Relés de interfaz de alto voltaje , también conocidos como relés de interfaz : [1] [2] o relés de acoplamiento o interfaces aislantes [3] [4] es una clase especial de relés eléctricos diseñados para proporcionar compatibilidad informativa y eléctrica entre componentes funcionales aislados entre sí y no permite una conexión directa debido a una gran diferencia de potenciales . Un principio de diseño común de estos dispositivos es un aislamiento galvánico especial.módulo entre los circuitos de entrada (control) y salida (conmutación) del relé. Los relés de interfaz se utilizan ampliamente en sistemas de control y protección de equipos electrónicos y electrofísicos de alta tensión (10-100 kV) y en instalaciones de alta potencia.
Clasificación [ editar ]
Cualquier relé electromagnético tiene un cierto nivel de aislamiento entre los circuitos de entrada y salida. Sin embargo, en los relés ordinarios, esta función no es frecuente y, por lo tanto, no se considera en el sistema existente de clasificación de relés. Sin embargo, en los relés de interfaz, la propiedad del aislamiento galvánico (desacoplamiento) entre los circuitos de entrada y salida se refuerza significativamente, y los parámetros del aislamiento galvánico tienen una gran importancia desde el punto de vista de las funciones realizadas por este relé. Por otro lado, los parámetros asociados con la capacidad de conmutación son secundarios y pueden variar significativamente en los relés de interfaz con el mismo nivel de desacoplamiento galvánico.
A este respecto, la categorización de relés de interfaz en clases existentes de relés ordinarios es discutible. Más bien, parece más apropiado clasificarlos como una clase separada de relés eléctricos y clasificarlos según las características de la unidad de desacoplamiento galvánico [1] [4]
por nivel de voltaje de aislamiento:
- nivel bajo (hasta 10 kV)
- nivel medio (10 a 100 kV)
- nivel alto (por encima de 100 kV)
por construcción de módulo de aislamiento galvánico:
- optoelectrónico
- electromagnético (transformador)
- neumático
- frecuencia de radio
- ultrasónico
- electrohidrólico
- con transmisión mecánica
por velocidad operativa (ejecución):
- súper rápido (hasta 100 μseg)
- rápido (100 μsec a 3 ms)
- inercial (más de 3 ms)
Aunque dicha clasificación puede parecer arbitraria, refleja completamente las propiedades más importantes de los relés de interfaz que tienen un efecto crítico en las funciones que realizan.
Relés de interfaz optoelectrónicos [ editar ]
Las tendencias de desarrollo de la tecnología de relé de interfaz sugieren el uso del optoaislador como el principio de diseño predominante de los relés de interfaz. Se puede implementar un optoaislador en términos de un LED y un fototransistor (o fototiristor o fotodiodo ) o una lámpara y un fotorresistor . En la figura se muestra un ejemplo de un relé de interfaz optoelectrónico. La barrera aislante transparente de alto voltaje proporciona aislamiento galvánico de los circuitos bajo la diferencia de potenciales de hasta 5-7 kV. Para voltajes más altos, usan una fibra óptica, cuya longitud (dependiendo del nivel de voltaje) puede tomar de docenas de centímetros a varios metros.
Crítica
Se acuerda que la característica más importante de los sistemas optoelectrónicos es su resistencia al ruido y su insensibilidad a los campos electromagnéticos. Sin embargo, lo que no se considera es que, además de la línea de fibra óptica y el actuador de salida, dicho sistema incluye la fuente de pulsos de luz en el lado de transmisión y el amplificador en el lado de recepción que generalmente se basan en microcircuitos . Son precisamente estos elementos, con bajos niveles de activación, los que se dañan por el ruido del pulso (interferencia, picos de voltaje y descargas) del equipo de potencia de alto voltaje, lo que niega la principal ventaja de los sistemas optoelectrónicos. [1]Además, las fibras ópticas en sí mismas están sujetas a un efecto negativo severo de la radiación ionizante y los impactos mecánicos externos (que es de importancia crítica en aplicaciones militares). La disposición de los circuitos de entrada y salida de dichos sistemas debe estar ampliamente espaciada (lo que requiere una fibra óptica larga), lo que aumenta las dimensiones generales de la unidad de interfaz. Como tal, el uso preferido de un módulo de desacoplamiento galvánico optoelectrónico en los relés de interfaz no siempre está garantizado, y es simplemente la consecuencia de un pensamiento estereotípico de los ingenieros de diseño [1]
Interruptores de láminas basados en relés de interfaz HV [ editar ]
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Un tipo especial de relés de interfaz de alto voltaje (HV) (que no se encuentran dentro de la clasificación existente discutida anteriormente) se denominan gerkotrones [1] [4] - vea la figura a la derecha. Fueron diseñados y desarrollados por Vladimir Gurevich y ofrecen una serie de beneficios sobre otros tipos de relés de interfaz. Estos incluyen: parsimonia de diseño; robustez mecánica, ambiental y operativa; fiabilidad y costo relativamente bajo. Otra ventaja importante de los gerkotrones es la posibilidad de su instalación directamente en autobuses HV, que minimiza las dimensiones de un sistema de protección (a diferencia de las interfaces optoelectrónicas mencionadas anteriormente que requieren fibras ópticas largas).
Estas ventajas requieren el uso generalizado de gerkotrones en aplicaciones comerciales y militares en equipos radioelectrónicos potentes a bordo, móviles y estacionarios, [1] en sistemas de protección y automatización de relés de redes eléctricas, [3] en instalaciones electrofísicas, en tecnología de convertidor de potencia , [4] etc.
Las barreras contra incendios de transformadores de alto voltaje , o los cortafuegos de transformadores , los cortafuegos balísticos de transformadores , las paredes de explosión de transformadores , son contramedidas exteriores contra fallas en cascada en una red eléctrica nacional . El propósito de estas barreras, como las barreras contra incendios comunes en la construcción de edificios, es la compartimentación de los incendios de transformadores, así como las explosiones de transformadores y bujes donde la fuente de combustible tanto de incendios como de explosiones es el aceite del transformador . Sin compartimentación, un transformador roto podría encender su transformador vecino en llamas y así crear un efecto dominó. eso puede afectar la red eléctrica circundante, particularmente durante las horas pico.
Las barreras contra incendios de transformadores de alto voltaje generalmente se ubican en subestaciones eléctricas , pero también se pueden unir a edificios, como salas de válvulas o plantas de fabricación con grandes sistemas de distribución eléctrica , como fábricas de pulpa y papel . Las barreras contra incendios de transformadores exteriores que están unidas al menos en un lado de un edificio se denominan paredes de ala . A veces, los transformadores de alto voltaje se pueden ubicar inmediatamente afuera y algunas veces dentro de los edificios, lo que requiere clasificaciones de resistencia al fuego más altas [1] que otros compartimentos contra incendios en un edificio.
Recomendaciones voluntarias de NFPA 850 [ editar ]
El documento principal de América del Norte que se ocupa de las barreras contra incendios de transformadores de alto voltaje para exteriores es NFPA 850 [2] . La NFPA 850 describe que los transformadores exteriores aislados con aceite deben estar separados de las estructuras adyacentes y entre sí por cortafuegos , separación espacial u otros medios aprobados con el fin de limitar el daño y la propagación potencial del fuego de una falla del transformador.
Alternativas o mejoras a las barreras contra incendios de transformadores [ editar ]
Lo siguiente se puede usar en lugar de o además de las barreras contra incendios de transformadores, dependiendo de los objetivos de diseño. Sin embargo, no son necesariamente medidas compensatorias contra ataques balísticos u otro sabotaje . [3]
Separación espacial [ editar ]
Los transformadores pueden colocarse lo suficientemente separados, dado el espacio disponible, de modo que la ruptura de uno no afecte a su (s) transformador (es) vecino (s). [ cita requerida ]
Sistemas automáticos de extinción de incendios [ editar ]
Los sistemas de rociado de agua con protección contra incendios se utilizan para enfriar un transformador para evitar daños si se expone a la transferencia de calor por radiación de un incendio que involucra aceite liberado por otro transformador que ha fallado. [4]
Alternativas al aceite para transformadores a base de minerales [ editar ]
El aceite para transformadores está disponible en diferentes niveles de inflamabilidad, incluidos los aprobados por FM Global [5] La hoja de datos de FM 5-4 indica diferentes niveles de protección según el tipo de fluido utilizado. Las alternativas incluyen, entre otras, ésteres y aceite de silicona [6] .
Monitoreo e instrumentación automática de transformadores y bujes [ editar ]
Se pueden utilizar medidas electrónicas por medio de instrumentación estratégica para detectar y prevenir sobretensiones que provocan incendios.
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