Análisis del Impacto de la Inspección y Mantenimiento de la Cámara de Arco al Vacío en la Mejora de la Confiabilidad de los Interruptores de Circuito al Vacío

Los interruptores de circuito al vacío se utilizan ampliamente en redes de distribución. Como componentes centrales del equipo de suministro de energía, su rendimiento depende tanto de las capacidades de los interrumpidores al vacío como de las características mecánicas de los interruptores (distancia de apertura de contacto, recorrido, presión, velocidad media de cierre y apertura, tiempo de rebote de cierre, asincronismo de apertura-cierre, número de operaciones y desgaste acumulado permitido de los contactos). Ambos son críticos para una operación confiable. El interrumpidor al vacío es el "corazón" del interruptor; sin uno de alto rendimiento y confiable, la operación de alta confiabilidad es imposible. Por lo tanto, la detección y mantenimiento regular de los interrumpidores, a través de la evaluación cualitativa y cuantitativa del rendimiento, es vital para la operación segura y estable del interruptor.

1 Indicadores de Rendimiento de los Interrumpidores al Vacío

Un interrumpidor al vacío consta de un sistema de aislamiento hermético (cubierta), un sistema conductor y un sistema de blindaje. Su rendimiento se caracteriza por el nivel de aislamiento (tensión de soporte a frecuencia industrial durante 1 minuto, tensión de soporte a impulso 1.2/50), grado de vacío y resistencia DC del circuito principal. La detección y evaluación precisas requieren pruebas y análisis comprehensivos de estos indicadores.

El método de tensión de soporte a frecuencia industrial se utiliza comúnmente para pruebas de aislamiento en el sitio. Con el avance de la tecnología de prueba, la prueba del grado de vacío se está aplicando cada vez más. Sin embargo, algunas provincias en sus "Reglamentos para Pruebas de Entrega y Preventivas de Equipos Eléctricos" no enfatizan suficientemente la detección del grado de vacío, incluso sugiriendo "usar la tensión de soporte a fractura como sustituto cuando la detección no sea factible". Esto crea malentendidos teóricos y prácticos, poniendo en riesgo la gestión y accidentes técnicos. Recomiendo la revisión oportuna de los reglamentos para mejorar el sistema de evaluación del rendimiento del interrumpidor y garantizar la operación segura del equipo de la red de distribución.

1.2 Tipos de Fallos de los Interrumpidores al Vacío

Como participante en la detección en el sitio, se ha encontrado que los fallos de los interrumpidores al vacío se dividen en dos categorías:

• Fallos explícitos se caracterizan por la ruptura de la carcasa o daño en las campanas, lo que lleva a la entrada de aire, pérdida de vacío en el interrumpidor y comunicación con la atmósfera.

• Fallos implícitos se refieren a la disminución gradual del grado de vacío. Aunque el interrumpidor no está en comunicación con la atmósfera, la presión interna de aire excede el valor permitido debido a factores de fabricación, transporte, instalación o mantenimiento, resultando en que el interrumpidor no cumple con la capacidad de interrupción normal. El peligro de tales fallos latentes es significativamente mayor que el de los fallos explícitos. La disminución del grado de vacío afectará seriamente la capacidad de interrupción de corrientes superiores del interruptor de circuito al vacío, acortará drásticamente la vida útil del interruptor y puede causar explosiones del interruptor en casos extremos.

1.3 Análisis de las Limitaciones de las Pruebas de Tensión de Soporte a Frecuencia Industrial y Grado de Vacío

Desde la perspectiva de la experiencia práctica en el sitio:

• La prueba de tensión de soporte a frecuencia industrial es altamente efectiva para detectar fallos explícitos y puede determinar cualitativamente el estado del interrumpidor. Sin embargo, tiene un punto ciego en la detección de fallos implícitos: cuando el grado de vacío está en el rango de 1×10⁻²Pa a 1×10⁻³Pa, la prueba de tensión de soporte a frecuencia industrial aún puede pasar. En este momento, el grado de vacío ya es inferior al umbral de seguridad de 1.66×10⁻²Pa, y las diferencias sutiles no pueden distinguirse.

• El medidor de grado de vacío puede lograr mediciones precisas dentro del rango de 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, elevando la detección de interrumpidores de un análisis cualitativo a una etapa cuantitativa. También puede deducir la vida útil del interrumpidor al vacío basándose en el cambio del grado de vacío durante un cierto período, proporcionando soporte técnico para la evaluación de la confiabilidad del equipo. Sin embargo, este método tiene limitaciones en el rango de prueba: cuando se excede el rango de 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, la relación proporcional entre la corriente iónica y la densidad residual de gas (es decir, el grado de vacío) en la que se basa el medidor de grado de vacío cambiará, y la precisión de los resultados de la prueba no puede garantizarse. Especialmente para fallos explícitos con fuga completa (comunicación con la atmósfera), los valores de prueba a menudo están cerca de los del estado normal, lo que puede causar errores de juicio. La razón se puede explicar por la teoría de colisiones de gases: cuando la presión del gas aumenta, la densidad molecular aumenta, resultando en una trayectoria libre media de electrones más corta. Aunque el número de colisiones aumenta, la insuficiente acumulación de energía cinética de los electrones reduce la probabilidad de ionización de las moléculas de gas, causando que el instrumento juzgue erróneamente el grado de vacío como bueno.

Basado en la práctica de detección en el sitio, debe tenerse en cuenta especialmente que la prueba de tensión de soporte a frecuencia industrial no puede omitirse durante la detección. Solo cuando el interrumpidor pasa la prueba de tensión de soporte a frecuencia industrial se puede asegurar que el grado de vacío está dentro del rango efectivo del medidor, y los resultados posteriores de la prueba de grado de vacío pueden ser confiables. Por lo tanto, la prueba de grado de vacío y la prueba de tensión de soporte a frecuencia industrial deben aplicarse en combinación. Los dos métodos se complementan entre sí, y confiar únicamente en uno de ellos para juzgar el estado del interrumpidor tiene limitaciones.

1.4 Prueba de Resistencia del Circuito Principal

En la detección en el sitio, se adopta el método de caída de tensión DC para la prueba de resistencia del circuito principal, utilizando un probador con una corriente de no menos de 100A. Los valores de resistencia después de la entrega y la revisión deben cumplir con las regulaciones del fabricante, y durante la operación, no deben exceder 1.2 veces el valor de fábrica. Cuando el desgaste de los contactos del interrumpidor al vacío causa un mal contacto, los problemas pueden detectarse a través de la prueba de resistencia del circuito. Si la resistencia del circuito principal es inadecuada durante mucho tiempo, puede causar que el interrumpidor se sobrecaliente, lo que llevará a una disminución del rendimiento de aislamiento de los componentes relacionados e incluso a explosiones por cortocircuito.

2 Medidas para Mejorar la Confiabilidad del Interrumpidor al Vacío

• Realizar periódicamente pruebas de grado de vacío (en combinación con la prueba de tensión de soporte a frecuencia industrial de 42kV) para juzgar el estado del interrumpidor. Cuando el grado de vacío disminuye, el bulbo al vacío debe reemplazarse (la mayoría de los productos requieren reemplazar las tres fases simultáneamente si una fase no es adecuada), y se deben completar pruebas de características como recorrido, sincronismo y rebote.

• Establecer ciclos de detección basados en los reglamentos de pruebas preventivas para equipos eléctricos y las condiciones reales de la unidad. Aumentar la frecuencia de monitoreo en los primeros dos años después de la puesta en marcha; se recomienda realizar pruebas de tensión de soporte a frecuencia industrial y grado de vacío a medio año, 1 año, 1.5 años y 2 años después de la puesta en marcha, luego ajustar la frecuencia según las condiciones de operación después de 2 años.

• Planificar razonablemente los ciclos de mantenimiento e inspeccionar los interrumpidores en combinación con las pruebas preventivas anuales. Después de 2,000 operaciones normales o 10 interrupciones de corriente nominal, verificar todas las partes y parámetros; si los tornillos no están sueltos y los parámetros técnicos cumplen con los estándares, continuar su uso.

• Realizar periódicamente pruebas de resistencia de contacto entre los extremos del interrumpidor y los terminales del circuito principal para asegurar que no exceda el valor especificado.

• Cuando las condiciones lo permitan, realizar mediciones de temperatura por imagen infrarroja en el circuito conductor a través del orificio de observación para rastrear las tendencias de temperatura. Una resistencia del circuito principal inadecuada, un mal contacto, defectos de aislamiento o un gradiente de disipación de calor insuficiente debido a un diseño inadecuado del interrumpidor pueden causar un aumento de temperatura en los componentes conductores e aislantes, lo que puede llevar a accidentes.

• El personal de operación debe realizar patrullajes regulares del interruptor y prestar atención a si hay descargas fuera del bulbo al vacío (las descargas generalmente indican una prueba de grado de vacío inadecuada, lo que requiere un apagado oportuno para reemplazo). Puntos clave de mantenimiento:

• Verificar la apariencia y limpiar la suciedad

• Reemplazar el tubo al vacío si el espesor de desgaste acumulado de los contactos móviles y estacionarios excede 3mm

• Inspeccionar y ajustar regularmente la distancia de apertura de contacto, el recorrido de compresión y el sincronismo de las tres fases

3 Conclusiones

• La tensión de soporte a frecuencia industrial, el grado de vacío y la resistencia DC del circuito principal del interrumpidor al vacío son indicadores importantes para caracterizar su rendimiento, jugando un papel clave en el control de las tendencias de fuga y la estimación de la vida útil.

• Las pruebas de grado de vacío y tensión de soporte a frecuencia industrial tienen limitaciones cada una y necesitan aplicarse en combinación para diagnosticar con precisión la confiabilidad del interrumpidor.

• Las dos pruebas no pueden reemplazarse mutuamente; los interrumpidores que no pasan las pruebas deben reemplazarse, y se recomienda revisar oportunamente los reglamentos de prueba de la industria.

• Para mejorar la confiabilidad, se debe comenzar con pruebas regulares de grado de vacío, tensión de soporte a frecuencia industrial y resistencia del circuito principal, fortalecer la capacitación técnica del personal de operación y mantenimiento, realizar patrullajes cuidadosos, mediciones de temperatura por infrarrojos y planificación científica de los ciclos de detección y mantenimiento para evitar explosiones y otros accidentes causados por maniobras no eléctricas incorrectas durante la operación o conmutación de carga del interruptor.