Un seccionador ultrarrápido es un componente fundamental de un interruptor de HVDC híbrido. La historia de su desarrollo es un ejemplo de libro de texto acerca del poder de la electrónica de potencia
Por Lars Liljestrand y Jürgen Häfner
Cualquier sistema eléctrico debe ser capaz de enfrentarse a las averías desconectando el fallo y aislando solamente la parte del sistema eléctrico que sea necesaria. Con las líneas actuales de transporte punto a punto de corriente continua de alta tensión (HVDC, por sus siglas en inglés) y los interruptores de Corriente Alterna (CA) de cada extremo pueden hacerse cargo de esta tarea, tal y como se muestra en la figura 1.
No obstante, los sistemas de HVDC se configurarán cada vez más en redes, y la utilización de los interruptores de CA para eliminar averías provoca la caída de toda la red, como se ejemplifica en la figura 2. Además de eliminar los fallos en unos pocos milisegundos, es mucho más rápida que en un sistema de CA comparable. En otras palabras, es más preciso un interruptor de HVDC.
Interruptor de HVDC híbrido
Hasta hace poco, ningún interruptor de Corriente Continua (CC) había demostrado ser idóneo para HVDC, a causa de su tensión, la corriente de cortocircuito alta y de ascenso rápido y la exigencia de una rápida interrupción de la corriente. Esto hizo que ABB desarrollara el interruptor de CC híbrido, que combina las bajas pérdidas de un interruptor mecánico con las mejores capacidades de interrupción de la corriente de un interruptor de electrónica de potencia. Igualmente, cumple los requisitos de rápida interrupción de las corrientes de cortocircuito en las redes de HVDC.
El interruptor CC híbrido está compuesto de una rama principal, que incluye interruptores de electrónica de potencia y descargadores de sobretensiones, y una rama en paralelo que incluye un seccionador ultrarrápido (UFD) y un conmutador de cargas de electrónica de potencia, como se aprecia en la figura 3.
Los requisitos exclusivos impuestos al interruptor mecánico no satisfacían a los que existían previamente, lo que convertía al seccionador ultrarrápido (UFD, por sus siglas en inglés) en un componente fundamental del interruptor híbrido.
El seccionador ultrarrápido
Se trata de un interruptor mecánico muy rápido, capaz de soportar intensidades nominales altas con pérdidas insignificantes. Tras su apertura, debe ser capaz de soportar una alta tensión durante algunos milisegundos. Esta función se consigue gracias a un sistema de contactos conectados en paralelo y en serie.
Los contactos conectados en paralelo permiten altas intensidades nominales cuando se cierra el interruptor, mientras que el conectado en serie posibilita soportar una alta tensión cuando se abre el interruptor, como se detalla en las figuras 4 y 5.
El corto recorrido del actuador del contacto conectado en serie permite una rápida apertura, al tiempo que asegura una larga duración mecánica. Los actuadores son del tipo Thomson y se mueven en direcciones opuestas para duplicar la velocidad de separación del contacto. El interruptor se instala en gas a presión para un mejor aguante de la tensión.
¿Cómo surgió el UFD?
A finales de la década de los 90, se observó la necesidad de un conmutador rápido para el bypass de los interruptores de electrónica de potencia, y en el año 2000 comenzó un proyecto para crear un demostrador destinado a aplicaciones de limitador de corriente de fallo de Media Tensión (MT).
El diseño inicial utilizaba contactos giratorios, de modo que pronto se inició un proyecto completo y en ese mismo año se consiguió un diseño de contacto lineal mejorado. En 2002 se finalizó el desarrollo de la tecnología para la aplicación de MT de 17.5 kV.
En 2010, se debatía sobre la cuestión de las redes de HVDC, pero no había un interruptor adecuado para esta clase de demandas. Se propuso un interruptor de CC híbrido, pero no existía el UFD que precisaba.
Quienes estaban familiarizados con los trabajos de conmutador rápido de los 10 años anteriores proponían este método para el desarrollo de un UFD. Se inició un proyecto para comprobar si el concepto anterior podía ser ampliado de 17.5 kV a 320 kV. También se evaluaron y compararon otros conceptos. Como demuestra la historia, se observó que el conmutador basado en la conexión en serie y en paralelo de contactos mecánicos cumplía con los requisitos y era el más adecuado para la aplicación.
La transformación en producto se inició en 2011 en Suiza. El trabajo de desarrollo iniciado en 1999 sigue dando frutos y cabe esperar que los interruptores de electrónica de potencia en combinación con un bypass mecánico en paralelo puedan utilizarse en otras aplicaciones eléctricas.
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Lars Liljestrand
ABB Corporate Research Vasteras, Suecia
Jurgen Häfner
ABB Power Grids, Grid Systems Ludvika, Suecia
Este texto fue publicado en el ABB Review 3/2016
