Interruptores de potencia al vacío para aplicaciones de

siemens.com/generator-breaker
Interruptores de potencia
al vacío para aplicaciones
de maniobra de generadores
Answers for infrastructure.
Convincentes en toda la línea
Celdas y dispositivos de maniobra de Siemens
Ya sean tubos de maniobra al vacío,
interruptores de potencia al vacío
o instalaciones de maniobra completas: Siemens ofrece la solución
adecuada para cada requisito.
Crezca con sus requisitos
No hay lugar a duda: La demanda mundial
de energía continuará creciendo rápidamente, lo cual significa mayores exigencias en cuanto a potencia tanto para suministradores de energía eléctrica como para
instalaciones industriales.
Para proporcionarles una ventaja decisiva,
desde hace décadas Siemens viene desarrollando y mejorando los interruptores de
potencia para altas corrientes y para generadores, que son capaces de soportar
corrientes cada vez más altas. La máxima
prioridad se centra en la fiabilidad y ausencia de mantenimiento a lo largo de toda la
vida útil. Mediante amplias simulaciones,
estudios preliminares, las más nuevas tecnologías de desarrollo y modernos procesos de fabricación, Siemens asegura su
liderazgo de forma duradera en el campo
de los interruptores de potencia al vacío
para media tensión.
El empleo de productos Siemens aumenta
el rendimiento, la fiabilidad y la rentabilidad de toda la instalación de maniobra,
y reduce los costes de ciclo de vida.
Más de 40 años de experiencia
en la tecnología del corte en vacío
Siemens ha perfeccionado sus interruptores al vacío especialmente para maniobras de generadores, durante las cuales
surgen grandes solicitaciones térmicas
y mecánicas:
■ Material de contacto especial para
un desgaste mínimo de los contactos
2
■
■
■
■
■
Sistema de contactos desarrollado
particularmente
Diseño optimizado para una
refrigeración eficiente
Construcción tipo aislador de apoyo
para una máxima estabilidad mecánica
Operación de apertura segura al
dominar largos tiempos de arco incluso
en ausencia de pasos por cero
Se dominan tensiones transitorias de
restablecimiento con altas velocidades
de subida, típicas en generadores, sin
circuitos de condensadores adicionales.
De este modo es posible emplear la
acreditada tecnología del corte en vacío
con valores asignados cada vez más altos,
los cuales se tenían que realizar anteriormente con tecnología de corte en SF6.
Tecnología del corte en vacío
establecida en el mercado
Debido a los excelentes aspectos económicos y tecnológicos del principio de
extinción en el vacío, el interruptor de
potencia al vacío es el dispositivo de
maniobra más utilizado a nivel mundial
para tensiones de 1 kV a 52 kV.
En los últimos años, el empleo de la tecnología del corte en vacío se ha extendido
hasta corrientes muy altas, y también
disfruta de una gran aceptación en el
campo de las maniobras de generadores.
Siemens ofrece una amplia gama de
interruptores de potencia al vacío para
realizar maniobras de generadores.
Características de la tecnología
del corte en vacío de Siemens
Dieléctrico constante
■ Los tubos de maniobra al vacío cerrados herméticamente
son independientes de las influencias medioambientales
■ A diferencia de los interruptores de potencia de SF6,
en el vacío no se producen productos de descomposición
durante los procesos de maniobra
Resistencia de contacto constante
■ Las superficies de contacto permanecen metálicamente
puras debido a que en el vacío no se produce oxidación
alguna
■ La baja resistencia de contacto permanece inalterada
a lo largo de toda la vida útil
■ A diferencia de los interruptores de SF6, no se requieren
contactos principales y contactos de arco separados
Utilizable en todo tipo de aplicaciones
■ Corrientes de interrupción pequeñas
■ Sin recebados
■ Corte de corrientes en servicio continuo y de
cortocircuito muy altas
Ventajas económicas
■ Los tubos de maniobra al vacío son libres de mantenimiento
■ Los interruptores de potencia al vacío modernos son libres
de mantenimiento hasta 10.000 ciclos de maniobra
Ventajas de la extinción en el vacío
Los interruptores de potencia al vacío
se caracterizan por una energía de arco
mínima, ya que sólo se dispone de
material de contacto y no existe ningún
medio ionizable. El arco ya se extingue
con una distancia entre contactos mínima
(2–3 mm). Cerca del paso por cero, la
energía del arco ya no basta para mantener el plasma. La corriente se interrumpe.
Con esta separación de los contactos,
el restablecimiento de la distancia entre
contactos es lo suficientemente grande
como para asumir la tensión transitoria
de restablecimiento.
Alta fiabilidad de los interruptores al vacío
■ Cantidad reducida de piezas móviles dentro de
la cámara de interrupción
■ Valores del tiempo medio hasta el fallo (MTTF)
extremadamente altos en los tubos de maniobra al vacío
Uso reducido de materiales plásticos
en los interruptores al vacío
■ El aire como aislante principal
■ Prevención de líneas de fuga y descargas parciales
Seguridad ante todo
■ En el caso muy improbable de pérdida de vacío, únicamente
se producirá un arco de defecto, ya que la interrupción
de corriente tiene lugar dentro de una envolvente de
cerámica-metal
3
Calidad de Siemens comprobada
Con ensayos de tipo según todas las normas relevantes
Por regla general, todos los interruptores de potencia de Siemens
son sometidos a ensayos de tipo según IEC 62271-100. Los interruptores de potencia para generadores se ensayan adicionalmente según
IEEE C37.013. Esta norma ANSI norteamericana es la única en todo el
mundo que tiene en cuenta las mayores exigencias a las que están
expuestos los dispositivos al maniobrar generadores. Por ello, dentro
de los círculos técnicos de las normas IEC, esta norma también se ha
convertido en la norma guía para los interruptores de potencia para
generadores.
La norma IEEE C37.013 incluye, en particular:
■ Para defectos alimentados por generador:
Altas componentes c.c. y los pasos por cero ausentes
debido a ello
■ Para defectos alimentados por la red:
Mayores velocidades de subida TTR
■ Niveles de tensión de ensayo más altos
Interruptores de potencia al vacío para aplicaciones de maniobra de generadores hasta 17,5 kV
Diseño “Classic”
Diseño “Phase-segregated”
In
17,5 kV
12.000 A
360 MVA
8.000 A
240 MVA
3AH371
3AH373
6.300 A
180 MVA
3AH375
4.000 A
120 MVA
3AH381
3.150 A
100 MVA
3AK763
40 kA
4
50 kA
63 kA
72 kA
80 kA
90 kA
Ik
3AH37 y 3AH38
Poder de corte fiable hasta 90 kA resp. una corriente
en servicio continuo de 12.000 A
En múltiples compañías eléctricas en todo el mundo, el interruptor para altas
corrientes y para generadores 3AH38 es hoy día el dispositivo estándar para
cortar corrientes en servicio continuo de hasta 4.000 A. Es el primer interruptor
al vacío para 63 kA y 72 kA sometido a ensayos de tipo según los criterios de
la norma relativa a los interruptores para generadores IEEE C37.013.
Su pareja para potencias de generador más altas es el 3AH37, el primer interruptor
de potencia al vacío mundial capaz de conducir una corriente de 6.300 A de forma
permanente hasta 24 kV sin refrigeración forzada. Además, a un nivel de 24 kV,
domina corrientes de cortocircuito hasta 72 kA – con refrigeración forzada,
el 3AH37 puede operar con corrientes en servicio continuo de hasta 8.000 A.
Debido a la optimización de los interruptores para servicio interconectado, es
posible utilizarlos en celdas de maniobra con fases encapsuladas y flexiblemente
para el negocio de modificación retroactiva. Se alcanzan niveles máximos para
la corriente en servicio continuo de hasta 12.000 A con un poder de corte en
cortocircuito de 80 kA, y de 6.300 A con 90 kA.
Interruptores de potencia al vacío para aplicaciones de maniobra de generadores hasta 24 kV
Diseño “Classic”
Diseño “Phase-segregated”
In
24 kV
12.000 A
500 MVA
8.000 A
330 MVA
3AH371
3AH374
6.300 A
260 MVA
3AH376
4.000 A
160 MVA
3.150 A
130 MVA
con refrigeración forzada
50 kA
63 kA
72 kA
80 kA
90 kA
Ik
5
3AK763
El interruptor de potencia al vacío compacto para aplicaciones de maniobra de generadores
Diseño compacto – alta potencia
Gracias a sus carcasas de polos, con una
distancia entre centros de polos de tan
sólo 210 mm, el 3AK7 presenta, al igual
que una gran resistencia mecánica, un
diseño muy compacto, y por ello es
especialmente adecuado para su instalación en celdas compactas.
Por su construcción casi idéntica al 3AK7
IEC 50 kA, los constructores de celdas
disponen de una posibilidad muy lucrativa para abarcar, aparte del mercado de
alta corriente IEC, también aplicaciones
de maniobra de generadores con exigencias reducidas. El 3AK763 está diseñado
para 10.000 ciclos de maniobra mecánicos y ha sido sometido a ensayos de tipo
según IEEE C37.013.
El 3AK se emplea, por ejemplo,
en las celdas NXAirP de Siemens
para la maniobra de generadores.
Corriente asignada de corte en cortocircuito ISC (3s)
[kA]
40
[%]
75
Componente c.c. de la corriente asignada
de corte en cortocircuito
Corriente de corte asimétrica
[kA]
58
Corriente asignada de cierre en cortocircuito
[kA]
110
Corriente asignada de corte en cortocircuito
del generador ISC gen
[kA]
20
[%]
117
Componente c.c. de la corriente de corte en cortocircuito
Corriente de corte asimétrica
[kA]
39
[A]
1.250; 2.000; 2.500; 3.150; 4.000 (con refrigeración forzada)
Corrientes asignadas
Tensión asignada 17,5 kV (IEC 62271); 15 kV (IEEE C37.013a)
50/60 Hz; Up = 95 kV; Ud = 38 kV
3AK763
Secuencia de maniobras asignada
– con corriente de corte en cortocircuito
CO – 30 min – CO, hasta 30 operaciones de corte en cortocircuito
Otras secuencias de maniobras posibles:
O – 3 min – CO – 3 min – CO, …
– con corriente en servicio continuo
Up = Tensión soportada asignada de impulso tipo rayo
6
O – 3 min – CO – 3 min – CO, hasta 10.000 ciclos de maniobra
Ud = Tensión soportada asignada de corta duración a frecuencia industrial
3AH37 y 3AH38
Interruptores de potencia al vacío para aplicaciones de maniobra de generadores
Diseño modular – máxima flexibilidad
El diseño modular del interruptor facilita
el empleo de los mejores materiales para
la línea de corriente, el flujo eléctrico y
la refrigeración. De este modo, el 3AH37
combina una baja resistencia del circuito
principal con una alta estabilidad mecánica y un comportamiento de refrigeración ideal.
Además, la construcción modular facilita
incluso un montaje horizontal del interruptor si hace falta. Para ello es posible
montar elementos refrigerantes previstos
especialmente para esta posición de montaje. De esta forma, el 3AH37 permite un
servicio continuo en cualquier posición,
sin necesidad alguna de ventiladores
adicionales, excluyendo sobrecalentamientos de manera fiable.
Los 3AH37 y 3AH38 se utilizan,
por ejemplo, en las celdas de
Siemens tipo HB1.
Corriente asignada de corte en cortocircuito ISC (3s)
Componente c.c. de la corriente asignada
de corte en cortocircuito
[kA]
50
63
72
[%]
75
65
65
Corriente de corte asimétrica
[kA]
73
86
98
Corriente asignada de cierre en cortocircuito
[kA]
137
173
197
Corriente asignada de corte en cortocircuito
del generador ISC gen
[kA]
25
31,5
36
Componente c.c. de la corriente de corte en cortocircuito
Corriente de corte asimétrica
Corrientes asignadas
[%]
110
130
130
110
[kA]
46
52
66
67
[A]
3.150; 4.000; 5.000; 6.300; 8.000 (con refrigeración forzada)
Tensión asignada 17,5 kV (IEC 62271); 15 kV (IEEE C37.013a)
50/60 Hz; Up = 110 kV; Ud = 50 kV
3AH3817 3AH3712 3AH3818 3AH3713 3AH3819 3AH3714
(≤ 4000 A) (> 4000 A) (≤ 4000 A) (> 4000 A) (≤ 4000 A) (> 4000 A)
Tensión asignada 24 kV (IEC 62271; IEEE C37.013a)
50/60 Hz; Up = 125 kV; Ud = 60 kV
3AH3722 3AH3722
(≤ 4000 A) (> 4000 A)
3AH3723
3AH3724
Secuencia de maniobras asignada
– con corriente de corte en cortocircuito
CO – 30 min – CO, hasta 30 operaciones de corte en cortocircuito
Otras secuencias de maniobras posibles:
O – 3 min – CO – 3 min – CO, …
– con corriente en servicio continuo
Up = Tensión soportada asignada de impulso tipo rayo
7
O – 3 min – CO – 3 min – CO, hasta 10.000 ciclos de maniobra
Ud = Tensión soportada asignada de corta duración a frecuencia industrial
3AH37
La solución con tres interruptores para el diseño “Phase-segregated”
Para aplicaciones de maniobra de generadores con ejecuciones en las cuales
las fases están segregadas, los requisitos
relativos al sincronismo de los polos se
implementan según IEC 62271-100 y
se ensayan con corrientes de cortocircuito de hasta 80 kA y corrientes en
servicio continuo de hasta 12.000 A.
La solución con tres interruptores también se emplea, con diseño bajo envolvente
unipolar, en las celdas HB3 de Siemens.
Corriente asignada de corte en cortocircuito ISC (3s)
[kA]
50
63
72
80
[%]
75
65
65
65
Componente c.c. de la corriente asignada
de corte en cortocircuito
Corriente de corte asimétrica
[kA]
73
86
98
109
Corriente asignada de cierre en cortocircuito
[kA]
137
173
197
219
Corriente asignada de corte en cortocircuito
del generador ISC gen
[kA]
25
31,5
36
40
[%]
110
130
110
110
[kA]
46
66
67
74
Componente c.c. de la corriente de corte en cortocircuito
Corriente de corte asimétrica
Corrientes asignadas
[A]
4.000; 5.000; 6.300; 8.000; 10.000; 12.000
Tensión asignada 17,5 kV (IEC 62271); 15 kV (IEEE C37.013a)
50/60 Hz; Up = 110 kV; Ud = 50 kV
3AH3732
3AH3733
3AH3734
3AH3735
Tensión asignada 24 kV (IEC 62271; IEEE C37.013a)
50/60 Hz; Up = 125 kV; Ud = 60 kV
3AH3742
3AH3743
3AH3744
3AH3745
Secuencia de maniobras asignada
– con corriente de corte en cortocircuito
CO – 30 min – CO, hasta 30 operaciones de corte en cortocircuito
Otras secuencias de maniobras posibles:
O – 3 min – CO – 3 min – CO, …
– con corriente en servicio continuo
Up = Tensión soportada asignada de impulso tipo rayo
O – 3 min – CO – 3 min – CO, hasta 10.000 ciclos de maniobra
Ud = Tensión soportada asignada de corta duración a frecuencia industria
8
Para dominar aplicaciones de maniobra de
generadores hasta 90 kA, este interruptor
ha sido desarrollado en base al acreditado
mecanismo de funcionamiento del 3AH37,
utilizando un tubo de maniobra al vacío
avanzado desarrollado para este propósito.
Ejemplo de modificación retroactiva: Sustitución de interruptores
neumáticos para generadores (6 kV – 86,5 kA – 3.500 A)
Corriente asignada de corte en cortocircuito ISC (3s)
[kA]
90
[%]
45
Componente c.c. de la corriente asignada
de corte en cortocircuito
Corriente de corte asimétrica
[kA]
107
Corriente asignada de cierre en cortocircuito
[kA]
247
Corriente asignada de corte en cortocircuito
del generador ISC gen
[kA]
45
[%]
110
Componente c.c. de la corriente de corte en cortocircuito
Corriente de corte asimétrica
[kA]
83
[A]
4.000; 5.000; 6.300
Corrientes asignadas
Tensión asignada 17,5 kV (IEC 62271); 15 kV (IEEE C37.013a)
50/60 Hz; Up = 110 kV; Ud = 50 kV
3AH3756
Tensión asignada 24 kV (IEC 62271; IEEE C37.013a)
50/60 Hz; Up = 125 kV; Ud = 60 kV
3AH3766
Secuencia de maniobras asignada
– con corriente de corte en cortocircuito
– con corriente en servicio continuo
Up = Tensión soportada asignada de impulso tipo rayo
CO – 30 min – CO, hasta 30 operaciones de corte en cortocircuito
Otras secuencias de maniobras posibles:
O – 3 min – CO – 3 min – CO, …
O – 3 min – CO – 3 min – CO, hasta 10.000 ciclos de maniobra
Ud = Tensión soportada asignada de corta duración a frecuencia industria
9
Más que una buena tecnología
El portafolio de prestaciones de Siemens – desde el asesoramiento hasta el sistema fiable
Sección de un tubo de maniobra
al vacío
La selección correcta del interruptor
para generador
Los criterios de selección son los
siguientes:
■ Tensión asignada
■ Corriente asignada
■ Cortocircuito alimentado por red
■ Cortocircuito alimentado por
generador
determinando así el poder de corte
necesario por parte del interruptor
para generador.
Diseño para el servicio normal
En las proximidades de los generadores
rigen condiciones especiales. Por ello,
cada aplicación está adaptada especialmente a los requisitos del cliente.
Medidas de protección contra
sobretensiones
Al maniobrar generadores, desde el
punto de vista del principio de extinción
al vacío no se precisa tomar medidas
de protección contra sobretensiones,
a no ser que la corriente de cortocircuito
del generador sea inferior a 600 A. Sin
embargo, en este caso de maniobra se
suelen utilizar descargadores de sobretensión para proteger a los generadores,
que son caros, contra cualquier otra
sobretensión.
La base para las soluciones es la normativa de aplicación en la IEEE C37.013.
Diseño para el caso de defecto
En general, la corriente simétrica de
cortocircuito, alimentada por la red
(caso de defecto a), es mayor que la
corriente de cortocircuito alimentada
por el generador (caso de defecto b),
La corriente de cortocircuito alimentada
por generador tiene una componente c.c.
superior, la cual debe ser considerada
adicionalmente para evaluar el poder
de corte.
En caso de defecto se solapan dos componentes diferentes de la corriente de defecto.
La componente de la corriente de cortocircuito a interrumpir se alimenta a través de
a) Red de alta tensión o
b) Generador o
c) Red de alta tensión y generador
Transformador
de red
b)
C)
Punto de defecto a: Cortocircuito alimentado
por la red con una componente c.a. constante
Transformador
auxiliar
a)
G
Punto de defecto b: Cortocircuito alimentado
por generador con paso por cero ausente
10
Usted conoce su aplicación.
Nosotros, el comportamiento
y las propiedades de nuestros
dispositivos de maniobra.
Juntos elaboramos la solución
óptima para su aplicación.
Para ello le rogamos que ponga a nuestra
disposición los datos siguientes:
■ Hojas de datos del
– Generador
– Transformador
– En caso necesario, transformador
auxiliar y motores
■ Diagrama unifilar
■ Informaciones relativas a la operación,
p.ej. circuitos interconectados
En base a las informaciones relativas a su
aplicación, nuestros expertos seleccionan
un interruptor que sea capaz de dominar
todas las condiciones de servicio con
seguridad, así también el corte en caso
de defecto.
El resultado de los cálculos contiene,
entre otros, una representación gráfica
de las características de corriente, tal
como se indica abajo:
Representación básica del análisis en caso de defecto
Corriente trifásica de cortocircuito
Fase T – primer polo que corta la corriente
isc(t)
(kA)
R
S
T
100
Isc=24,2 kA
80
Isc=20,4 kA
1er paso por cero
60
40
20
Isc=20,2 kA
DC 59%
0
–20
tarc total=11 ms
–40
tarc mín=4,4 ms
–60
Separación de contactos
tcp=49 ms
–80
Tiempo (s)
–100
0,000
0,020
0,040
0,060
0,080
0,100
11
Más de 1.300 sistemas instalados
en todo el mundo para aplicaciones
de maniobra de generadores
Siemens AG
Infrastructure & Cities Sector
Low and Medium Voltage Division
Apartado postal 3240
91050 Erlangen, Alemania
Para más información, sírvanse contactar
con nuestro centro de atención al cliente.
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sus empresas afiliadas o los propietarios
correspondientes.
Sujeto a modificaciones sin previo aviso.
Este documento contiene descripciones
generales sobre las posibilidades técnicas
que pueden, pero no tienen que darse
en el caso individual. Por ello, las prestaciones deseadas se determinarán en cada
caso al cerrar el contrato.