Análisis exhaustivo del disyuntor de vacío: principios de funcionamiento y aplicaciones

Interruptor de vacío es un tipo de equipo de conmutación especializado en sistemas de energía eléctrica, que puede cortar rápidamente la corriente cuando el circuito está defectuoso, con el fin de proteger el circuito y los equipos relacionados. En este artículo, vamos a discutir en detalle el principio de funcionamiento, las características de diseño de disyuntor de vacío y su importancia en el sistema de energía moderna.

¿Qué es un disyuntor de vacío?

Disyuntor de vacío, denominado disyuntor con interruptor de vacío, que funciona en un medio de vacío para lograr un corte y un encendido eficientes de la corriente. Este diseño permite que los disyuntores de vacío tengan capacidades superiores de aislamiento y extinción de arcos cuando se enfrentan a altas tensiones.

Principio de funcionamiento de los disyuntores de vacío

El principio fundamental de los disyuntores de vacío es eliminar la energía de arco en los contactos (móviles y estáticos). Cuando los contactos del disyuntor se abren en el vacío, se crea un arco entre los contactos. Sin embargo, debido a que los iones y vapores metálicos se condensan rápidamente en las superficies de contacto, el arco puede extinguirse rápidamente, aumentando así la resistencia del dieléctrico. Esta característica hace que los disyuntores de vacío sean ideales para sistemas de equipos de potencia de alta tensión.

Características de los disyuntores de vacío

El dieléctrico aislante de los disyuntores de vacío presenta una excelente capacidad de extinción de arcos, comparable a la de los disyuntores de aire y SF6. Los contactos funcionan en un entorno de vacío y son capaces de romper la corriente inicial por debajo de cero, aumentando significativamente la resistencia del dieléctrico. Este diseño hace que los disyuntores de vacío sean eficientes, ligeros y rentables, al tiempo que no requieren un mantenimiento costoso.

Naturaleza de los disyuntores de vacío

La distancia de apertura del contacto es pequeña. La distancia de apertura del contacto del disyuntor de vacío es pequeña. Por ejemplo, un disyuntor de 10 kV solo necesita una distancia de apertura de unos 10 mm, con una potencia de funcionamiento pequeña y una larga vida mecánica.
El tiempo de combustión del arco es corto: el tiempo de combustión del arco de un disyuntor de vacío es muy corto, normalmente alrededor de la mitad de una onda de semana, unos 10 ms; es irrelevante para el tamaño de la corriente.
Esto se ve reforzado por las mejores características dieléctricas del vacío, que lo hacen adecuado para la desconexión de fallos en las proximidades.
Mayor tiempo de funcionamiento: dado que el desgaste en el momento del enganche de los contactos es muy pequeño, la vida eléctrica de un disyuntor de vacío es larga. Con este dispositivo, se pueden realizar de 30 a 50 aperturas a plena capacidad y la corriente nominal alcanzada puede ser de 5000 ciclos o más.
En el caso de los disyuntores de vacío, el tamaño y el peso son menores en comparación con los disyuntores convencionales; por lo tanto, la instalación y el mantenimiento resultan sencillos.
Compatible con carga capacitiva: capaz de desconectar la corriente de carga capacitiva; compatible con la aplicación de red eléctrica de alta tensión.

Tipo de disyuntor de vacío

La designación típica de un modelo de disyuntor de vacío incluye varias letras seguidas de un número, cuya combinación define las características de diseño y funcionamiento. A continuación se ofrecen algunas interpretaciones específicas:
Código de producto: para representar letras para diferentes tipos de disyuntores, "Z" para disyuntor de vacío, otros son "S" - disyuntor sin aceite, "K" - disyuntor de aire, "L" - disyuntor de hexafluoruro de azufre, etc.
Código de ubicación de la instalación: "N" significa instalación interior y "W" instalación exterior.
Serie de diseños nº: 1, 2, 3, etc., son unos números que indican una serie de diseños.
Tensión nominal kV, lo que significa que el grado de tensión nominal del disyuntor puede ser de 10kV o 12kV.
Corriente nominal en A: Valor de la corriente que el disyuntor puede soportar con seguridad, ej: 630A, 1250A, etc.
Corriente nominal de corte: valor máximo de corriente que un disyuntor es capaz de cortar en condiciones de cortocircuito, por ejemplo, 20kA, 25kA, etc.
Por ejemplo, el significado del disyuntor de vacío tipo ZN12-10 es
"Z" para disyuntor de vacío
"N" = Instalación interior
"12" representa la serie de diseño nº.
"10" indica que la tensión nominal es de 10kV.

Aplicaciones del disyuntor de vacío

Los disyuntores de vacío se utilizan en sistemas de potencia en los que la tensión oscila entre 11kV y 33kV. Durante su funcionamiento, los contactos están completamente sellados en un cilindro de vacío, lo que garantiza su separación sin generación de arcos. Entre las ventajas que ofrece este diseño se incluyen los bajos requisitos de mantenimiento, la ausencia de emisiones de gas, la larga vida útil y los bajos niveles de ruido, lo que lo hace ideal para entornos interiores.

Técnica de selección en disyuntores de vacío

La selección del disyuntor de vacío adecuado se basará en lo siguiente:

La selección se realiza en función del tipo de aparellaje:
En celdas fijas de interior, como las de 10kV, este tipo de interruptor ZN28 es el más aplicable, ya que tiene propiedades para operaciones eléctricas y manuales mediante un mecanismo de resorte.
En las celdas interiores del tipo de apertura por movimiento, como las del tipo KYN con mecanismo de accionamiento integrado por resorte, puede elegirse el disyuntor del tipo VS1.
Selección de corriente nominal: La corriente nominal normal será de 630A, 1000A, 1250A, 1600A, etc. Debe seleccionarse de acuerdo con el cálculo de la corriente de carga.
Por ejemplo, un transformador de 2000kVA de corriente nominal de 115,5A seleccionaría un disyuntor de 630A como:.
Calibración de la corriente de corte La corriente de corte asignada del disyuntor deberá ser superior al valor de pico de la corriente de cortocircuito en el lugar de instalación.
Por ejemplo, cuando la corriente máxima de cortocircuito es de 26kA; se puede seleccionar la siguiente especificación: el disyuntor cuya corriente de apertura es de 31,5kA.
Otras variables de calibración son el espaciado relativo de las fases, los parámetros dependientes de la instalación, las condiciones de enclavamiento, la presencia de una bobina de sobreintensidad o de pérdida de tensión, entre otros, para la compatibilidad del sistema.

Principio de funcionamiento de los disyuntores de vacío de alta tensión

Los interruptores automáticos de vacío de alta tensión son interruptores diseñados para sistemas de alimentación de alta tensión que utilizan el vacío como medio de aislamiento y extinción de arcos, y se caracterizan por su pequeño tamaño, peso ligero y mantenimiento sencillo.

Componentes de los disyuntores de vacío

Los componentes importantes de un disyuntor de vacío incluyen tirantes, conexiones flexibles, terminales, indicadores de vacío, palancas de operación, levas de bloqueo y resortes del disyuntor.

Los principales componentes de un disyuntor de vacío incluyen:

Botella de vacío: el componente central, utilizado para el aislamiento y el apagado del arco, generalmente de material cerámico o de vidrio, capaz de soportar altas temperaturas y altas presiones.
Contactos: las principales piezas de conexión eléctrica, generalmente de material de cobre, con buena conductividad eléctrica y resistencia al desgaste.
Contactos fijos: contactos fijos situados en el cuerpo del frasco de vacío para garantizar la estabilidad y seguridad del circuito.
Muelle: es la principal fuente de fuerza utilizada para empujar la separación del frasco de vacío y el contacto móvil.
Palanca de accionamiento: dispositivo que controla el estado de conmutación del disyuntor de vacío, que puede accionarse manualmente o mediante un motor eléctrico.
Varilla conductora: componente eléctrico que conecta la alimentación externa a los contactos internos del disyuntor de vacío.
Mecanismo de apertura: Mecanismo que asegura la apertura rápida del disyuntor de vacío en condiciones anormales.

Interruptor de vacío: el componente central, el entorno interno de alto vacío.
Mecanismo de funcionamiento: controla la apertura y el cierre del disyuntor.
Piezas de soporte de aislamiento: soportan las piezas y proporcionan aislamiento.
Conectores conductores: conectan las distintas partes del circuito.
Carcasa: protege los componentes internos del entorno exterior.

Mecanismo de funcionamiento

La cámara del interruptor en vacío se mantiene normalmente en un alto vacío inferior a 10^-4 Pa, un entorno que impide eficazmente el flujo de corriente. Cuando es necesario desconectar el circuito, los contactos móviles y estáticos se separan rápidamente, y el arco se extingue rápidamente debido a la falta de soporte de gas, completando así la desconexión.

El mecanismo operativo es responsable de abrir y cerrar el disyuntor, y normalmente contiene un dispositivo de almacenamiento de energía cargado por resorte que acciona los contactos para separarse liberando la energía almacenada. El mecanismo puede controlarse manualmente o a distancia.

Mantenimiento y aplicaciones

El mantenimiento de los disyuntores de vacío de alta tensión es relativamente sencillo y consiste principalmente en inspecciones periódicas del aspecto, el vacío y el desgaste de los contactos. Se utilizan ampliamente en subestaciones, distribución de energía industrial y redes urbanas para garantizar el funcionamiento seguro y fiable de los sistemas eléctricos de alta tensión.

Conclusión

Los interruptores automáticos de vacío de alta tensión se utilizan ampliamente en los sistemas eléctricos de alta tensión por su alta fiabilidad, larga vida útil y sencillo mantenimiento. En el futuro, con el progreso de la ciencia y la tecnología y el desarrollo de la red inteligente, los disyuntores de vacío desempeñarán un papel cada vez más importante en la gestión eficiente de la energía y el desarrollo sostenible.