Los interruptores de generador (Generator Circuit Breaker – GCB) son dispositivos para centrales eléctricas que se instalan entre el generador (que produce electricidad a una tensión de 15-25 kV) y el transformador elevador (que incrementa esa tensión hasta igualar la de transmisión de la red: de 200 kV a 800 kV).
En las centrales eléctricas, los GCB tienen un papel crucial en la protección del transformador y del generador en caso de fallas (por ejemplo un cortocircuito en el sistema de transmisión eléctrica), y su principal función en condiciones normales de operación es conectar y desconectar el generador de la red con alta fiabilidad y disponibilidad. Desde hace décadas que hay GCB para potencias de generador que van desde los 50 MVA hasta 1.400 MVA.
Debido a lo anterior, los interruptores de generador constituyen la solución ideal para proteger y simplificar las operaciones en centrales eléctricas con costos de inversión bajos en comparación con las consecuencias de una falla en una central eléctrica sin interruptores de generador.
Tradicionalmente, para los propietarios de las centrales eléctricas la fiabilidad del servicio es uno de sus principales elementos de juicio, existiendo una presión constante por evitar cada hora de pérdida de producción.
Uno de los argumentos más importantes para contar con GCB es la protección de un Transformador de Poder (elevador) debido a un cortocircuito. En términos estadísticos, este tipo de evento únicamente se producirá en un pequeño número de casos, pero puede provocar daños muy graves en el transformador, junto con largas interrupciones del suministro.
Las interrupciones del suministro de las centrales eléctricas, que provocan pérdidas de ingresos y costos de reparación, resultan mucho más caras en comparación con una inversión en un interruptor de generador. Además, la sincronización mediante el GCB evitará el envejecimiento prematuro de otros equipos eléctricos provocado por las altas tensiones eléctricas producidas durante los transitorios.
Igual que una póliza de seguros
En todo el mundo los GCB son una especie de póliza de seguros: mientras todo va bien, el GCB puede parecer un costo innecesario, pero cuando algo falla, es un alivio tenerlo. Un estudio económico, basado en el costo del ciclo de vida, ha comparado la situación de centrales con y sin interruptor de generador. Tras analizar el riesgo de falla, en el que se incluyó, por un lado, el costo del paro de la producción y, por otro, el costo de una solución interruptor de generador, el estudio ha validado la instalación de interruptores de generador. Un ejemplo típico, basado en una central de 400 MW, demuestra que la solución GCB sale rentable con que, a lo largo de 20 años, la presencia del GCB evite menos de 14 horas de interrupción del suministro.
Es más, si se toman en cuenta algunas reducciones de costos en los esquemas de los GCB, como la eliminación de interruptores de Alta Tensión y transformadores AT/MT y su sustitución por un GCB y un transformador MT/MT para alimentar a los equipos auxiliares se pueden obtener ahorros desde el principio del proyecto (ver diagrama).
En el mundo de los interruptores, la capacidad de interrupción es una característica muy importante que debe necesariamente estar adecuadamente especificada en caso de falla grave en una central eléctrica. Este tipo de falla es extremadamente rara, pero sus consecuencias son nefastas, por lo que el diseño de la cámara de interrupción -el corazón del interruptor de generador- es un factor crucial.
Gracias a la tecnología “puffer” (soplado) térmicamente asistida, se pueden interrumpir corrientes de cortocircuito de al menos 160 kA con un mecanismo de accionamiento por resorte. Hace unos años, un estudio del CIGRE sobre fallas y defectos en servicio de los interruptores de alta tensión ha revelado que la disponibilidad de estos depende principalmente de la fiabilidad de su mecanismo de accionamiento, y que el más fiable de todos, sin duda, es el de “resorte”.
Los GCB de última generación han optimizado y mejorado el mecanismo de accionamiento por resorte para hacerlo más sencillo, ahorrar energía y reducir los esfuerzos y los impactos durante el funcionamiento. Como resultado, la mejora de la fiabilidad y la disponibilidad de los interruptores de generador equipados con mecanismos de resorte ya alcanza a las centrales eléctricas de hasta 1.400 MVA.
Al principio, los GCB utilizaban la tecnología del soplo de aire para extinguir el arco eléctrico. Sin embargo, esta (que aún se utiliza en los interruptores de características nominales extra altas) ha sido paulatinamente sustituida, desde mediados de la década de los ’80, por la tecnología del hexafluoruro de azufre (SF6).
Estos interruptores pueden ser autocontenidos en una cámara sellada sin necesidad de suministro de aire comprimido centralizado, como era en los antiguos interruptores de soplo de aire. Una de las ventajas es que el tamaño y el costo del GCB ha sido considerablemente reducido.
Respecto a la arquitectura de las cámaras de interrupción (o de corte), estas mantienen básicamente los mismos principios de diseño y funcionamiento, con contactos principales que se utilizan para conducir cualquier corriente mientras que los contactos de arco se activan cuando se conmuta la corriente a ellos desde los contactos principales. Esto permite que durante las maniobras de cierre o apertura el arco se extingue por completo fuera de los contactos principales, lógicamente cuidando y aumentando la vida útil de estos.
Menos costos, más flexibilidad y mayor protección
Para el usuario, el esquema GCB tiene tres grandes ventajas:
• Es una solución más económica, dado que el costo del GCB se cubre con lo que se ahorra al prescindir de un transformador de Poder AT/MT para alimentar a los servicios auxiliares de la propia unidad cuando el generador no está conectado a la red.
• Evita los cambios a la fuente de alimentación auxiliar en el arranque y el paro de la unidad, que en el caso de las centrales eléctricas grandes pueden resultar complejos e inducir fenómenos transitorios considerables.
• Permite eliminar rápidamente las fallas (80 ms) en el sistema de transmisión de energía y, por tanto, limita las consecuencias de dichas fallas. En un esquema sin GCB, en tanto, el generador sigue alimentando la falla varios segundos hasta que se desexcita completamente. (Autor: Christian Leiva).
