Análise do Impacto da Inspección e Manutención da Cámara de Arco ao Vacío na Melora da Fiabilidade dos Interruptores de Circuito ao Vacío

Oliver Watts

Campo: Inspección e proba

China

Os interruptores de circuito a vácuo son amplamente utilizados nas redes de distribución. Como compoñentes centrais do equipo de fornecemento de enerxía, o seu rendemento depende tanto das capacidades dos interrumpidores a vacío como das características mecánicas dos interruptores (distancia de apertura dos contactos, curso, presión, velocidade media de cierre/apertura, tempo de rebote ao cerrar, asincronismo de apertura-cierre, número de operacións e desgaste acumulado permitido dos contactos). Ambos son críticos para un funcionamento fiable. O interrumpidor a vacío é o "corazón" do interruptor; sen un de alto rendemento e fiabilidade, un funcionamento de alta confiabilidade é imposible. Así, a detección e mantemento regulares dos interrumpidores, mediante unha avaliación cualitativa-cuantitativa do rendemento, son vitais para un funcionamento seguro e estable do interruptor.

1 Indicadores de Rendemento dos Interrumpidores a Vacío

Un interrumpidor a vacío consta dun sistema de aislamento hermético (envolvente), un sistema conductor e un sistema de blindaxe. O seu rendemento caracterízase polo nivel de aislamento (voltage de resistencia a frecuencia de rede durante 1 minuto, voltage de resistencia a impulso 1.2/50), o grao de vacío e a resistencia DC do circuito principal. A detección e avaliación precisas requiren unha proba e análise comprehensiva destes indicadores.

O método de resistencia a frecuencia de rede é comúnmente utilizado para a proba de aislamento in situ. Con o avance da tecnoloxía de proba, a comprobación do grao de vacío está sendo cada vez máis aplicada. No entanto, as "Regulacións para Entrega e Probas Preventivas de Equipos Eléctricos" de algúns provincias non enfatizan suficientemente a detección do grao de vacío, chegando incluso a sugerir "utilizar a resistencia a impulso de fractura como substituto cando a detección sexa inviable". Isto crea malentendidos teóricos e prácticos, arriesgando acidentes de xestión e técnicos. Recomendo a revisión oportuna das regulacións para mellorar o sistema de avaliación do rendemento dos interrumpidores e asegurar o funcionamento seguro do equipo de rede de distribución.

1.2 Tipos de Fallos nos Interrumpidores a Vacío

Como participante na detección in situ, descubríuse que os fallos dos interrumpidores a vacío divídese en dúas categorías:

Fallos explícitos caracterízanse pola ruptura da carcasa ou danos no fuelle, levando á entrada de aire, perda de vacío no interrumpidor e comunicación coa atmosfera.
Fallos implícitos refírense á diminución gradual do grao de vacío. Aínda que o interrumpidor non estea en comunicación coa atmosfera, a presión interna de aire excede o valor permisible debido a factores de fabricación, transporte, instalación ou mantemento, resultando nun interrumpidor que non cumple coa capacidade de corte normal. O perigo destes fallos latentes é significativamente maior que o dos fallos explícitos. A diminución do grao de vacío afectará seriamente a capacidade de corte de corrente excesiva do interruptor a vacío, acortando drasticamente a vida útil do interruptor e podendo causar explosións de interruptor en casos extremos.

1.3 Análise das Limitacións da Proba de Resistencia a Frecuencia de Rede e a Proba do Grao de Vacío

Desde a perspectiva da experiencia práctica in situ:

A proba de resistencia a frecuencia de rede é altamente efectiva para detectar fallos explícitos e pode determinar cualitativamente o estado do interrumpidor. No entanto, ten un punto cego para fallos implícitos: cando o grao de vacío está no rango de 1×10⁻²Pa a 1×10⁻³Pa, a proba de resistencia a frecuencia de rede ainda pode aprobar. Neste momento, o grao de vacío xa está por debaixo do limiar de seguridade de 1.66×10⁻²Pa, e as diferenzas sutís non se poden distinguir.
O tester de grao de vacío pode lograr unha medida precisa no rango de 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, elevando a detección dos interrumpidores desde unha etapa cualitativa a unha cuantitativa. Tamén pode deducir a vida útil do interrumpidor a vacío baseándose no cambio do grao de vacío ao longo dun determinado período, proporcionando soporte técnico para a avaliación da fiabilidade do equipo. No entanto, este método ten limitacións no rango de proba: cando se supera o rango de 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, a relación proporcional entre a corrente iónica e a densidade de gas residual (ou seja, o grao de vacío) no que se basa o tester de grao de vacío cambiará, e a precisión dos resultados da proba non pode garantirse. Especialmente para fallos explícitos con fuga completa (comunicación coa atmosfera), os valores de proba suelen ser similares aos do estado normal, o que pode causar erros de xuízo. A razón pode explicarse pola teoría de colisión de gases: cando a presión de gas aumenta, a densidade molecular aumenta, resultando nun camiño libre medio de eléctrons máis curto. Aínda que o número de colisións aumenta, a insuficiente acumulación de enerxía cinética dos eléctrons reduciu a probabilidade de ionización dos moléculas de gas, facendo que o instrumento errexe o grao de vacío como bueno.

Basándonos na práctica de detección in situ, debe notarse especialmente que a proba de resistencia a frecuencia de rede non pode omitirse durante a detección. Só cando o interrumpidor pasa a proba de resistencia a frecuencia de rede, pódese asegurar que o grao de vacío está dentro do rango efectivo do tester, e os resultados subsecuentes da proba de grao de vacío poden ser fiables. Polo tanto, a proba de grao de vacío e a proba de resistencia a frecuencia de rede deben combinarse. Os dous métodos complementanse, e confiar só en calquera deles para xulgar o estado do interrumpidor ten limitacións.

1.4 Proba de Resistencia do Circuito Principal

Na detección in situ, adoptase o método de caída de tensión DC para a proba de resistencia do circuito principal, utilizando un tester con unha corrente non inferior a 100A. Os valores de resistencia despois da entrega e da revisión deben cumprir coas rexulacións do fabricante, e durante a operación, non deben superar 1.2 veces o valor de fábrica. Cando o desgaste dos contactos do interrumpidor a vacío causa un mal contacto, os problemas poden detectarse a través da proba de resistencia do circuito. Se a resistencia do circuito principal é non qualificada durante un tempo prolongado, pode causar que o interrumpidor sobreaqueza, levando a un deterioro do rendemento de aislamento de componentes relacionados e mesmo a explosións de cortocircuito.

2 Medidas para Melorar a Fiabilidade dos Interrupidores a Vacío

Realizar regularmente a proba de grao de vacío (combinada coa proba de resistencia a frecuencia de rede de 42kV) para xulgar o estado do interrumpidor. Cando o grao de vacío disminúa, o bulbo a vacío debe ser substituído (a maioría dos produtos requiren a substitución das tres fases simultaneamente se unha fase non é válida), e completar as probas de características como curso, sincronismo e rebote.
Establecer ciclos de detección baseándose nas rexulacións de probas preventivas de equipos eléctricos e nas condicións reais da unidade. Aumentar a frecuencia de monitorización nos primeiros dous anos despois da comisión; recoméndase realizar probas de resistencia a frecuencia de rede e de grao de vacío a media ano, 1 ano, 1.5 anos e 2 anos despois da comisión, e logo axustar a frecuencia segundo as condicións de operación despois de 2 anos.
Planificar razoablemente os ciclos de mantemento e inspeccionar os interrumpidores en combinación cos ensaios preventivos anuais. Despois de 2.000 operacións normais ou 10 interrupcións de corrente nominal, comprobar todas as partes e parámetros; se os parafusos non están aflojados e os parámetros técnicos cumpren os estándares, continuar usando.
Probar regularmente a resistencia de contacto entre os dous extremos do interrumpidor e os terminais do circuito principal para asegurar que non supere o valor especificado.
Cando as condicións o permitan, realizar unha medición de temperatura por infravermellos no circuito conductor a través do orificio de observación para seguir as tendencias de temperatura. A resistencia do circuito principal non qualificada, un mal contacto, defectos de aislamento ou un gradiente de dissipación de calor insuficiente debido a un deseño irrazoable do interrumpidor, todos poden causar un aumento de temperatura nos componentes conductores e aislantes, levando a acidentes.
O persoal de operación debe realizar patrullas regulares do interruptor e prestar atención a se hai descarga fóra do bulbo a vacío (a descarga xeralmente indica unha proba de grao de vacío non qualificada, requirindo unha interrupción oportuna para a substitución). Puntos clave de mantemento:

Comprobar a apariencia e limpar a suxeridade
Substituír o tubo a vacío se o desgaste acumulado de contactos móveis e estáticos supera 3mm
Inspeccionar e axustar regularmente a distancia de apertura de contacto, o curso de compressión e o sincronismo de tres fases

3 Conclusións

A resistencia a frecuencia de rede, o grao de vacío e a resistencia DC do circuito principal do interrumpidor a vacío son indicadores importantes para caracterizar o seu rendemento, xogando un papel clave na comprensión das tendencias de fuga e na estimación da vida útil.
A proba de grao de vacío e a proba de resistencia a frecuencia de rede teñen cada unha as súas limitacións e necesitan ser aplicadas en combinación para diagnosticar con precisión a fiabilidade do interrumpidor.
As dúas probas non poden substituírse mutuamente; os interrumpidores que non pasen as probas deben ser substituídos, e recoméndase a revisión oportuna das rexulacións de proba da industria.
Para mellorar a fiabilidade, debe comezar coa realización regular de probas de grao de vacío, resistencia a frecuencia de rede e resistencia do circuito principal, fortalecer a formación técnica do persoal de operación e mantemento, realizar patrullas cuidadosas, medición de temperatura por infravermellos e planificación científica de ciclos de detección-mantemento para evitar explosións e outros acidentes causados por mala operación non eléctrica durante a operación do interruptor ou a conmutación de carga.