Conocimientos básicos sobre equipos de conmutación de alta tensión

Los armarios de distribución de alta tensión se utilizan ampliamente en los sistemas de distribución eléctrica para la recepción y distribución de energía. Parte del equipo o las líneas eléctricas pueden conectarse o desconectarse según el funcionamiento de la red eléctrica, y la parte averiada puede desconectarse rápidamente de la red cuando falla el equipo o la línea, garantizando así el funcionamiento normal de la parte no afectada de la red, así como la seguridad del equipo y del personal de operación y mantenimiento. Por lo tanto, los armarios de distribución de alta tensión son un equipo fundamental para la distribución de energía, y su funcionamiento seguro y fiable es de gran importancia para el sistema eléctrico.

1. Clasificación de los interruptores de alta tensión

Tipo de estructura:
Tipo blindado Todos los tipos están aislados y conectados a tierra mediante placas metálicas, como el tipo KYN y el tipo KGN.
Tipo de intervalo Todos los tipos están separados por una o más placas no metálicas, como el tipo JYN.
El tipo caja tiene una carcasa metálica, pero el número de compartimentos es menor que el del mercado blindado o el tipo compartimento, como el tipo XGN.
Ubicación del interruptor automático:
Tipo de piso El carro de mano del interruptor automático aterrizó y fue empujado dentro del gabinete
El carro de mano montado en el centro está instalado en el medio del armario de distribución, y la carga y descarga del carro de mano requiere un carro de carga y descarga.

Carro de mano montado en posición central

Carro de mano de piso

Tipo de aislamiento
Aparamenta eléctrica con aislamiento de aire y envolvente metálica
Aparamenta eléctrica con aislamiento de gas SF6 y carcasa metálica (gabinete inflable)

2. Estructura de composición del armario de distribución de alta tensión KYN

El armario de distribución se compone de un cuerpo fijo y partes extraíbles (conocidas como carro de mano).

 

uno. Gabinete
La carcasa y los tabiques del cuadro de distribución están fabricados en chapa de acero al aluminio-zinc. El conjunto presenta alta precisión, resistencia a la corrosión y a la oxidación, además de una elevada resistencia mecánica y un aspecto estético impecable. El cuadro adopta una estructura autoensamblada y se conecta mediante tuercas remachables y pernos de alta resistencia. Por lo tanto, el cuadro de distribución ensamblado mantiene la uniformidad de sus dimensiones.
El armario de distribución está dividido mediante tabiques en sala de carros de mano, sala de barras colectoras, sala de cables y sala de instrumentos de relés, y cada unidad está bien conectada a tierra.
sala A-Bus
La sala de barras colectoras se ubica en la parte superior de la parte posterior del armario de distribución para la instalación y disposición de barras colectoras trifásicas de alta tensión de CA, así como para la conexión mediante contactos estáticos a través de las barras colectoras de derivación. Todas las barras colectoras están selladas con manguitos aislantes de plástico. Al pasar la barra colectora a través del tabique del armario de distribución, se fija mediante un buje. En caso de producirse un arco eléctrico interno, este buje limita la propagación del accidente a los armarios adyacentes y garantiza la resistencia mecánica de la barra colectora.

 

Sala de carros de mano (interruptores automáticos)
En la sala de interruptores se ha instalado un riel guía específico para que el carro de interruptores se deslice y funcione correctamente. El carro puede moverse entre la posición de trabajo y la de prueba. La partición (trampa) del contacto estático está instalada en la pared posterior de la sala del carro. Cuando el carro se mueve de la posición de prueba a la de trabajo, la partición se abre automáticamente y el carro se desplaza en sentido contrario para completar el circuito, garantizando así que el operario no toque el cuerpo electrificado.
Los interruptores automáticos se pueden dividir según el medio de extinción del arco:
• Interruptor automático de aceite. Se divide en interruptores automáticos de aceite y de aceite. Todos ellos son contactos que se abren y se conectan en aceite, y el aceite del transformador se utiliza como medio de extinción del arco.
• Interruptor automático de aire comprimido. Un interruptor automático que utiliza aire comprimido a alta presión para extinguir el arco eléctrico.
• Disyuntor SF6. Un disyuntor que utiliza gas SF6 para extinguir el arco eléctrico.
• Interruptor automático de vacío. Un interruptor automático en el que los contactos se abren y se cierran en el vacío, y el arco se extingue en condiciones de vacío.
• Interruptor automático generador de gas sólido. Un interruptor automático que utiliza materiales generadores de gas sólido para extinguir el arco eléctrico mediante la descomposición del gas bajo la acción de la alta temperatura del arco.
• Interruptor automático con soplador magnético. Un interruptor automático en el que el arco eléctrico es impulsado hacia la rejilla de extinción de arco mediante un campo magnético en el aire, de modo que se alarga y se enfría para extinguir el arco.

 

Según las diferentes formas de energía de funcionamiento utilizadas por el mecanismo operativo, este se puede dividir en los siguientes tipos:
Mecanismo manual (CM): Se refiere al mecanismo de operación que utiliza la fuerza humana para cerrar el freno.
2. Mecanismo electromagnético (CD): se refiere al mecanismo de funcionamiento que utiliza electroimanes para cerrar.
3. Mecanismo de resorte (CT): se refiere a un mecanismo de cierre por resorte que utiliza fuerza humana o un motor para almacenar energía en el resorte para lograr el cierre.
4. Mecanismo motor (CJ): se refiere al mecanismo de funcionamiento que utiliza un motor para cerrar y abrir.
5. Mecanismo hidráulico (CY): se refiere al mecanismo de funcionamiento que utiliza aceite a alta presión para empujar el pistón y lograr el cierre y la apertura.
6. Mecanismo neumático (CQ): se refiere al mecanismo de funcionamiento que utiliza aire comprimido para empujar el pistón para lograr el cierre y la apertura.
7. Mecanismo de imán permanente: Utiliza imanes permanentes para mantener la posición del interruptor automático. Se trata de un mecanismo de operación electromagnética, retención mediante imán permanente y control electrónico.

sala de cables C
En la sala de cables se pueden instalar transformadores de corriente, interruptores de puesta a tierra, pararrayos (protectores contra sobretensiones), cables y otros equipos auxiliares, y en la parte inferior se prepara una placa de aluminio ranurada y extraíble para facilitar la construcción in situ.

sala de instrumentos del relé D
El panel de la sala de relés está equipado con dispositivos de protección por microcomputadora, manijas de operación, placas de presión de salida de protección, medidores, indicadores de estado (o pantallas de estado), etc. En la sala de relés, hay bloques de terminales, interruptores de alimentación de CC del bucle de control de protección por microcomputadora y fuente de alimentación de CC de trabajo de protección por microcomputadora, interruptor de alimentación de trabajo del motor de almacenamiento de energía (CC o CA) y equipo secundario con requisitos especiales.

Tres posiciones en el carro de mano para el cuadro de distribución

Posición de funcionamiento: el interruptor automático está conectado al equipo primario. Tras su cierre, la energía se transmite desde el bus a la línea de transmisión a través del interruptor automático.

Posición de prueba: El enchufe secundario se puede insertar en la toma de corriente para obtener alimentación. El disyuntor se puede cerrar o abrir, y se enciende la luz indicadora correspondiente. El disyuntor no tiene conexión con el equipo primario y puede realizar diversas operaciones, pero no tendrá ningún efecto en el lado de la carga, por lo que se denomina posición de prueba.

Posición de mantenimiento: no hay contacto entre el disyuntor y el equipo primario (barra), se pierde la alimentación eléctrica (se ha desconectado el enchufe secundario) y el disyuntor está en posición abierta.

Dispositivo de enclavamiento del armario de distribución

El armario de distribución cuenta con un dispositivo de enclavamiento fiable que cumple con los requisitos de prevención de cinco riesgos y protege eficazmente la seguridad de los operarios y los equipos.

A. La puerta de la sala de instrumentos está equipada con un botón de indicación o interruptor de transferencia para evitar que el disyuntor se cierre y se divida por error.

B, con el interruptor automático en posición de prueba o de trabajo, se puede operar el interruptor automático, y al cerrarlo, la mano no se puede mover para evitar la carga de la manija de empuje incorrecta del automóvil.

C. Solo cuando el interruptor de tierra está en la posición de apertura, el carro de mano del interruptor automático se puede mover de la posición de prueba/mantenimiento a la posición de trabajo. Solo cuando el carro de mano del interruptor automático está en la posición de prueba/mantenimiento, se puede operar el interruptor de tierra. De esta manera, se puede evitar que el interruptor de tierra se encienda por error y evitar que el interruptor de tierra se encienda por tiempo.

D. Cuando el interruptor de tierra está en la posición de apertura, la puerta inferior y la puerta trasera del armario de distribución no se pueden abrir para evitar interrupciones accidentales del suministro eléctrico.

E, interruptor automático en posición de prueba o de trabajo, sin voltaje de control, solo se puede abrir manualmente, no se puede cerrar.

F. Cuando el carro del interruptor automático está en la posición de trabajo, el enchufe secundario está bloqueado y no se puede extraer.

 

G, cada cuerpo del gabinete puede realizar un enclavamiento eléctrico.

H. La conexión entre la línea secundaria del equipo de conmutación y la línea secundaria del carro del interruptor se realiza mediante un conector secundario manual. El contacto móvil del conector secundario se conecta al carro del interruptor mediante un tubo termorretráctil corrugado de nailon. El carro del interruptor solo puede conectar y desconectar el segundo conector en la posición de prueba o desconexión; en la posición de trabajo, debido al enclavamiento mecánico, el segundo conector queda bloqueado y no se puede desconectar.

3. Procedimiento de operación de los interruptores de alta tensión

Aunque el diseño del cuadro de distribución garantiza la correcta secuencia de enclavamiento de la secuencia de operación, las partes que controla el operador deben seguir estrictamente los procedimientos operativos y los requisitos relacionados, sin realizar operaciones opcionales. Además, no se debe interrumpir la operación sin un análisis previo, ya que esto podría dañar el equipo e incluso provocar accidentes.

Procedimiento de operación de transmisión de cuadros de distribución de alta tensión

(1) Cierre todas las puertas del armario y las placas de sellado traseras y bloquéelas.

(2) Inserte la manija de operación del interruptor de puesta a tierra en el orificio hexagonal en el lado inferior derecho de la puerta central, gírela en sentido contrario a las agujas del reloj unos 90° para que el interruptor de puesta a tierra esté en la posición de apertura, retire la manija de operación, la placa de enclavamiento en el orificio de operación volverá automáticamente a su posición original, cubra el orificio de operación y la puerta trasera del gabinete de interruptores quedará bloqueada.

(3) Observe si los instrumentos y señales de la puerta del gabinete superior son normales. Normalmente, la luz de alimentación del dispositivo de protección del microordenador, la luz de posición de prueba manual, la luz indicadora de apertura del interruptor de circuito y la luz indicadora de almacenamiento de energía están encendidas. Si todos los indicadores no están brillantes, abra la puerta del gabinete y confirme que el interruptor de alimentación del bus esté cerrado. Si está cerrado pero la luz indicadora aún no está brillante, entonces es necesario revisar el bucle de control.

(4) Inserte el pasador de la manivela del carro del interruptor y presiónelo con fuerza, gire la manivela en el sentido de las agujas del reloj, aproximadamente 20 vueltas del interruptor de 6 kV, atascado en la manivela, acompañado de un sonido de "clic" al retirar la manivela, el carro en la posición de trabajo en este momento, un segundo enchufe está bloqueado, pase a través de los propietarios del interruptor, vea la señal relacionada (en este punto las luces de trabajo de la posición del carro, al mismo tiempo, la luz de posición de prueba de la mano está apagada), al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que cuando la mano está en la posición de trabajo, la placa de enclavamiento en el orificio de operación de la cuchilla de tierra está bloqueada y no se puede presionar

(5) Instrumento de operación en la puerta, cambie la potencia de conmutación del interruptor de circuito, el indicador rojo de cierre del instrumento en la puerta al mismo tiempo, la luz de freno apunta en verde, verifique el dispositivo de visualización eléctrica, la ubicación de los puntos mecánicos del interruptor de circuito y otras señales relacionadas, todo es normal, 6 (operación, interruptor, nos mostrará la manija en el sentido de las agujas del reloj hasta la ubicación del panel, la manija de operación debe restablecerse automáticamente a la posición preestablecida después de soltarla).

(6) si el interruptor automático se abre automáticamente después de cerrarse o se abre automáticamente durante el funcionamiento, es necesario determinar la causa de la falla y eliminar la falla que se puede retransmitir de acuerdo con el procedimiento anterior.

4. Mecanismo de accionamiento del interruptor automático

1. Mecanismo de funcionamiento electromagnético

El mecanismo de operación electromagnético es una tecnología madura. Utiliza un tipo anterior de mecanismo de operación de interruptor automático. Su estructura es simple, con aproximadamente 120 componentes mecánicos. Utiliza la fuerza electromagnética producida por la corriente en la bobina de cierre para accionar el núcleo del interruptor, impactando el mecanismo de enlace de cierre. El tamaño de su energía de cierre depende completamente del tamaño de la corriente de conmutación. Por lo tanto, se requiere una corriente de cierre grande.

Las ventajas del mecanismo de funcionamiento electromagnético son las siguientes:

La estructura es simple, el trabajo es más fiable, los requisitos de procesamiento no son muy altos, la fabricación es fácil y el coste de producción es bajo;

Permite el control remoto y el cierre automático.

Posee buenas características en cuanto a la velocidad de apertura y cierre.

Las principales desventajas del mecanismo de funcionamiento electromagnético incluyen:

La corriente de cierre es elevada y la potencia consumida por la bobina de cierre también lo es, lo que requiere una fuente de alimentación de CC de alta potencia.

La corriente de cierre es elevada y el interruptor auxiliar y el contacto del relé convencionales no cumplen los requisitos. Es necesario equipar un contactor de CC especial, y el contacto de CC con bobina de supresión de arco se utiliza para controlar la corriente de cierre, de modo que se controle la acción de apertura y cierre de la bobina.

La velocidad de operación del mecanismo operativo es baja, la presión del contacto es pequeña, es fácil que se produzca un salto de contacto, el tiempo de cierre es largo y el cambio del voltaje de la fuente de alimentación tiene una gran influencia en la velocidad de cierre;

Coste de los materiales, mecanismo voluminoso;

En las subestaciones exteriores, el cuerpo del interruptor automático y el mecanismo de operación generalmente se ensamblan juntos. Este tipo de interruptor automático integrado generalmente solo tiene la función de puntos eléctricos, eléctricos y manuales, y no tiene la función manual. Cuando falla la caja del mecanismo de operación y el interruptor automático se niega a recibir energía eléctrica, se debe proceder a un apagón.

2. Mecanismo de accionamiento por resorte

El mecanismo de operación del resorte se compone de cuatro partes: almacenamiento de energía del resorte, mantenimiento de cierre, mantenimiento de apertura y apertura. El número de partes es mayor, alrededor de 200, y utiliza la energía almacenada por el estiramiento y la contracción del resorte del mecanismo para controlar el cierre y la apertura del interruptor automático. El almacenamiento de energía del resorte se realiza mediante el funcionamiento del mecanismo de desaceleración del motor de almacenamiento de energía, y la acción de cierre y apertura del interruptor automático está controlada por la bobina de cierre y apertura, por lo que la energía de la operación de cierre y apertura del interruptor automático depende de la energía almacenada por el resorte y no tiene nada que ver con la magnitud de la fuerza electromagnética, y no necesita demasiada corriente de cierre y apertura.

Las ventajas del mecanismo de accionamiento por resorte son las siguientes:

La corriente de apertura y cierre no es elevada, por lo que no se necesita una fuente de alimentación de alta potencia.

Puede utilizarse para el almacenamiento remoto de energía eléctrica, apertura y cierre eléctricos, así como para el almacenamiento local de energía manual, apertura y cierre manuales. Por lo tanto, también puede utilizarse para la apertura y el cierre manuales cuando se interrumpe el suministro eléctrico o el mecanismo de funcionamiento deja de funcionar. Ofrece una velocidad de apertura y cierre rápida, sin verse afectada por las variaciones de la tensión de alimentación, y permite un rápido recierre automático.

El motor de almacenamiento de energía tiene baja potencia y puede utilizarse tanto con corriente alterna como con corriente continua.

El mecanismo de accionamiento por resorte permite obtener la mejor adaptación para la transferencia de energía, y unifica el mecanismo de accionamiento para todo tipo de disyuntores con diferentes especificaciones de corriente de interrupción, eligiendo distintos resortes de almacenamiento de energía, lo que resulta rentable.

Las principales desventajas del mecanismo de accionamiento por resorte son:

La estructura es compleja, el proceso de fabricación es complejo, la precisión del procesamiento es alta y el costo de fabricación es relativamente alto;

Gran capacidad operativa, altos requisitos en cuanto a la resistencia de los componentes;

Es fácil que se produzcan fallos mecánicos que provoquen que el mecanismo de funcionamiento se niegue a moverse, que se queme la bobina de cierre o el interruptor de viaje;

Existe un fenómeno de salto falso, a veces el salto falso después de la apertura no está en el lugar correcto, no se puede juzgar su posición combinada;

Las características de la velocidad de apertura son deficientes.

3. Mecanismo de funcionamiento con imán permanente

El mecanismo de accionamiento magnético permanente adopta un principio de funcionamiento y una estructura novedosos. Consta de un imán permanente, una bobina de cierre y una bobina de frenado. Elimina el mecanismo de accionamiento por resorte del mecanismo electromagnético, la biela, el dispositivo de bloqueo, la estructura simple y muy pocas piezas (alrededor de 50). Solo una de las piezas móviles principales está en funcionamiento, lo que le confiere una altísima fiabilidad. Utiliza un imán permanente para mantener la posición del interruptor automático. Se trata de un mecanismo de accionamiento electromagnético, con retención mediante imán permanente y control electrónico.

Principio de funcionamiento del mecanismo de operación del imán permanente: Después de que la electricidad de la bobina de cierre se activa, en la parte superior del circuito magnético de generación e imán permanente, en la dirección opuesta al flujo magnético, la fuerza magnética producida por la superposición de los dos campos magnéticos hace que el núcleo dinámico se mueva hacia abajo, después de que el movimiento alcance aproximadamente la mitad del recorrido, debido a que la parte inferior del entrehierro magnético disminuye, y las líneas de campo magnético del imán permanente se desplazan hacia la parte inferior, en la misma dirección que el campo magnético de la bobina de cierre con el campo del imán permanente, de modo que la velocidad del movimiento del núcleo de hierro hacia abajo, en este momento, la corriente de cierre desaparece. El imán permanente utiliza el canal de baja magnetoimpedancia proporcionado por los núcleos de hierro móviles y estáticos para mantener el núcleo de hierro móvil en la posición estable de cierre. Cuando se produce electricidad en la bobina de freno, en la parte inferior del circuito magnético y el imán permanente en la dirección opuesta del flujo magnético, la fuerza magnética producida por la superposición de los dos campos magnéticos hace que el núcleo dinámico se mueva hacia arriba, después de que el movimiento llegue a aproximadamente la mitad del recorrido, debido a que el entrehierro superior del circuito magnético disminuye, y la línea magnética de la fuerza del imán permanente se transfiere hacia arriba, el campo magnético de la bobina de freno con el campo magnético del imán permanente en la misma dirección, de modo que la velocidad del movimiento ascendente del núcleo de hierro móvil, finalmente alcanza la posición fraccionaria, cuando la corriente de puerta desaparece, el imán permanente utiliza el canal de baja magnetoimpedancia proporcionado por los núcleos de hierro móviles y estáticos para mantener el núcleo de hierro móvil en el estado estable de apertura.

Las ventajas del mecanismo de funcionamiento con imán permanente son las siguientes:

Adopta un mecanismo de doble bobina biestable. Mecanismo de operación magnética permanente de la operación de cierre de los puntos la bobina de cierre, un imán permanente para coincidir con la bobina de cierre de los puntos, resuelve mejor el problema de los puntos cuando se cambia a energía de alta potencia, debido a que el imán permanente con energía magnética, puede usarse como un uso de operación de cierre, los puntos pueden proporcionar energía para la bobina de cierre se puede reducir, por lo que no necesita demasiada corriente de operación de cierre de puntos.

Mediante el movimiento ascendente y descendente del núcleo de hierro móvil, a través del brazo giratorio, la varilla aislante ACTÚA sobre el contacto dinámico de la cámara de arco de vacío del interruptor automático, implementando los puntos del interruptor automático o realizando la función, reemplazando el método tradicional de bloqueo mecánico, la estructura mecánica se simplifica enormemente, se reduce el material, se reduce el costo, se reducen los puntos de falla, se mejora enormemente la confiabilidad de la acción mecánica, se puede lograr el mantenimiento gratuito, ahorrando costos de mantenimiento.

La fuerza magnética permanente del mecanismo de accionamiento de imán permanente prácticamente no desaparece, y su vida útil alcanza las 100 000 operaciones. La fuerza electromagnética se utiliza para la apertura y el cierre, mientras que la fuerza magnética permanente se emplea para el mantenimiento de la posición biestable, lo que simplifica el mecanismo de transmisión y reduce el consumo de energía y el ruido del mecanismo de accionamiento. La vida útil del mecanismo de accionamiento de imán permanente es más de tres veces superior a la de los mecanismos de accionamiento electromagnético y de resorte.

Adopta un interruptor de proximidad electrónico sin contacto, sin componentes móviles, sin desgaste y sin rebote como interruptor auxiliar, lo que elimina el problema del mal contacto, garantiza un funcionamiento fiable, no se ve afectado por el entorno externo, tiene una larga vida útil y una alta fiabilidad, solucionando así el problema del rebote de contacto.

Adopta la tecnología de interruptor de cruce por cero síncrono. El contacto dinámico y estático del interruptor automático, bajo el control del sistema de control electrónico, puede controlar la forma de onda de voltaje del sistema en cada nivel, y en la forma de onda de corriente pasa por cero en la interrupción, la corriente de irrupción y la amplitud de sobretensión son pequeñas, para reducir el impacto en la red y el funcionamiento del equipo, y el mecanismo de operación electromagnética y el funcionamiento del mecanismo de operación de resorte son aleatorios, pueden producir una alta corriente de irrupción y amplitud de sobretensión, con un gran impacto en las redes eléctricas y los equipos.

El mecanismo de accionamiento de imán permanente permite la apertura y el cierre local/remoto, así como la función de cierre y recierre de protección, pudiendo abrirse manualmente. Debido a que la capacidad de potencia requerida para el funcionamiento es pequeña, se utilizan condensadores para la fuente de alimentación conmutada directa. El tiempo de carga del condensador es corto, la corriente de carga es pequeña y presenta una fuerte resistencia a los impactos, por lo que, tras un corte de energía, puede seguir funcionando como interruptor automático.

Las principales desventajas del mecanismo de funcionamiento con imanes permanentes son:

No se puede cerrar manualmente, durante el funcionamiento la fuente de alimentación desaparece, la energía del condensador se agota, si el condensador no se puede cargar, no se puede cerrar la operación;

Para abrirlo manualmente, la velocidad de apertura inicial debe ser lo suficientemente grande, por lo que se necesita mucha fuerza; de lo contrario, no se podrá operar.

La calidad de los condensadores de almacenamiento de energía es desigual y difícil de garantizar;

Es difícil obtener la velocidad de apertura ideal;

Es difícil aumentar la potencia de apertura del mecanismo de accionamiento del imán permanente.