Analyse de l'impact de l'inspection et de la maintenance de la chambre d'arc sous vide sur l'amélioration de la fiabilité des disjoncteurs à vide

Les disjoncteurs à vide sont largement utilisés dans les réseaux de distribution. En tant que composants clés des équipements d'alimentation, leur performance dépend à la fois des capacités des interupteurs à vide et des caractéristiques mécaniques des disjoncteurs (distance d'ouverture des contacts, course, pression, vitesse moyenne d'ouverture/fermeture, temps de rebond à la fermeture, asynchronisme d'ouverture-fermeture, nombre d'opérations et usure cumulée admissible des contacts). Tous deux sont essentiels pour un fonctionnement fiable. L'interupteur à vide est le "cœur" du disjoncteur ; sans un interupteur haute performance et fiable, un fonctionnement hautement fiable est impossible. Ainsi, une détection et une maintenance régulières des interupteurs, via une évaluation qualitative et quantitative de leurs performances, sont vitales pour un fonctionnement sûr et stable des disjoncteurs.

1 Indicateurs de performance des interupteurs à vide

Un interupteur à vide se compose d'un système d'isolation étanche (enveloppe), d'un système conducteur et d'un système de blindage. Sa performance est caractérisée par le niveau d'isolement (tension de tenue en fréquence industrielle pendant 1 minute, tension de tenue impulsionnelle 1.2/50), le degré de vide et la résistance DC du circuit principal. Une détection et une évaluation précises nécessitent des tests et analyses approfondis de ces indicateurs.

La méthode de tension de tenue en fréquence industrielle est couramment utilisée pour les tests d'isolement sur site. Avec l'avancement des technologies de test, le test du degré de vide est de plus en plus appliqué. Cependant, certaines provinces dans leurs "Règlements sur les tests de réception et préventifs des équipements électriques" ne mettent pas suffisamment l'accent sur la détection du degré de vide, allant même jusqu'à suggérer "l'utilisation de la tension de tenue de fracture comme substitut lorsque la détection n'est pas possible". Cela crée des malentendus théoriques et pratiques, risquant des accidents de gestion et techniques. Je recommande une révision opportune des règlements pour améliorer le système d'évaluation de la performance des interupteurs et assurer un fonctionnement sûr des équipements de réseau de distribution.

1.2 Types de défauts des interupteurs à vide

En tant que participant à la détection sur site, il a été constaté que les défauts des interupteurs à vide se divisent en deux catégories :

• Les défauts explicites sont caractérisés par une rupture de la coque ou un dommage aux cloches, entraînant l'entrée d'air, la perte de vide dans l'interupteur et sa communication avec l'atmosphère.

• Les défauts implicites font référence à la diminution progressive du degré de vide. Bien que l'interupteur ne soit pas en communication avec l'atmosphère, la pression interne de l'air dépasse la valeur admissible en raison des processus de fabrication, du transport, de l'installation ou des facteurs de maintenance, ce qui fait que l'interupteur ne répond pas à la capacité de coupure normale. Le danger de tels défauts latents est significativement plus élevé que celui des défauts explicites. La diminution du degré de vide affectera sérieusement la capacité de coupure de surintensité du disjoncteur à vide, raccourcira considérablement la durée de vie du disjoncteur et peut provoquer une explosion de l'interrupteur dans des cas extrêmes.

1.3 Analyse des limites des tests de tension de tenue en fréquence industrielle et du degré de vide

Du point de vue de l'expérience pratique sur site :

• Le test de tension de tenue en fréquence industrielle est très efficace pour détecter les défauts explicites et peut déterminer qualitativement l'état de l'interupteur. Cependant, il a un point aveugle pour les défauts implicites : lorsque le degré de vide est compris entre 1×10⁻²Pa et 1×10⁻³Pa, le test de tension de tenue en fréquence industrielle peut encore passer. À ce moment, le degré de vide est déjà inférieur au seuil de sécurité de 1.66×10⁻²Pa, et les différences subtiles ne peuvent pas être distinguées.

• L'appareil de mesure du degré de vide peut réaliser une mesure précise dans la plage de 1×10⁻¹Pa à 1×10⁻⁵Pa, amenant la détection des interupteurs du stade qualitatif au quantitatif. Il peut également déduire la durée de vie de l'interupteur à vide en fonction de la variation du degré de vide sur une certaine période, fournissant un support technique pour l'évaluation de la fiabilité de l'équipement. Cependant, cette méthode a des limites dans la plage de test : lorsqu'elle dépasse 1×10⁻¹Pa à 1×10⁻⁵Pa, la relation proportionnelle entre le courant d'ions et la densité de gaz résiduel (c'est-à-dire le degré de vide) sur laquelle repose l'appareil de mesure du degré de vide changera, et la précision des résultats de test ne peut pas être garantie. En particulier pour les défauts explicites avec une fuite complète (communication avec l'atmosphère), les valeurs de test sont souvent proches de celles de l'état normal, ce qui est susceptible de causer une mauvaise interprétation. La raison peut être expliquée par la théorie des collisions de gaz : lorsque la pression du gaz augmente, la densité moléculaire augmente, entraînant une plus courte libre parcours moyen des électrons. Bien que le nombre de collisions augmente, l'accumulation insuffisante de l'énergie cinétique des électrons réduit la probabilité d'ionisation des molécules de gaz, faisant que l'instrument juge à tort que le degré de vide est bon.

Sur la base de la pratique de la détection sur site, il convient de noter particulièrement que le test de tension de tenue en fréquence industrielle ne doit pas être omis lors de la détection. Seulement lorsque l'interupteur passe le test de tension de tenue en fréquence industrielle, on peut s'assurer que le degré de vide est dans la plage effective de l'appareil de mesure, et les résultats subséquents du test du degré de vide peuvent être fiables. Par conséquent, le test du degré de vide et le test de tension de tenue en fréquence industrielle doivent être appliqués en combinaison. Les deux méthodes se complètent mutuellement, et se fier uniquement à l'une des méthodes pour juger de l'état de l'interupteur a des limites.

1.4 Test de la résistance du circuit principal

Dans la détection sur site, la méthode de chute de tension DC est adoptée pour le test de la résistance du circuit principal, en utilisant un appareil de test avec un courant d'au moins 100A. Les valeurs de résistance après la réception et la réparation doivent être conformes aux réglementations du fabricant, et pendant l'exploitation, elles ne doivent pas dépasser 1.2 fois la valeur d'usine. Lorsque l'usure des contacts de l'interupteur à vide cause un contact défectueux, les problèmes peuvent être détectés par le test de résistance du circuit. Si la résistance du circuit principal est non conforme pendant une longue période, cela peut provoquer une surchauffe de l'interupteur, entraînant une dégradation des performances d'isolation des composants associés et même des explosions de court-circuit.

2 Mesures pour améliorer la fiabilité des interupteurs à vide

• Effectuer régulièrement des tests du degré de vide (combinés avec un test de tension de tenue en fréquence industrielle de 42kV) pour juger de l'état de l'interupteur. Lorsque le degré de vide diminue, la bulle de vide doit être remplacée (la plupart des produits exigent le remplacement simultané des trois phases si une phase est non conforme), et des tests de caractéristiques tels que la course, la synchronisation et le rebond doivent être réalisés.

• Établir des cycles de détection basés sur les règlements de tests préventifs des équipements électriques et les conditions réelles de l'unité. Augmenter la fréquence de surveillance pendant les deux premières années après la mise en service ; il est recommandé de réaliser des tests de tension de tenue en fréquence industrielle et de degré de vide à six mois, un an, un an et demi, et deux ans après la mise en service, puis ajuster la fréquence en fonction des conditions d'exploitation après deux ans.

• Planifier de manière raisonnée les cycles de maintenance et inspecter les interupteurs en combinaison avec les tests préventifs annuels. Après 2 000 opérations normales ou 10 interruptions de courant nominal, vérifier tous les éléments et paramètres ; si les boulons ne sont pas desserrés et que les paramètres techniques répondent aux normes, continuer à utiliser.

• Tester régulièrement la résistance de contact entre les deux extrémités de l'interupteur et les bornes du circuit principal pour s'assurer qu'elle ne dépasse pas la valeur spécifiée.

• Lorsque les conditions le permettent, effectuer des mesures de température par imagerie infrarouge sur le circuit conducteur à travers le trou d'observation pour suivre les tendances de température. Une résistance du circuit principal non conforme, un contact défectueux, des défauts d'isolation ou un gradient de dissipation thermique insuffisant en raison d'une conception inadéquate de l'interupteur peuvent tous causer une augmentation de la température des composants conducteurs et isolants, entraînant des accidents.

• Le personnel d'exploitation doit effectuer régulièrement des rondes sur le disjoncteur et prêter attention à la présence de décharge à l'extérieur de la bulle de vide (la décharge indique généralement un test de degré de vide non conforme, nécessitant un arrêt de l'alimentation pour un remplacement). Points clés de maintenance :

• Vérifier l'apparence et nettoyer la saleté

• Remplacer la tube de vide si l'usure cumulée de l'épaisseur des contacts mobiles et fixes dépasse 3mm

• Inspecter et ajuster régulièrement la distance d'ouverture des contacts, la course de compression et la synchronisation triphasée

3 Conclusions

• La tension de tenue en fréquence industrielle, le degré de vide et la résistance DC du circuit principal de l'interupteur à vide sont des indicateurs importants pour caractériser sa performance, jouant un rôle clé dans la maîtrise des tendances de fuite et l'estimation de la durée de vie.

• Les tests du degré de vide et de la tension de tenue en fréquence industrielle ont chacun leurs limites et doivent être appliqués en combinaison pour diagnostiquer précisément la fiabilité de l'interupteur.

• Les deux tests ne peuvent pas se substituer l'un à l'autre ; les interupteurs qui échouent aux tests doivent être remplacés, et il est recommandé de réviser opportunément les réglementations de test de l'industrie concernées.

• L'amélioration de la fiabilité doit commencer par des tests réguliers du degré de vide, de la tension de tenue en fréquence industrielle et de la résistance du circuit principal, renforcer la formation technique du personnel d'exploitation et de maintenance, effectuer des rondes minutieuses, des mesures de température infrarouge et planifier scientifiquement les cycles de détection et de maintenance pour éviter les explosions et autres accidents causés par des erreurs non électriques lors de l'exploitation ou du basculement de charge du disjoncteur.