Por que os interruptores de circuito a vácuo de 12kV superan a SF6/Óleo/Aire: Unha análise de solución total

Por que os interruptores de circuito a vácuo de 12kV superan os de SF6/óleo/ar: unha análise total da solución

Nas distribucións de enerxía de media tensión (MT), especialmente nos conmutadores interiores de 12kV, os interruptores de circuito a vácuo (VCBs) emerxeron como a tecnoloxía dominante, superando significativamente as alternativas históricas como os interruptores de circuito de SF₆, os interruptores de circuito de mínimo óleo e os interruptores de circuito de aire. Este informe ofrece unha comparación detallada dos VCBs interiores de 12kV contra estes competidores, destacando as súas principais vantaxes.

​I. Visión xeral das tecnoloxías competidoras​

1. ​Interruptores de circuito de SF₆
• ​Principio: Utiliza o gas hexafluoruro de azufre (SF₆) para apagar o arco e para a aislación. O SF₆ ofrece excelentes propiedades dieléctricas e de extinción do arco.
• ​Aplicación: Unha vez ampliamente utilizados en sistemas MV/HV, especialmente para aplicaciones de alta capacidade de interrupción ou exteriores. No entanto, a súa cuota de mercado en sistemas interiores de 12kV foi substituída en gran medida por VCBs debido a preocupacións ambientais e de manutención.
2. ​Interruptores de circuito de mínimo óleo
• ​Principio: Emprega óleo de transformador como medio de apagado do arco, pero utiliza significativamente menos óleo que os diseños anteriores de óleo masivo.
• ​Aplicación: Unha tecnoloxía mainstream antes dos VCBs. As principais desvantaxes inclúen riscos de incendios, alta manutención e contaminación ambiental.
3. ​Interruptores de circuito de aire
• ​Principio: Relia en soplos de aire comprimido para apagar os arcos.
• ​Aplicación: Utilizados en sistemas HV iniciais ou en aplicacións nicho. Para escenarios interiores de 12kV, os ICA son inferiores aos VCBs en capacidade de interrupción, tamaño e ruído.

​II. Principais vantaxes dos VCBs interiores de 12kV​

Os VCBs superan aos competidores en seis dimensións críticas:

1. ​Superioridade na extinción do arco e fiabilidade​
• ​Interrupción no vácuo: O vácuo é un medio ideal de aislación. A extinción do arco ocorre eficientemente no cero da corrente nun interrumpidor selado, coa rápida recuperación dieléctrica. Isto asegura unha alta fiabilidade, especialmente para operacións frecuentes.
• ​Sin risco de reencendido: Ao contrario do SF₆ ou do óleo, a interrupción no vácuo elimina virtualmente o risco de reencendido.
• ​Alta capacidade de interrupción: Os VCBs modernos de 12kV cubren un amplo rango de correntes nominais de interrupción de cortocircuito (Isc), desde 20kA ata 50kA+ (por exemplo, ZN63/VBY-12: 40kA; VS1-12: 50kA), igualando os interruptores de circuito de SF₆ e superando os de óleo/ICA.
• ​Larga vida eléctrica: Suporta 30-50 interrupcións de cortocircuito a capacidade completa (por exemplo, VT19-12, VS1-12), cumprindo os requisitos da clase E2 e superando os interruptores de circuito de óleo.
2. ​Excelencia ambiental e de seguridade​
• ​Emisións de GEE nulas: Os VCBs utilizan vácuo en lugar de SF₆ - un potente gas de efecto invernadero con un PGE ~23,500× CO₂ - eliminando desafíos reguladores e de disposición.
• ​Sin risco de incendio: Ao contrario dos interruptores de circuito baseados en óleo, os interrumpidores no vácuo non supónen ningún risco de incendio ou explosión.
• ​Operación non tóxica: Non xenera subprodutos tóxicos durante a interrupción (ao contrario da descomposición de SF₆).
3. ​Manutención mínima e longevidade​
• ​Deseño "sen manutención": Os interrumpidores no vácuo selados non requiren manutención interna durante a súa vida útil (típicamente coincidente coa durabilidade mecánica). Isto contrasta fortemente cos interruptores de circuito de SF₆ (monitorización/reposto de gas) e cos de óleo (cambio de óleo).
• ​Alta vida útil mecánica: Mecanismos operados por molas logran 10.000-30.000 operacións (clase M2), reducindo a manutención mecánica.
• ​Aislación sólida: Tecnoloxías como pólas encapsuladas con resina epoxi (por exemplo, VS1-12) aumentan a resistencia ao polvo, humidade e condensación.
4. ​Deseño compacto e flexibilidade​
• ​Pé de imaxe pequeno: Interrumpidores no vácuo compactos e mecanismos optimizados permiten deseños eficientes en espazo.
• ​Versatilidade de instalación: Mecanismos de operación integrados admiten configuracións fixas ou extraíbeis (por exemplo, para KYN28A-12/GZS1, XGN switchgear).
• ​Modularidade: Montaxe simplificado e substitución de compoñentes.
5. ​Interrupción avanzada e eficiencia de custos​
• ​Baixa corrente de corte: Minimiza a sobretensión de conmutación durante a interrupción de corrente indutiva.
• ​Conmutación capacitiva de clase C2: Baixa probabilidade de reestablecemento para bancos de condensadores.
• ​TCO baixo: Aínda que os custos iniciais poden estar alineados cos interruptores de circuito de SF₆, os VCBs ofrecen custos de vida máis baixos debido á manutención mínima, ausencia de custos de manejo de SF₆, primas de seguros reducidas (sin risco de incendio) e vida útil prolongada.
6. ​Resiliencia ambiental​
• Opera de forma fiable en condicións estándar (-15°C a +40°C, ≤1.000m de altitude). As variantes de aislación sólida toleran entornos adversos (por exemplo, alta humidade, contaminación).

​III. Resumo comparativo​

Táboa: VCB interior de 12kV vs. principais competidores

​IV. Conclusión​

Para a distribución de enerxía interior de 12kV, os interruptores de circuito a vácuo (VCBs) son a tecnoloxía indiscutible de elección. A súa superioridade na extinción do arco, fiabilidade inigualable, operación verdadeiramente sen manutención, seguridade ambiental (sin riscos de SF₆/óleo/incendio), deseño compacto e eficiencia de custos a longo prazo consolidaron a súa dominancia na infraestrutura eléctrica moderna.