Interruptor de carga de alta tensión - Solución de combinación de fusible: Guía de aplicación segura basada en la corriente de transferencia

I. Problema central y objetivo​
Esta solución tiene como objetivo abordar los riesgos de seguridad que surgen debido a la discrepancia entre el parámetro central "corriente de transferencia" del "aparato eléctrico combinado interruptor de carga-fusible" y la corriente de cortocircuito real del sistema al proteger transformadores de potencia. El objetivo es proporcionar un conjunto claro de directrices para la selección, verificación y aplicación, asegurando que el aparato eléctrico combinado funcione correctamente y con fiabilidad durante las fallas del transformador. Esto evita que el interruptor de carga se dañe por interrumpir corrientes más allá de su capacidad y protege todo el sistema de distribución.

​II. Concepto clave: Corriente de transferencia​

1. ​Definición y mecanismo​
   La corriente de transferencia es el valor crítico de corriente que determina si una corriente de falla es interrumpida por el fusible o por el interruptor de carga. Su ocurrencia está estrechamente relacionada con el mecanismo de funcionamiento del aparato eléctrico combinado:
   • ​Corriente de falla pequeña: El fusible de una fase (la fase que se desconecta primero) se funde primero, y su percutor activa el mecanismo del interruptor de carga, causando que los tres polos del interruptor de carga se abran simultáneamente e interrumpan la corriente de las dos fases restantes.
   • ​Corriente de falla grande: Los tres fusibles se funden casi simultáneamente y rápidamente, interrumpiendo la corriente de falla antes de que el interruptor de carga se abra.
   • La corriente de transferencia es precisamente el límite entre estos dos modos de operación.
2. ​Método oficial de determinación​
   Según las normas IEC, la corriente de transferencia (Itr) se determina en base a:
   • El tiempo total de apertura del interruptor de carga (T0): El tiempo desde la activación del percutor del fusible hasta la separación completa de los contactos del interruptor de carga.
   • La curva característica de tiempo-corriente del fusible: En la curva característica con una desviación de fabricación del -6.5%, el valor de corriente correspondiente a un tiempo de operación de 0.9 × T0 es la corriente de transferencia.
3. ​Clasificación y factores influyentes​
   • ​Corriente de transferencia nominal: El valor estándar proporcionado por el fabricante, basado en la calificación máxima del elemento del fusible.
   • ​Corriente de transferencia real (Ic,zy)​: El valor que debe ser verificado en aplicaciones de ingeniería, derivado de la curva característica en función de la calificación real del elemento del fusible seleccionado y T0.
   • ​Principales factores influyentes: El tiempo de apertura T0 del interruptor de carga es el factor principal. Un T0 menor resulta en una corriente de transferencia mayor. Las características del fusible en sí también son un factor.

​III. Principios de aplicación central y proceso de verificación​

1. ​Regla de oro​
   Para garantizar la seguridad, se debe cumplir la siguiente condición:
   El valor de la corriente de cortocircuito trifásica en el busbar de baja tensión del transformador, convertido al lado de alta tensión (Isc) > Corriente de transferencia real del aparato eléctrico combinado (Ic,zy)
   • ​Cuando se cumple: La corriente de cortocircuito trifásica es interrumpida por el fusible, protegiendo el interruptor de carga.
   • ​Cuando no se cumple: El interruptor de carga se ve forzado a interrumpir la corriente (aproximadamente la corriente de cortocircuito bifásica) y soporta una tensión de recuperación transitoria (TRV) severa, lo que hace muy probable que la interrupción falle y conduzca a accidentes.
2. ​Pasos de selección y verificación​
   Para aplicar correctamente el aparato eléctrico combinado, se deben seguir los siguientes pasos:
3. ​Recopilar parámetros del sistema: Obtener la capacidad de cortocircuito del sistema, la capacidad del transformador y la impedancia de voltaje.
4. ​Selección preliminar: Basándose en la corriente nominal del transformador, seleccionar preliminarmente las especificaciones adecuadas del fusible y el tipo de interruptor de carga.
5. ​Calcular las corrientes clave:
   o Calcular la corriente de cortocircuito trifásica en el lado de baja tensión del transformador y convertirla al lado de alta tensión (Isc).
   o Basándose en las especificaciones del fusible seleccionado y el tiempo T0 del interruptor de carga, consultar la curva proporcionada por el fabricante para obtener la corriente de transferencia real (Ic,zy).
6. ​Realizar la verificación central: Comparar Isc y Ic,zy.
   o Si Isc > Ic,zy, la verificación se aprueba y la solución es esencialmente segura.
   o Si Isc < Ic,zy, la solución lleva riesgos y se deben tomar medidas de optimización (ver Parte IV).
7. ​Verificación final de la capacidad: Confirmar si la capacidad de interrupción de la corriente de transferencia nominal del interruptor de carga seleccionado es mayor que el Ic,zy calculado. Esto sirve como la barrera de seguridad final.

​IV. Guía para diferentes escenarios​

1. ​Capacidad del transformador ≤ 630kVA​
   • ​Solución: El uso de un aparato eléctrico combinado generalmente es seguro y económico.
   • ​Explicación: Como se muestra en la tabla, para transformadores de 500kVA y 630kVA (con impedancia del 4%), la condición Isc > Ic,zy se cumple fácilmente cuando la capacidad de cortocircuito del sistema es suficiente.
   • ​Recomendación: Se pueden seleccionar aparatos eléctricos combinados de interruptor de carga neumático ordinario.
2. ​Capacidad del transformador 800 ~ 1250kVA​
   • ​Solución: Rango de alto riesgo, se requiere una verificación estricta.
   • ​Análisis: Como se muestra en la tabla, incluso con una impedancia del transformador del 6%, es difícil cumplir la condición Isc > Ic,zy para transformadores de 800kVA y superiores. Si se seleccionan interruptores de carga de vacío o SF6 con un T0 menor, su corriente de transferencia es mayor, lo que hace aún más difícil cumplir la condición.
   • ​Medidas de optimización:
   o Priorizar el uso de interruptores de carga neumáticos con un tiempo de apertura (T0) más largo para reducir la corriente de transferencia y facilitar el cumplimiento de la condición.
   o Comunicarse activamente con los fabricantes para preguntar si los interruptores de carga de vacío o SF6 pueden ajustarse (aumentando T0) para lograr un valor de corriente de transferencia menor.
   o Si la condición no se puede cumplir después de los cálculos y la verificación, se debe abandonar la solución del aparato eléctrico combinado.
   • ​Recomendación final: Para transformadores de 1000kVA y 1250kVA, especialmente transformadores secos, se recomienda encarecidamente usar interruptores de circuito directamente.
3. ​Capacidad del transformador > 1250kVA​
   • ​Solución: Se deben utilizar interruptores de circuito para protección y control.
   • ​Explicación: El nivel de corriente de cortocircuito en esta capacidad excede el rango de protección confiable de los aparatos eléctricos combinados. Los interruptores de circuito son la única opción segura.

​V. Resumen y notas especiales​

1. ​La verificación es obligatoria: Nunca se debe depender únicamente de la experiencia o simplemente aplicar aparatos eléctricos combinados basándose en la capacidad del transformador. Se deben realizar los cálculos y comparaciones de Isc e Ic,zy.
2. ​Considerar el impacto del tipo de interruptor de carga: No se debe asumir ciegamente que los interruptores de carga de vacío o SF6, con capacidades de interrupción más fuertes, son superiores. Su T0 menor resulta en una corriente de transferencia mayor, lo que puede hacer más difícil cumplir la condición de verificación central y, en cambio, introducir riesgos.
3. ​Importancia de la capacidad de cortocircuito del sistema: La capacidad de cortocircuito del sistema afecta directamente el valor de Isc. En sistemas con capacidades de cortocircuito menores, como parques industriales o puntos finales de la red, los problemas mencionados se vuelven más pronunciados, y se debe tener especial cuidado durante la selección.