Introducción al esquema de extinción de arco en paralelo de interruptores de carga de vacío sin SF6 en la unidad principal de MVRing

Cuando se desconecta el circuito de alto voltaje, el voltaje descompondrá el aire para producir gases libres de alta temperatura y alta conductividad, que aparecen como chispas instantáneas de alta temperatura, que son arcos.

El daño causado por el arco eléctrico es muy alto: genera alta temperatura, lo que desgasta la superficie del contacto y quema el material aislante. Los dos contactos originalmente desconectados generaron una corriente debido al arco, lo que prolongó el tiempo necesario para que el interruptor desconectara el circuito y agravó el daño causado por cortocircuitos en el sistema eléctrico. Los arcos eléctricos pueden provocar incendios o incluso explosiones.

Por lo tanto, la extinción de arcos eléctricos se ha convertido en un elemento clave en los equipos eléctricos de alta tensión. Tomemos como ejemplo la unidad principal de anillo. Esta debe completar la conmutación de circuitos de alta tensión y debe ubicarse en zonas densamente pobladas, como aeropuertos y zonas residenciales. Su seguridad debe estar garantizada.

Para eliminar los arcos, los métodos tradicionales incluyen principalmente las siguientes ideas:

1. Suelta el Vvoltaje.

Hablando de reducir la tensión, algunas personas esperan reducir directamente la tensión en el circuito, pero esto obviamente no es posible. Después de todo, lo que el equipo necesita hacer es completar la desconexión del circuito durante la transmisión de alta tensión. No siempre puede cambiar de transmisión de alta tensión a transmisión de baja tensión. ¡La tensión de caída aquí es la tensión en el momento en que se desconecta el contacto de caída! Sabemos que U = IR, cuando el contacto se desconecta, R aumentará instantáneamente. Si queremos minimizar U, debemos asegurarnos de que la corriente que fluye a través del contacto sea mínima en el momento en que se desconecta. También tenga en cuenta que en los circuitos de CA, los cruces por cero de corriente y tensión a menudo no están sincronizados, dependiendo del tipo de carga.

Para minimizar el voltaje en el contacto cuando este está abierto, asegúrese de que la acción ocurra cuando la corriente cruce cero. Idealmente, I es exactamente 0, U = IR = 0, por lo que no se producirá un arco. Sin embargo, este no es el caso. Esta idea es compleja. La dificultad radica en que una estructura mecánica debe funcionar con precisión con una corriente de 50 Hz. En comparación con los rápidos cambios de corriente (50 Hz), los contactos mecánicos se mueven demasiado lento. Y lo que es más importante, ¡la diferencia de tiempo entre las dos acciones también es diferente! Esta vez se activa, se desconecta después de 15 ms, y la siguiente vez, se desconecta después de 22 ms. Este rango de fluctuación es muy importante con una corriente de 50 Hz.

2. Aire Bsiguiendo a miextinguir el Arc.

Tras generarse el arco, este se puede extinguir mediante soplado de aire, lo que solemos llamar soplado de arco. Este método utiliza un flujo de aire para actuar sobre el arco, lo que permite enfriarlo eficazmente, aumentar la presión en la zona de arco y eliminar el gas libre residual, lo que le confiere un buen rendimiento de extinción. El método de soplado de arco puede ser horizontal o vertical.

Además, se pueden añadir rejillas alrededor de la zona donde se genera el arco para cortarlo. Esto facilita su rápida extinción.

Por supuesto, extinguir el arco no consiste en encontrar a alguien a quien soplar. El flujo de aire generado por el contacto puede utilizarse para completar la operación de soplado del arco.

En circunstancias normales, se utilizan la mayoría de los métodos de soplado de arco. Al fin y al cabo, su implementación no es costosa. Por ejemplo, varias cámaras de extinción de arco cuentan con mecanismos y rejillas de soplado de arco.

3. Reemplace el METROedia.

Si reemplazamos el medio con mejores propiedades aislantes e interrumpimos el circuito en este medio, se puede reducir el arco. Lo más fácil es pensar en el vacío. El efecto de extinción del arco del interruptor de vacío es muy bueno, pero su costo es elevado y su vida útil es corta.

El medio más utilizado actualmente es el hexafluoruro de azufre SF₄. Se trata de un gas sintético sintetizado hace 100 años por dos químicos franceses, Moissan y Lebeau.

El hexafluoruro de azufre tiene las siguientes características:

Su alta conductividad térmica permite disipar rápidamente la temperatura del arco. Es incoloro, inodoro, no tóxico, posee propiedades químicas estables y no es propenso a reacciones químicas a temperatura ambiente. Por lo tanto, el hexafluoruro de azufre se utiliza ampliamente en la industria eléctrica como aislante y medio de corte para equipos eléctricos de media y alta tensión. Sin embargo, el hexafluoruro de azufre es un gas de efecto invernadero y tiene un potencial de calentamiento global (PCG) de 23 500, lo que significa que 1 kilogramo de hexafluoruro de azufre tiene el mismo impacto que 23 500 kilogramos de dióxido de carbono. Esto es muy grave.

¿Existen soluciones que sean seguras, respetuosas con el medio ambiente y tengan una vida útil prolongada?

4. Paralelo Vacuum Iinterrupción (SVI) SSolución.

Esta es una solución más segura y ecológica, propuesta inicialmente por Schneider Electric y utilizada en unidades de anillo principal. La solución de interrupción en vacío en paralelo consta de una cámara de extinción de arco en vacío y un interruptor de aislamiento en el aire, lo que permite la operación común de un interruptor de tres estaciones con pocas piezas y a bajo costo.

Tomemos la solución de Schneider Electric como ejemplo para introducir el principio de SVI.

Cuando los contactos móviles se mueven, la corriente se transfiere desde los contactos estacionarios al interruptor de vacío. Cabe destacar que, al separarse el contacto móvil y el contacto estático, al estar al mismo potencial, no se produce arco eléctrico.

La corriente pasa entonces por el interruptor de vacío en posición cerrada. A continuación, accionada por el contacto móvil, la varilla pivotante gira y acciona la apertura y el cierre del interruptor de vacío.

Al finalizar la interrupción de la corriente, el contacto móvil libera la varilla pivotante y continúa girando hasta la posición de aislamiento. Gracias a la acción del resorte amortiguador, la varilla pivotante regresa a su posición original, cerrando así el interruptor de vacío.

Esta solución puede reducir el tamaño y el costo del interruptor de vacío. Dado que el interruptor de vacío solo funciona en la fase de corte, soporta la tensión transitoria de recuperación durante el corte, pero no necesita capacidad de cierre por cortocircuito, ni capacidad de soportar corrientes de corto plazo ni corrientes continuas. Durante la fase de cierre, la corriente no pasa por el interruptor de vacío. Además, durante la fase de corte, el tiempo que tarda la corriente en circular por el interruptor de vacío es de tan solo unos milímetros.

En el estado de aislamiento, los contactos móviles y los contactos estacionarios están aislados en aire seco.

Como medio de aislamiento, el aire seco tiene las siguientes ventajas:

No tóxico y seguro para los operadores. Puede tener la tranquilidad de que el equipo se instala cerca de lugares públicos sin preocuparse por fugas de gases tóxicos.

No contamina, sustituye al hexafluoruro de azufre y evita el efecto invernadero.

Es fácil de usar. Cuando el equipo se desguaza, el gas no necesita pasar por un proceso de recuperación complejo y puede liberarse directamente.

Se puede observar que la interrupción de vacío paralela tiene ventajas y es probable que reemplace la solución de hexafluoruro de azufre.

Además, descubrimos que todo el proceso se operaba de la misma manera que el interruptor de hexafluoruro de azufre de tres posiciones utilizado actualmente: una operación para la interrupción/aislamiento y la segunda para la puesta a tierra. Incluso la solución de la unidad principal de anillo de Schneider Electric ocupa el mismo espacio que el interruptor de hexafluoruro de azufre, e incluso la altura de las barras de cobre de las barras colectoras y las uniones de los cables se mantiene sin cambios. Se puede modificar fácilmente y el esquema original de hexafluoruro de azufre se transformó en uno nuevo. Por lo tanto, es una solución más ecológica y segura.