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El Interruptor automático de vacío (VCB) Es el estándar aceptado a nivel mundial para la conmutación de media tensión, que ofrece una alternativa libre de mantenimiento y segura para el medio ambiente a las tecnologías SF6 y de aceite.
Tiempo de lectura: ~8 minutos | Público objetivo: Ingenieros eléctricos, EPC, operadores de servicios públicos
Referencia estándar: IEC 62271-100, IEEE C37.04
En el panorama en rápida evolución de la distribución de energía de media tensión (MT), la filosofía “instalar y olvidar” se ha convertido en el estándar de referencia para los equipos de conmutación. A medida que los sistemas eléctricos pasan de una generación centralizada a redes complejas y descentralizadas integradas con energías renovables, las exigencias a los equipos de conmutación han cambiado. Ya no basta con interrumpir una avería; los interruptores modernos deben soportar operaciones de conmutación frecuentes, resistir condiciones ambientales adversas y minimizar los gastos operativos (OPEX).
En este contexto, el disyuntor de vacío (VCB) ha ganado de manera decisiva la batalla tecnológica por los niveles de voltaje entre 12 kV y 40,5 kV. Tras haber sustituido hace décadas a los interruptores de aceite a granel y de aceite mínimo, los VCB están sustituyendo ahora sistemáticamente a la tecnología SF₆ (hexafluoruro de azufre), impulsados tanto por su rendimiento técnico superior como por las estrictas normativas medioambientales contra los gases de efecto invernadero.
Para los ingenieros eléctricos, los directores de planta y los contratistas EPC, un conocimiento superficial de los VCB es insuficiente. Para especificar correctamente los equipos para una acería con un ciclo de trabajo elevado, un centro de datos crítico o una subestación minera remota, es necesario comprender en profundidad la física interna, el comportamiento térmico y los límites dieléctricos de los VCB. Esta guía proporciona esa información a nivel de ingeniería.
Un interruptor de vacío es un dispositivo de conmutación de media o alta tensión en el que la función principal —la interrupción de la corriente— se produce dentro de una cámara herméticamente sellada conocida como Interruptor de vacío (VI). El “vacío” suele referirse a un nivel de presión inferior a $10^{-4}$ Pa ($10^{-6}$ mbar).
Para definir realmente un VCB desde una perspectiva de ingeniería, debemos fijarnos en el Física del arco. En otras tecnologías, el arco es un gas ionizado (plasma) formado a partir del medio circundante (vapor de aceite, aire o SF₆). En un interruptor de vacío, no hay gas circundante. El arco es puramente un plasma de vapor metálico, generado por la vaporización del propio material de contacto en el momento de la separación.
Entender qué es un VCB es requiere comprender lo que es no es. Consulte nuestra comparación detallada en Contactor de vacío frente a interruptor de vacío para los matices de la selección de paneles, pero en general:
El VCB aprovecha el Recorrido libre medio Principio: en un vacío elevado, los electrones pueden atravesar el espacio de contacto sin colisionar con las moléculas de gas. Sin colisiones, es difícil que se inicie una avalancha de electrones (ruptura), lo que confiere a los espacios de vacío una rigidez dieléctrica muy superior a la del aire o al SF₆ en distancias cortas.
Un interruptor de vacío no es solo un “interruptor”, sino un sistema integrado de precisión. Su fiabilidad depende de la sinergia entre el interruptor de vacío, el aislamiento y el mecanismo.
El corazón del VCB es el interruptor de vacío. Su integridad es innegociable.
El talón de Aquiles de los primeros diseños, el fuelle es un tubo de acero inoxidable similar a un acordeón que permite que el contacto móvil se desplace normalmente entre 6 mm y 20 mm sin romper el sello de vacío. Los fuelles hidroformados modernos están clasificados para Clase M2 Resistencia (de 10 000 a 30 000 operaciones mecánicas), lo que supera con creces la vida útil del sistema primario.
Debido a que los interruptores de vacío tienen una carrera (distancia) muy corta en comparación con los interruptores de SF₆ o aceite, el mecanismo debe ejercer una gran fuerza en una distancia corta con una amortiguación precisa.
Esto incluye el relé antipumping (que evita que el interruptor realice ciclos de apertura-cierre-apertura en caso de fallo prolongado), bobinas de disparo y contactos auxiliares para retroalimentación SCADA.
La operación es una carrera contra el tiempo, concretamente, una carrera entre el Tensión de recuperación transitoria (TRV) que se eleva a través de los contactos y el Recuperación dieléctrica del espacio de vacío.
La corriente fluye a través de los contactos fijos y móviles. La resistencia de contacto es extremadamente baja (medida en microohmios, $\mu\Omega$). El mecanismo externo aplica una presión inmensa (fuerza del resorte de contacto) para evitar que los contactos se abran debido a las fuerzas electrodinámicas durante un cortocircuito.
Al recibir una señal del relé de protección, el pestillo se libera. Los resortes de apertura tiran del contacto móvil hacia abajo. La velocidad de separación es fundamental: si es demasiado lenta, el arco se quema durante demasiado tiempo; si es demasiado rápida, el fuelle puede romperse.
(Nota: Consulte el diagrama de la sección 3 para obtener un desglose detallado de los componentes. Una vista detallada es fundamental para comprender el funcionamiento mecánico).
La tabla comparativa siguiente destaca por qué el VCB es la opción elegida para MV, mientras que el SF₆ se reserva para HV/EHV.
| Característica | Interruptor automático de vacío (VCB) | Interruptor automático SF₆ | Disyuntor de aire (ACB) |
|---|---|---|---|
| Medio de extinción de arco | Vacío ($<10^{-6}$ bar) | Gas hexafluoruro de azufre | Aire atmosférico |
| Número de operaciones | Alto (10 000 – 30 000) | Medio (2000-5000) | Bajo |
| Mantenimiento | Sellado de por vida | Se requieren comprobaciones de la presión del gas. | Limpieza de conductos de arco |
| Tamaño / Huella | Muy compacto | Compacto | Grande / Voluminoso |
| Peligro de incendio | Ninguno | Bajo (gas no inflamable) | Moderado (aire ionizado) |
| Medioambiental | Verde (Emisiones cero) | Alto impacto (GEI) | Neutral |
| Riesgo de reactivación | Muy bajo (alta velocidad de recuperación) | Bajo | Medio |
Las empresas de servicios públicos utilizan VCB para alimentadores de distribución (11 kV a 33 kV). Su alta fiabilidad permite instalarlos en subestaciones remotas sin personal.
Este es un bastión de los VCB. Los motores requieren arranques y paradas frecuentes. Los VCB pueden soportar miles de ciclos de conmutación sin necesidad de mantenimiento de los contactos.
Los hornos eléctricos de arco (EAF) son la prueba de tortura definitiva, ya que requieren hasta 100 operaciones de conmutación. por día. Solo los VCB (a menudo con actuadores magnéticos) pueden soportar este ciclo de trabajo. Los contactos herméticamente sellados también son inmunes al polvo de carbón conductor y a la humedad que suelen encontrarse en las minas.
Las redes inteligentes requieren una conmutación automatizada a nivel de distribución.
1. ¿Qué es el fenómeno del “corte de corriente”? Debido a que el vacío es un interruptor tan eficaz, a veces puede extinguir el arco. antes de la corriente natural cero (por ejemplo, a 3 A o 4 A en lugar de 0 A), específicamente al conmutar pequeñas corrientes inductivas (como transformadores sin carga). Este “corte” repentino atrapa la energía magnética, creando altas sobretensiones transitorias. Aunque los modernos materiales de contacto CuCr minimizan este efecto, se recomienda el uso de descargadores de sobretensión para cargas sensibles.
2. ¿Cómo se prueba un interruptor automático de vacío? No se puede comprobar visualmente el vacío.
3. ¿Por qué los VCB tienen un motor de “carga por resorte”? El resorte de cierre requiere una fuerza considerable para comprimirse. Un pequeño motor eléctrico carga este resorte automáticamente después de cada operación de cierre, lo que garantiza que el interruptor esté siempre listo para realizar un ciclo “Abrir-Cerrar-Abrir” (O-C-O) inmediatamente si se produce una falla.
4. ¿Se pueden utilizar los VCB para aplicaciones de corriente continua? Por lo general, no. Los VCB dependen de la corriente alterna cero para extinguir el arco. En un circuito de corriente continua, la corriente nunca cruza el cero de forma natural. Se necesitan circuitos especiales de “inyección de contracorriente” para utilizar la tecnología de vacío para la interrupción de la corriente continua.
5. ¿Qué ocurre si falla el fuelle? Si el fuelle presenta una grieta microscópica, se pierde el vacío. El interruptor no podrá eliminar la avería, lo que probablemente provocará una explosión catastrófica de la unidad polar debido al arco no contenido. Por eso la resistencia mecánica (clase M2) es una especificación fundamental.
6. ¿Son adecuados los VCB para la conmutación de bancos de condensadores? Sí, son excelentes para esto (clasificación C2) debido a su alta rigidez dieléctrica. Sin embargo, a veces se utilizan resistencias de conmutación precisa punto a onda o de preinserción para limitar las corrientes de arranque.
El interruptor automático de vacío ha pasado de ser una tecnología nicho a convertirse en la columna vertebral de la infraestructura moderna de media tensión. Su predominio no es casual, sino el resultado de sus ventajas físicas inherentes: un arco de vapor metálico que se extingue a corriente cero, una velocidad de recuperación que supera los transitorios de la red y un diseño sellado que ignora los entornos sucios.
Sin embargo, no todos los VCB son iguales. La calidad de la soldadura, la pureza de la aleación de CuCr y la precisión del mecanismo operativo determinan si un interruptor durará 5 años o 30.
No comprometa la fiabilidad de la red. Para proyectos de infraestructura crítica, es esencial trabajar con un fabricante con experiencia. XBRELE se especializa en tecnología de conmutación al vacío de alta gama adaptada a aplicaciones industriales y de servicios públicos exigentes.
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Descubra las ventajas críticas en materia de seguridad que ofrecen los contactores de vacío JCZ en entornos mineros peligrosos. Esta guía aborda la supresión de arcos en cámaras selladas, la reducción del riesgo de incendio y el control de motores de alta frecuencia [cita: 11, 13, 97].
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