El voltaje nominal de un interruptor en vacío es uno de esos parámetros que parecen sencillos, hasta que te encuentras frente a un interruptor averiado preguntándote qué salió mal. Como alguien que suministra estos componentes a diario, he visto que la confusión en torno a este número causa problemas reales. Aclarémoslo.
Comprender el concepto de tensión nominal
La tensión nominal (Ur) de unInterruptor de vacíoes el voltaje máximo del sistema para el cual está diseñado el interruptor y, esto es fundamental, define los niveles de prueba dieléctrica que debe pasar el interruptor. Cuando decimos que un interruptor tiene una "clasificación de 12 kV", queremos decir que está diseñado para usarse en sistemas donde el voltaje más alto para el equipo (Um) es de 12 kV.
Aquí es donde la mayoría de la gente se equivoca: que 12 kV no es el voltaje de funcionamiento continuo. El interruptor en sí no tiene un "voltaje de funcionamiento continuo" como lo tiene un motor o un transformador. Cuando el interruptor está abierto, la separación de contactos debe contener el voltaje del sistema más cualquier transitorio entrante. Cuando está cerrado, solo transporta corriente. El voltaje nominal le indica si el aislamiento interno (la separación de vacío, la envoltura cerámica, los escudos) puede soportar las tensiones de su sistema.
Por qué es importante el voltaje nominal en los sistemas eléctricos
El voltaje nominal impulsa tres límites de rendimiento críticos:
Capacidad de resistencia. A la frecuencia de la red y bajo el impulso de un rayo, el interruptor debe mantener a raya voltajes de prueba específicos. Un interruptor de 12 kV debe soportar una frecuencia eléctrica de 28 kV y un impulso de 75 kV según las normas IEC. Esas pruebas demuestran que el aislamiento interno puede soportar tensiones del mundo real.
Interrumpir el rendimiento. Esta es la parte que sorprende a la gente. El voltaje a través de los contactos durante una interrupción no es constante. En el caso de corriente cero, la tensión del sistema aparece a través de los contactos de separación. Si el voltaje nominal es demasiado bajo para la aplicación, es posible que el interruptor no solucione la falla: el voltaje de recuperación tensiona la separación más allá de lo que fue diseñado.
Coincidencia de aplicaciones. Instale un interruptor de 12 kV en un sistema que alcance 13,8 kV en condiciones normales y estará invitando al fracaso. Los márgenes se desvanecen. Por el contrario, usar un interruptor nominal de 24 kV en un sistema de 12 kV está bien: la sobreespecificación cuesta más pero funciona.
Factores que determinan el voltaje nominal
La gente suele preguntar: si el vacío es un aislante tan bueno, ¿por qué no todos los interruptores están clasificados para el voltaje más alto?
Brecha de contacto. Las clasificaciones de voltaje más altas requieren una mayor separación de contactos. Un interruptor de 12 kV puede tener un espacio de entre 8 y 12 mm. Una unidad de 38 kV podría tener 25 mm o más. Las brechas más grandes significan mecanismos de carrera más largos e interruptores más grandes.
Aislamiento externo. La envoltura cerámica, típicamente alúmina, debe tener una distancia de fuga suficiente para evitar descargas externas. Las clasificaciones de voltaje más altas exigen cerámicas más largas o perfiles especiales.
Blindaje interno. Los interruptores de vacío contienen protectores de vapor para controlar el arco y proteger la cerámica. A voltajes más altos, la geometría del escudo se vuelve crítica para gestionar el campo eléctrico y evitar fallas internas.
Aplicaciones basadas en voltaje nominal
Baja Tensión (hasta 1 kV). Aquí existen interruptores de vacío, aunque el aire yinterruptores de caja moldeadadominar. Los encontrará en aplicaciones de CC especializadas o en contactores de alta gama donde la larga vida útil es importante.
Media tensión: el punto óptimo (1 kV a 38 kV). Aquí es donde el vacío domina el mercado. En las clases de 5 kV, 15 kV, 27 kV y 38 kV, son estándar para:
- Aparamenta blindada en plantas industriales.
- Alimentadores de distribución de servicios públicos
- Conmutación de condensadores
- Centros de control de motores
- Recolección de energía renovable
Un interruptor de 15 kV puede manejar miles de operaciones sin mantenimiento de contactos, algo que el SF6 y el aceite no pueden igualar.
Alto voltaje (por encima de 38 kV). Históricamente territorio SF6, pero el vacío ha aumentado. Existen interruptores en vacío de 72,5 kV y están surgiendo clasificaciones de 145 kV. Para la transmisión, el vacío ofrece ventajas ambientales, aunque los interruptores se vuelven físicamente grandes.
Cómo seleccionamos el voltaje nominal correcto
Cuando un cliente viene a mí con una solicitud, esto es lo que hacemos:
Voltaje del sistema. No la placa de identificación del transformador, sino el voltaje máximo del sistema (Um). Un sistema de 13,2 kV necesita un interruptor de al menos 15 kV. Vaya siempre a la siguiente clase de voltaje estándar por encima del máximo de su sistema.
BIL-Nivel de impulso básico. Éste es el verdadero factor decisivo. La tensión soportada al impulso del rayo debe coincidir con la coordinación de aislamiento del sistema. Un interruptor de clase de 15 kV normalmente tiene un BIL de 95 kV. Si el sistema espera 110 kV debido a la alta exposición, es posible que necesite un interruptor de clase de 27 kV solo para el margen de impulso.
Deber de aplicación. ¿Cambiar condensadores? Necesita una calificación que tenga en cuenta el rendimiento sin reencendidos. ¿Arranque frecuente del motor? Verifique la vida eléctrica a la corriente de carga.
Factores ambientales. La gran altitud reduce la densidad del aire, lo que afecta la fuga externa. Por encima de los 1000 metros, reducimos la potencia o especificamos distancias de fuga más largas.
Una referencia rápida
| Voltaje máximo del sistema (uno) | Clase de tensión nominal típica | COCHE (Estándar) |
| 12 kilovoltios | 12 kilovoltios | 75 kilovoltios |
| 17,5 kilovoltios | 15 kV o 17,5 kV | 95 kilovoltios |
| 24 kilovoltios | 24 kilovoltios | 125 kilovoltios |
| 38 kilovoltios | 38 kilovoltios | 170 kilovoltios |
Por qué nuestro enfoque es diferente
No nos limitamos a publicar números de catálogo y esperar que encajen. Cada interruptor de vacío que suministramos es:
Tipo probado. No solo está diseñado según un estándar, sino que también se ha probado en un laboratorio independiente en cuanto a resistencia a la frecuencia industrial, impulso e interrupción del rendimiento al voltaje nominal.
Trazable. El registro de pruebas de cada unidad lo acompaña. Usted sabe exactamente lo que soportó ese interruptor específico antes de salir de nuestra fábrica.
Solicitud revisada. Nuestros ingenieros analizan su línea única, sus estudios de fallas y sus tareas de conmutación. Señalamos los desajustes antes de que se conviertan en fallas de campo.
La conclusión
El voltaje nominal en unInterruptor de vacíono es una sugerencia. Es el resultado de un diseño cuidadoso, pruebas rigurosas y décadas de experiencia en la industria definiendo lo que significa "seguro". Le indica la clase de voltaje del sistema para la que está construido el interruptor, definida por el voltaje máximo del sistema y los niveles de prueba asociados. Haga coincidirlo con el máximo de su sistema, no con su nominal, y evitará la aplicación incorrecta más común que veo en el campo.
Si está especificando equipo o reemplazando interruptores y las clasificaciones no están alineadas, estaré feliz de hablar sobre ello. Hacemos esto todos los días.
Referencias
- IEC 62271-100, *Aparamenta de distribución y control de alta tensión – Parte 100: Disyuntores de corriente alterna.
- IEEE C37.04, Estándar IEEE para la estructura de clasificación de disyuntores de alto voltaje de CA.
- Interruptores de vacío: teoría, diseño y aplicación, PG Slade, CRC Press.
