En primer lugar, debemos comprender qué es un SST. Los transformadores de frecuencia industriales tradicionales son dispositivos voluminosos e ineficientes basados en el principio de inducción electromagnética. Transformadores de estado sólido (SSTLos transformadores electrónicos de potencia (o s), también conocidos como transformadores electrónicos de potencia, son dispositivos de conversión de energía innovadores que utilizan tecnología avanzada de conversión de electrónica de potencia y transformadores de alta frecuencia para lograr la conversión de voltaje, el aislamiento eléctrico, la gestión de energía y el control inteligente.

CA (tensión media, como 10 kV) → Rectificador CA/CC → Barra colectora HVDC (como ±375 V, 750 V, 1500 V) → Inversor CC/CA (alta frecuencia) → Transformador de alta frecuencia → Rectificador CA/CC → CC (baja tensión) o CA (baja tensión)

Tamaño pequeño y peso ligero: Los transformadores de alta frecuencia son significativamente más pequeños que los transformadores de frecuencia industrial.
Versatilidad: Permiten la regulación de potencia activa/reactiva, la supresión de armónicos y la compensación de caídas de tensión.
Flujo de potencia bidireccional: De forma natural, favorecen la integración de fuentes de energía renovables (como la energía fotovoltaica y el almacenamiento de energía).
Proporcionar puertos de CC: Crean de forma natural una barra colectora HVDC estable para el suministro directo de energía a cargas de CC y sistemas de almacenamiento de energía.

Estrés por alto voltaje: Los dispositivos de conmutación electrónica de potencia (como los MOSFET de SiC y los IGBT) soportan altos voltajes.
Control complejo: La conversión de energía en múltiples etapas requiere estrategias de control complejas.
Requisitos de alta fiabilidad: Al ser un componente fundamental de la red eléctrica, cualquier fallo puede provocar un apagón generalizado.
Protección contra fallos: Cuando se produce un cortocircuito en una barra colectora de HVDC, la corriente de falla aumenta con extrema rapidez. Sin el punto de cruce por cero de la corriente alterna de frecuencia industrial, la extinción del arco resulta extremadamente difícil.

En la compleja estructura de un SST, contactores de CC de alta tensión Desempeñan el papel de “guardianes de seguridad” y “comandantes de la distribución de energía”. Sus principales escenarios de aplicación y funciones son los siguientes:

Guión: Cuando se produce un cortocircuito en el bus HVDC o en el lado de carga aguas abajo de un SST, la corriente de falla aumenta drásticamente.
Objetivo: Tras recibir una señal de un sistema de protección (como un disyuntor o un relé), un contactor de CC de alta tensión debe interrumpir de forma rápida y fiable las corrientes de fallo de hasta varios miles de amperios, aislando físicamente la parte afectada del sistema en buen estado para evitar una mayor propagación y proteger los costosos dispositivos electrónicos de potencia (como IGBT y módulos SiC) y los condensadores.
Requisito: Debe poseer una capacidad extremadamente fuerte de extinción de arco de corriente continua.

Guión: Cuando el SST arranca, la tensión inicial de su condensador de soporte del lado de CC es cero. Si se conecta directamente, el condensador actúa como un cortocircuito, generando una enorme corriente de irrupción que podría dañar los componentes principales del circuito.
Objetivo: Generalmente se utiliza una solución de “circuito de precarga + circuito principal”. El circuito de precarga consta de un contactor de precarga y una resistencia limitadora de corriente en serie. El contactor de precarga se cierra primero, permitiendo que el condensador se cargue con una corriente limitada a través de la resistencia. Cuando la tensión del condensador se aproxima a la tensión del bus, se cierra el contactor principal, seguido del contactor de precarga. Este proceso incrementa gradualmente la tensión del sistema.
Requisitos: Los contactores de precarga suelen seleccionarse con una corriente nominal menor.

Guión: Cuando se requieran trabajos de mantenimiento o reparación dentro del SST, el equipo debe desconectarse completamente de la fuente de alimentación.
Objetivo: La instalación de contactores de CC en los nodos clave de las barras colectoras de HVDC (como las interfaces de almacenamiento de energía y fotovoltaicas) proporciona un punto de desconexión físico y visible, lo que garantiza la seguridad del personal de mantenimiento.
Requisitos: Se requiere una indicación clara del estado de desconexión (como contactos auxiliares) y distancias de seguridad.

Guión: En los sistemas SST multipuerto complejos (por ejemplo, aquellos conectados simultáneamente a la red eléctrica, a sistemas fotovoltaicos, a sistemas de almacenamiento de energía y a cargas de CC), es necesario conectar o desconectar dinámicamente ciertas fuentes de energía o cargas en función de las estrategias de gestión energética.
Objetivo: Los contactores de CC de alta tensión actúan como interruptores controlados, ejecutando las órdenes de programación energética del sistema. Por ejemplo, cuando la batería de almacenamiento de energía está completamente cargada, se desconecta de la barra colectora; cuando se necesita la fuente de alimentación de respaldo, el contactor correspondiente se cierra.
Requisitos: Requiere una larga vida útil mecánica y eléctrica (normalmente más de 10.000 operaciones).

Para cumplir con los estrictos requisitos de SST, se debe prestar atención a los siguientes parámetros durante la selección:

Tensión nominal de funcionamiento: Debe ser superior a la tensión máxima del bus HVDC del sistema SST. Los valores nominales comunes incluyen 750 VCC, 1000 VCC, 1500 VCC e incluso superiores, como 3000 VCC.
Tensión de resistencia: Esto incluye la resistencia del aislamiento entre postes y entre postes y tierra (distancia de fuga).

Corriente nominal de funcionamiento: Se selecciona en función de la corriente continua que fluye a través del circuito, como por ejemplo 100 A, 250 A o 500 A.
Corriente de resistencia a corto plazo: La capacidad de soportar una breve corriente de falla sin sufrir daños antes de que se produzca el disparo.
Capacidad de ruptura: Esta es una de las especificaciones más importantes. Se refiere a la corriente de falla máxima que se puede interrumpir de forma segura a una tensión determinada. Las aplicaciones SST suelen requerir una capacidad de interrupción de 5 kA a 20 kA o incluso superior.

Expulsión magnética de imán permanente: Este método utiliza un imán permanente para generar un campo magnético, alargando y enfriando el arco eléctrico hasta extinguirlo. Es la tecnología más común y ofrece una alta fiabilidad.
Extinción por arco de hendidura estrecha: Este método utiliza una ranura estrecha para confinar el arco y aumentar su resistencia.
Extinción por arco de vacío: Este método extingue el arco eléctrico en un entorno de vacío, ofreciendo un rendimiento excelente pero a un coste más elevado.

Normalmente, la bobina se alimenta mediante una fuente de alimentación de CC (por ejemplo, 24 V CC, 110 V CC).
Concéntrese en ambos potencia de atracción y poder de retención. Los contactores modernos suelen utilizar tecnología de retención mediante imanes permanentes. Si bien se requiere alta potencia para la conexión instantánea, el estado de retención prácticamente no consume energía, lo que lo hace eficiente y seguro (se mantiene en reposo en caso de fallo eléctrico).

Caza de focas: Muchos contactores de CC de alto voltaje utilizan sellos rellenos de gas (como nitrógeno) o sellos de vacío para prevenir las influencias ambientales y la oxidación, al tiempo que mejoran el rendimiento de extinción del arco.
Vida útil eléctrica/Vida útil mecánica: Este es un indicador de rendimiento crítico en escenarios con cambios frecuentes.

Aquí presentamos algunas de las marcas líderes tanto en el mercado global como en el nacional, junto con sus series de productos representativas que se utilizan ampliamente en aplicaciones de alta gama como energías renovables, transporte ferroviario y SST (Sistemas de Transporte Sostenible).

En los revolucionarios equipos para redes eléctricas conocidos como transformadores de estado sólido (SST, por sus siglas en inglés), los contactores de CC de alta tensión han evolucionado desde simples elementos de conmutación hasta convertirse en componentes críticos de protección y control que garantizan un funcionamiento seguro, fiable y eficiente del sistema.
Su valor fundamental reside en:
Proporciona un aislamiento físico determinista, una potente garantía de respaldo para la conmutación suave en la electrónica de potencia.
Permite una rápida eliminación de fallos, protegiendo así los costosos componentes centrales de la alimentación eléctrica.
Permite una configuración y un mantenimiento flexibles del sistema.
Esperamos que la explicación detallada anterior le ayude a comprender a fondo la aplicación de los contactores HVDC en sistemas SST. Si tiene algún parámetro técnico específico que desee comentar, no dude en continuar la conversación.
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