Anàlisi de l'impacte de la inspecció i manteniment de la cambra d'arc al buit en la millora de la fiabilitat dels interruptors de circuit a buit

Els interruptors de corrent sota buit són ampliament utilitzats en les xarxes de distribució. Com a components clau dels equips d'abastament elèctric, la seva rendiment depèn tant de les capacitats dels interruptors de buit com de les característiques mecàniques dels interruptors (distància d'obertura del contacte, recorregut, pressió, velocitat mitjana d'obertura/tancament, temps de rebot al tancament, asincronisme d'obertura-tancament, nombre d'operacions i desgast acumulat permès dels contactes). Tots dos són crítics per a l'operació fiable. L'interruptor de buit és el "cor" de l'interruptor; sense un de bon rendiment i fiable, no és possible una operació de gran fiabilitat. Així, la detecció i manteniment regular dels interruptors, a través de l'avaluació qualitativa i quantitativa del rendiment, és vital per a l'operació segura i estable de l'interruptor.

1 Indicadors de rendiment dels interruptors de buit

Un interruptor de buit consta d'un sistema d'aislament hermètic (caixa), un sistema conductor i un sistema d'escudament. El seu rendiment es caracteritza pel nivell d'aislament (tensió de resistència a freqüència industrial durant 1 min, tensió de resistència a impuls de 1,2/50), el grau de buit i la resistència DC del circuit principal. La detecció i avaluació precises requereixen proves i anàlisis comprehensives d'aquests indicadors.

El mètode de tensió de resistència a freqüència industrial és comunament utilitzat per a la prova d'aislament in situ. Amb l'avance de la tecnologia de proves, la prova del grau de buit es va aplicant cada vegada més. No obstant això, algunes regulacions provincials sobre "Regulacions per a proves de transició i preventives d'equips elèctrics" no enfatisen suficientment la detecció del grau de buit, fins i tot suggerint "utilitzar la tensió de ruptura com a substitut quan la detecció no sigui factible". Això crea malentesos teòrics i pràctics, posant en risc la gestió i els accidents tècnics. Recomano revisar les regulacions a temps per millorar el sistema d'avaluació del rendiment dels interruptors i assegurar l'operació segura dels equips de la xarxa de distribució.

1.2 Tipus de falles dels interruptors de buit

Com a participant en la detecció in situ, s'ha trobat que les falles dels interruptors de buit es divideixen en dues categories:

• Les falles explícites estan caracteritzades per la ruptura de la caixa o el dañament de l'acer, conduint a l'entrada d'aire, la pèrdua de buit a l'interruptor i la comunicació amb l'atmosfera.

• Les falles implícites es refereixen a la disminució gradual del grau de buit. Encara que l'interruptor no estigui en comunicació amb l'atmosfera, la pressió interna d'aire supera el valor permès degut a factors de fabricació, transport, instal·lació o manteniment, resultant en que l'interruptor no compleixi la capacitat de ruptura normal. El perill d'aquestes falles latents és significativament més alt que el de les falles explícites. La disminució del grau de buit afectarà gravement la capacitat de ruptura de corrent excessiva de l'interruptor de corrent sota buit, reduirà dràsticament la vida útil de l'interruptor i pot causar explosions del commutador en casos extrems.

1.3 Anàlisi de les limitacions de les proves de tensió de resistència a freqüència industrial i del grau de buit

Des del punt de vista de l'experiència pràctica in situ:

• La prova de tensió de resistència a freqüència industrial és molt efectiva per detectar falles explícites i pot determinar qualitativament l'estat de l'interruptor. No obstant això, té un punt cec per a les falles implícites: quan el grau de buit està en el rang de 1×10⁻²Pa a 1×10⁻³Pa, la prova de tensió de resistència a freqüència industrial encara pot passar. En aquest moment, el grau de buit ja ha disminuït per sota del llindar de seguretat de 1,66×10⁻²Pa, i les diferències subtiles no es poden distingir.

• El tester de grau de buit pot aconseguir mesures precises dins el rang de 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, actualitzant la detecció dels interruptors des de l'anàlisi qualitativa a l'etapa quantitativa. També pot deduir la vida útil de l'interruptor de buit basant-se en el canvi del grau de buit en un cert període, proporcionant suport tècnic per a l'avaluació de la fiabilitat dels equips. No obstant això, aquest mètode té limitacions en el rang de proves: quan supera 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, la relació proporcional entre la corrent d'ions i la densitat residual de gas (és a dir, el grau de buit) en què es basa el tester de grau de buit canviarà, i la precisió dels resultats de la prova no es pot garantir. Especialment per a falles explícites amb filtració completa (comunicació amb l'atmosfera), els valors de prova sovint són similars als de l'estat normal, cosa que pot causar errors de jutjament. La raó es pot explicar per la teoria de col·lisions gaseuses: quan la pressió del gas augmenta, la densitat molecular augmenta, resultant en un camí lliure mitjà més curt per a els electrons. Tot i que el nombre de col·lisions augmenta, la insuficiència d'acumulació d'energia cinètica dels electrons redueix la probabilitat d'ionització dels gasos, fent que el dispositiu jutgi erròniament el grau de buit com bo.

Basant-nos en la pràctica de detecció in situ, cal destacar especialment que la prova de tensió de resistència a freqüència industrial no pot ser omesa durant la detecció. Només quan l'interruptor supera la prova de tensió de resistència a freqüència industrial es pot assegurar que el grau de buit està dins el rang efectiu del tester, i els resultats posteriors de la prova del grau de buit podran ser fiables. Per tant, la prova del grau de buit i la prova de tensió de resistència a freqüència industrial han de ser aplicades en combinació. Els dos mètodes es complementen, i confiar exclusivament en qualsevol dels dos mètodes per jutjar l'estat de l'interruptor té limitacions.

1.4 Prova de la resistència del circuit principal

En la detecció in situ, es fa servir el mètode de caiguda de tensió CC per a la prova de la resistència del circuit principal, utilitzant un tester amb una corrent no inferior a 100A. Els valors de resistència després de la transició i la reparació haurien de complir amb les regulacions del fabricant, i durant l'operació, no haurien de superar 1,2 vegades el valor de fabricació. Quan el desgast dels contactes de l'interruptor de buit provoca un contacte deficient, els problemes es poden detectar a través de la prova de la resistència del circuit. Si la resistència del circuit principal no és qualificada durant un llarg període, pot causar que l'interruptor es sobrecalfeixi, provocant una disminució del rendiment d'aislament dels components relacionats i fins i tot explosions de curto-circuit.

2 Mesures per millorar la fiabilitat dels interruptors de buit

• Realitzar regularment proves del grau de buit (en combinació amb la prova de tensió de resistència a 42kV a freqüència industrial) per jutjar l'estat de l'interruptor. Quan el grau de buit disminueix, s'ha de reemplaçar la bombolla de buit (la majoria dels productes requereixen reemplaçar les tres fases simultàniament si una fase no és qualificada), i completar proves característiques com el recorregut, la sincronització i el rebot.

• Establir cicles de detecció basant-se en les regulacions de proves preventives d'equips elèctrics i les condicions reals de la unitat. Augmentar la freqüència de monitorització durant els dos primers anys després de la puesta en servei; es recomana realitzar proves de tensió de resistència a freqüència industrial i del grau de buit a mig any, 1 any, 1,5 anys i 2 anys després de la puesta en servei, i després ajustar la freqüència segons les condicions d'operació després de 2 anys.

• Planificar razonablement els cicles de manteniment i inspeccionar els interruptors en combinació amb les proves preventives anuals. Després de 2.000 operacions normals o 10 interrupcions de corrent nominal, revisar totes les parts i paràmetres; si els polsos no estan alliberats i els paràmetres tècnics compleixen amb les normes, continuar utilitzant.

• Realitzar regularment proves de la resistència de contacte entre els dos extrems de l'interruptor i els terminals del circuit principal per assegurar-se que no supera el valor especificat.

• Quan ho permetin les condicions, realitzar mesuraments de temperatura per imatge infraroja del circuit conductor a través del forat d'observació per seguir les tendències de temperatura. Una resistència principal del circuit no qualificada, un contacte deficient, defectes d'aislament o un gradient de dissipació de calor insuficient degut a un disseny irracional de l'interruptor poden causar un increment de temperatura en els components conductors i aïllants, provocant accidents.

• El personal d'operació ha de realitzar patrullaments regulars de l'interruptor i atendre si hi ha descàrrega fora de la bombolla de buit (la descàrrega sol indicar una prova de grau de buit no qualificada, requerint un apagat oportú per a la substitució). Punts clau de manteniment:

• Revisar l'aparença i netejar la saletat

• Substituir la tub de buit si l'espessor acumulat de desgast dels contactes mòbils i estacionaris supera 3 mm

• Inspeccionar i ajustar regularment la distància d'obertura del contacte, el recorregut de compressió i la sincronització de les tres fases

3 Conclusions

• La tensió de resistència a freqüència industrial, el grau de buit i la resistència DC del circuit principal de l'interruptor de buit són importants indicadors per caracteritzar el seu rendiment, jugant un paper clau en el control de les tendències de filtració i l'estimació de la vida útil.

• Les proves del grau de buit i la tensió de resistència a freqüència industrial tenen cada una les seves limitacions i necessiten ser aplicades en combinació per diagnosticar precisament la fiabilitat de l'interruptor.

• Les dues proves no poden substituir-se; els interruptors que no superin les proves han de ser substituïts, i es recomana revisar les regulacions de proves de l'indústria a temps.

• Millorar la fiabilitat hauria de començar amb proves regulars del grau de buit, tensió de resistència a freqüència industrial i resistència del circuit principal, fortaleixer la formació tècnica del personal d'operació i manteniment, realitzar patrullaments cuidadosos, mesuraments de temperatura infraroja i planificar cicles de detecció i manteniment científics per evitar explosions i altres accidents causats per operacions no elèctriques errònies durant l'operació o el commutació de càrrega de l'interruptor.