Analisi dell'Impatto dell'Ispettione e della Manutenzione della Camera ad Arco al Vuoto sull'Aumento della Affidabilità degli Interruttori a Vuoto

I interruttori a vuoto sono ampiamente utilizzati nelle reti di distribuzione. Come componenti chiave degli impianti di fornitura elettrica, la loro performance dipende dalle capacità degli interruttori a vuoto e dalle caratteristiche meccaniche degli interruttori (distanza di apertura dei contatti, corsa, pressione, velocità media di chiusura/apertura, tempo di rimbalzo in chiusura, asincronismo in apertura/chiusura, numero di operazioni e usura cumulativa consentita dei contatti). Entrambi sono critici per un funzionamento affidabile. L'interruttore a vuoto è il "cuore" dell'interruttore; senza uno ad alto rendimento e affidabile, un funzionamento ad alta affidabilità è impossibile. Pertanto, la rilevazione e la manutenzione regolari degli interruttori, attraverso una valutazione qualitativa-quantitativa delle prestazioni, sono fondamentali per un funzionamento sicuro e stabile dell'interruttore.

1 Indicatori di Prestazione degli Interruttori a Vuoto

Un interruttore a vuoto è composto da un sistema d'isolamento ermetico (involucro), un sistema conduttivo e un sistema di schermatura. Le sue prestazioni sono caratterizzate dal livello di isolamento (tensione di resistenza a frequenza industriale per 1 minuto, tensione di resistenza impulso 1,2/50), dal grado di vuoto e dalla resistenza DC del circuito principale. Una rilevazione e valutazione accurate richiedono un test e un'analisi complessivi di questi indicatori.

Il metodo della tensione di resistenza a frequenza industriale è comunemente utilizzato per i test di isolamento in loco. Con l'avanzamento della tecnologia di test, il controllo del grado di vuoto viene sempre più applicato. Tuttavia, alcuni regolamenti provinciali "Norme per i Test di Accettazione e Preventivi degli Apparecchi Elettrici" non enfatizzano sufficientemente il controllo del grado di vuoto, suggerendo addirittura "l'uso della tensione di resistenza al fratturarsi come sostituto quando il controllo non è fattibile". Ciò crea fraintendimenti teorici e pratici, rischiando incidenti gestionali e tecnici. Raccomando revisioni tempestive delle normative per migliorare il sistema di valutazione delle prestazioni degli interruttori e garantire il funzionamento sicuro degli apparecchi della rete di distribuzione.

1.2 Tipi di Guasti degli Interruttori a Vuoto

Come partecipante alla rilevazione in loco, si è constatato che i guasti degli interruttori a vuoto si dividono in due categorie:

• I guasti espliciti sono caratterizzati dalla rottura dello scudo o del campanello, che porta all'ingresso di aria, alla perdita del vuoto nell'interruttore e alla comunicazione con l'atmosfera.

• I guasti impliciti si riferiscono a un graduale calo del grado di vuoto. Anche se l'interruttore non è in comunicazione con l'atmosfera, la pressione interna dell'aria supera il valore ammissibile a causa di processi di fabbricazione, trasporto, installazione o manutenzione, portando l'interruttore a non soddisfare la capacità di interruzione normale. Il pericolo di tali guasti latenti è significativamente maggiore rispetto ai guasti espliciti. Il calo del grado di vuoto influenzerà gravemente la capacità di interruzione di corrente sovraccorrente dell'interruttore a vuoto, accorcerà drasticamente la vita utile dell'interruttore e potrebbe causare l'esplosione dell'interruttore in casi estremi.

1.3 Analisi delle Limitazioni del Test di Resistenza a Frequenza Industriale e del Grado di Vuoto

Dal punto di vista dell'esperienza pratica in loco:

• Il test di resistenza a frequenza industriale è altamente efficace per rilevare guasti espliciti e può determinare qualitativamente lo stato dell'interruttore. Tuttavia, presenta un punto cieco per i guasti impliciti: quando il grado di vuoto è compreso tra 1×10⁻²Pa e 1×10⁻³Pa, il test di resistenza a frequenza industriale può ancora passare. In questo caso, il grado di vuoto è inferiore alla soglia di sicurezza di 1,66×10⁻²Pa, e le differenze sottili non possono essere distinte.

• L'apparecchio per il controllo del grado di vuoto può ottenere misurazioni accurate entro il range di 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, elevando la rilevazione degli interruttori da un'analisi qualitativa a una quantitativa. Può anche dedurre la vita utile dell'interruttore a vuoto in base al cambiamento del grado di vuoto nel corso di un certo periodo, fornendo supporto tecnico per la valutazione della affidabilità dell'equipaggiamento. Tuttavia, questo metodo ha limiti nel range di test: oltre 1×10⁻¹Pa a 1×10⁻⁵Pa, la relazione proporzionale tra la corrente ionica e la densità residua di gas (cioè, il grado di vuoto) su cui si basa l'apparecchio per il controllo del grado di vuoto cambia, e l'accuratezza dei risultati del test non può essere garantita. In particolare, per guasti espliciti con fuga completa (comunicazione con l'atmosfera), i valori del test sono spesso vicini a quelli nello stato normale, il che è propenso a causare errori di giudizio. La ragione può essere spiegata dalla teoria delle collisioni gassose: quando la pressione del gas aumenta, la densità molecolare aumenta, risultando in un percorso libero medio più corto degli elettroni. Anche se il numero di collisioni aumenta, l'insufficiente accumulo di energia cinetica degli elettroni riduce la probabilità di ionizzazione delle molecole di gas, causando che lo strumento giudichi erroneamente il grado di vuoto come buono.

Basandosi sulla pratica di rilevazione in loco, è particolarmente importante notare che il test di resistenza a frequenza industriale non può essere omesso durante la rilevazione. Solo quando l'interruttore supera il test di resistenza a frequenza industriale si può garantire che il grado di vuoto sia all'interno del range efficace dello strumento, e i risultati successivi del test del grado di vuoto possono essere affidabili. Pertanto, il test del grado di vuoto e il test di resistenza a frequenza industriale devono essere applicati in combinazione. I due metodi si completano a vicenda, e fare affidamento esclusivamente su uno dei due metodi per giudicare lo stato dell'interruttore ha limiti.

1.4 Test della Resistenza del Circuito Principale

Nella rilevazione in loco, viene adottato il metodo della caduta di tensione continua per il test della resistenza del circuito principale, utilizzando un tester con una corrente non inferiore a 100A. I valori di resistenza dopo la consegna e il sovracontrollo devono conformarsi alle disposizioni del produttore, e durante l'operazione, non devono superare 1,2 volte il valore di fabbrica. Quando l'usura dei contatti dell'interruttore a vuoto causa un contatto povero, i problemi possono essere rilevati tramite il test della resistenza del circuito. Se la resistenza del circuito principale non è conforme per un lungo periodo, può causare il surriscaldamento dell'interruttore, portando a un declino delle prestazioni di isolamento dei componenti correlati e persino a esplosioni a corto circuito.

2 Misure per Migliorare l'affidabilità degli Interruttori a Vuoto

• Effettuare regolarmente il test del grado di vuoto (combinato con il test di resistenza a frequenza industriale a 42kV) per valutare lo stato dell'interruttore. Quando il grado di vuoto diminuisce, il bulbo a vuoto deve essere sostituito (molti prodotti richiedono la sostituzione simultanea di tre fasi se una fase non è conforme), e devono essere completati test caratteristici come corsa, sincronismo e rimbalzo.

• Formulare cicli di rilevazione in base alle norme di test preventivi per gli apparecchi elettrici e alle condizioni effettive dell'unità. Aumentare la frequenza del monitoraggio nei primi due anni dopo la messa in servizio; si consiglia di effettuare test di resistenza a frequenza industriale e del grado di vuoto a sei mesi, un anno, un anno e mezzo e due anni dopo la messa in servizio, quindi regolare la frequenza in base alle condizioni operative dopo due anni.

• Pianificare razionalmente i cicli di manutenzione e ispezionare gli interruttori in combinazione con i test preventivi annuali. Dopo 2.000 operazioni normali o 10 interruzioni a corrente nominale, controllare tutte le parti e i parametri; se i bulloni non sono allentati e i parametri tecnici soddisfano gli standard, continuare a utilizzare.

• Effettuare regolarmente il test della resistenza di contatto tra le due estremità dell'interruttore e i terminali del circuito principale per assicurare che non superi il valore specificato.

• Quando le condizioni lo permettono, effettuare la misurazione termica mediante immagine termica del circuito conduttivo attraverso il foro di osservazione per tracciare le tendenze termiche. Una resistenza del circuito principale non conforme, un contatto povero, difetti di isolamento o un gradiente di dissipazione termica insufficiente dovuto a un design irrazionale dell'interruttore possono tutti causare un aumento di temperatura nei componenti conduttivi e isolanti, portando a incidenti.

• Il personale operativo deve effettuare regolarmente pattugliamenti dell'interruttore e prestare attenzione alla presenza di scariche esterne al bulbo a vuoto (le scariche indicano solitamente un test del grado di vuoto non conforme, richiedendo un'interruzione temporanea del servizio per la sostituzione). Punti chiave della manutenzione:

• Controllare l'aspetto e pulire la sporcizia

• Sostituire il tubo a vuoto se lo spessore cumulativo di usura dei contatti mobili e statici supera 3 mm

• Ispezionare e regolare regolarmente la distanza di apertura dei contatti, la corsa di compressione e il sincronismo trifase

3 Conclusioni

• La resistenza a frequenza industriale, il grado di vuoto e la resistenza DC del circuito principale dell'interruttore a vuoto sono indicatori importanti per caratterizzare le sue prestazioni, giocando un ruolo chiave nella comprensione delle tendenze di fuga e nella stima della vita utile.

• Il test del grado di vuoto e il test di resistenza a frequenza industriale hanno ciascuno limiti e devono essere applicati in combinazione per diagnosticare accuratamente l'affidabilità dell'interruttore.

• I due test non possono sostituirsi a vicenda; gli interruttori che non superano i test devono essere sostituiti, e si raccomanda di revisionare tempestivamente le normative di test settoriali pertinenti.

• Migliorare l'affidabilità dovrebbe iniziare con test regolari del grado di vuoto, della resistenza a frequenza industriale e della resistenza del circuito principale, rafforzare la formazione tecnica del personale di operazione e manutenzione, effettuare pattugliamenti accurati, misurazioni termiche mediante immagini termiche e pianificazione scientifica dei cicli di rilevazione-mantenimento per evitare esplosioni e altri incidenti causati da malfunzionamenti non elettrici durante l'operazione o la commutazione del carico dell'interruttore.