito a Vacío

Durante la operación, el mantenimiento de los interruptores de circuito a vacío debe determinarse en función de las condiciones de uso y la frecuencia de operación. Para interruptores con operaciones infrecuentes (operaciones anuales no superiores a 1/5 de la vida mecánica), una inspección rutinaria una vez al año es suficiente dentro del período de vida mecánica. Para interruptores que se operan con frecuencia, el número de operaciones entre inspecciones no debe superar 1/5 de la vida mecánica.

Cuando la frecuencia de operación es extremadamente alta o la vida mecánica/eléctrica está cerca de su fin, los intervalos de inspección deben acortarse. Los elementos de inspección y ajuste incluyen el nivel de vacío, el recorrido, el recorrido de contacto, la sincronización, la velocidad de apertura/cierre, así como las comprobaciones de los componentes principales del mecanismo de operación, las conexiones eléctricas externas, la aislación y los contactos auxiliares de la fuente de alimentación de control.

Se deben tener en cuenta los siguientes problemas durante la operación de los interruptores de circuito a vacío:

(1) Problemas de Sobretensión

Los interruptores de circuito a vacío a menudo producen sobretensiones elevadas al interrumpir corrientes pequeñas, especialmente corrientes inductivas pequeñas como las corrientes de magnetización de los transformadores, debido a un corte significativo de corriente. Además, al interrumpir corrientes capacitivas de bancos de condensadores, es difícil evitar la reencendido del arco; una vez que ocurre el reencendido, puede generar sobretensiones de reencendido. Por lo tanto, se deben instalar protectores de sobretensión de óxido metálico de alto rendimiento o dispositivos de protección RC (resistor-capacitor) para la protección.

(2) Monitoreo de la Integridad del Vacío en la Cámara de Interrupción

El nivel de vacío dentro del interruptor a vacío se mantiene generalmente entre 10⁻⁴ y 10⁻⁶ Pa. A medida que el interruptor envejece y acumula más operaciones de conmutación, o debido a influencias externas, el nivel de vacío se deteriora gradualmente. Una vez que baja por debajo de un umbral crítico, la capacidad de interrupción y la resistencia dieléctrica se verán comprometidas. Por lo tanto, el nivel de vacío dentro del interruptor debe ser probado regularmente durante la operación.

(3) Monitoreo del Desgaste de Contactos

Las superficies de contacto del interruptor a vacío se desgastan gradualmente después de múltiples interrupciones de corriente. A medida que aumenta el desgaste de los contactos, aumenta el recorrido de los contactos, lo que a su vez aumenta la carrera de trabajo de la campana, reduciendo significativamente su vida útil. Generalmente, el desgaste eléctrico máximo permitido es de alrededor de 3mm. Cuando el desgaste acumulado alcanza o supera este valor, tanto el rendimiento de interrupción como la conductividad del interruptor a vacío se degradan, indicando el final de su vida útil.

VI. Conclusión

En la selección de interruptores de circuito a vacío, se debe dar plena consideración a las condiciones reales de suministro de energía y a las características reales de la carga en el lado de la carga. La selección correcta y racional de los interruptores de circuito juega un papel significativo en la mejora de la operación segura y confiable del sistema.