Comprensión y Gestión de Fallos en Unidades de Anillo Principal Aisladas con Nitrógeno
1. Fallos del Sistema de Gas
El tipo de fallo más crítico en las unidades de anillo principal aisladas con gas ecológico está relacionado con el sistema de gas, principalmente involucrando fugas de gas y anomalías de presión. Las fugas de gas en las unidades de anillo principal aisladas con nitrógeno se deben principalmente al envejecimiento del material de sellado y a defectos en los procesos de soldadura. Las estadísticas indican que aproximadamente el 65% de los fallos por fuga de gas están relacionados con el envejecimiento de los anillos O, mientras que el 30% es causado por una soldadura inadecuada. Las fugas de gas no solo afectan el rendimiento del aislamiento, sino que también pueden generar problemas de seguridad en condiciones extremas. Cuando la concentración de nitrógeno aumenta, reduciendo el nivel de oxígeno en el entorno por debajo del 19,5%, puede ocurrir asfixia, lo que supone una amenaza para la seguridad del personal.
Las anomalías de presión representan otro fallo común, principalmente causado por fallos en la regulación de las válvulas solenoides o fallos de sellado. La presión de operación de las unidades de anillo principal aisladas con nitrógeno generalmente se mantiene entre 0,12 y 0,13 MPa, con la presión absoluta nominal no superando los 0,2 MPa. Cuando la presión cae por debajo del 90% del valor nominal (aproximadamente 0,11 MPa), el rendimiento aislante del sistema disminuye significativamente, requiriendo un relleno inmediato o mantenimiento. Bajo condiciones de impulso de alta tensión, la resistencia dieléctrica del nitrógeno presenta un "fenómeno de cresta", donde la relación entre la presión y la resistencia aislante es lineal solo en campos eléctricos uniformes o ligeramente no uniformes, lo que complica el control de la presión.
Para abordar los fallos del sistema de gas, las unidades de anillo principal ecológicas modernas generalmente están equipadas con sistemas avanzados de monitoreo de gas, incluyendo sensores de presión, detectores de fuga de gas y módulos de monitoreo de humedad. Por ejemplo, la tecnología de sensado inalámbrico permite un monitoreo multidimensional en tiempo real de la temperatura, la presión, la fuga y el contenido de humedad dentro de la cámara de gas, mejorando significativamente las capacidades de advertencia de fallos. Las aplicaciones prácticas muestran que la instalación de tales sistemas de monitoreo puede reducir las tasas de fallos por fuga de gas en más del 75% y extender los ciclos de mantenimiento del equipo a 3-5 años.
2. Fallos Relacionados con el Campo Eléctrico
La descarga parcial y la ruptura causadas por la distribución desigual del campo eléctrico son la segunda categoría principal de fallos en las unidades de anillo principal aisladas con gas ecológico. Esto se debe principalmente a que la resistencia aislante del nitrógeno es solo aproximadamente un tercio de la del gas SF₆. En campos eléctricos no uniformes, el rendimiento aislante del nitrógeno se deteriora significativamente, haciéndolo propenso a fenómenos de descarga.
Las manifestaciones específicas de los fallos relacionados con el campo eléctrico incluyen descargas en los tornillos de conexión de los embocaduras, distorsión del campo eléctrico alrededor de los cuellos y flashovers superficiales en los aislantes. La investigación indica que la intensidad máxima del campo eléctrico en estos puntos de fallo puede alcanzar 5,4 kV/mm, muy por encima de los umbrales de seguridad. Por ejemplo, instalar cubiertas de blindaje en las cabezas de los tornillos puede reducir la intensidad del campo eléctrico a 2,3 kV/mm, disminuyendo significativamente el riesgo de descarga.
Las causas de los fallos del campo eléctrico incluyen principalmente tres factores: primero, la baja resistencia aislante del nitrógeno (aproximadamente un tercio de la del SF₆), lo que requiere un diseño de campo eléctrico más preciso; segundo, la estructura interna compleja de la cámara de gas, que fácilmente forma puntos de concentración del campo eléctrico; y tercero, el diseño compacto de las unidades de anillo principal ecológicas, que generalmente tienen distancias interfasas menores que el equipo tradicional, agravando la no uniformidad del campo eléctrico. En las unidades de anillo principal ecológicas, la distancia de aire entre conductores y fases o tierra generalmente no excede los 125 mm, mucho menor que los más de 350 mm en las unidades aisladas con SF₆, lo que hace que el control del campo eléctrico sea particularmente importante.
Abordar los problemas de campo eléctrico requiere una optimización del diseño. Adoptar mangas aislantes de potencial equipotencial y optimizar las formas de las embocaduras y los diseños de cuellos mediante simulaciones de campo eléctrico puede reducir el riesgo de descarga parcial. Además, aumentar los radios de los ángulos R de los electrodos y usar barras redondas para reducir el coeficiente de no uniformidad del campo eléctrico también son métodos efectivos. Durante la fabricación, es esencial asegurar que la intensidad del campo eléctrico superficial de las partes vivas y los aislantes cumpla con los requisitos estándar, especialmente el control de la descarga parcial de los componentes de resina epoxi.
3. Fallos Causados por Problemas de Disipación de Calor
El tercer tipo principal de fallo enfrentado por las unidades de anillo principal aisladas con gas ecológico es el sobrecalentamiento debido a una insuficiente disipación de calor. El rendimiento de disipación de calor del nitrógeno es significativamente más débil que el del gas SF₆, una característica particularmente notable en condiciones de operación de alta carga. Cuando la corriente supera los 2100 A, la capacidad de disipación de calor de las unidades de anillo principal aisladas con nitrógeno se vuelve insuficiente, lo que fácilmente lleva al envejecimiento de los materiales aislantes y a fallos de conexión.
Las manifestaciones específicas de una insuficiente disipación de calor incluyen sobrecalentamiento de las uniones de cable, aumento de temperatura en las conexiones de barras colectoras y carbonización de los materiales aislantes. Por ejemplo, un accidente grave que involucró la quema de una unión de cable fue analizado y se encontró que fue causado por una combinación de malas prácticas de instalación y una insuficiente disipación de calor. En la operación a largo plazo, el sobrecalentamiento conduce a un declive en el rendimiento de los materiales aislantes, creando un ciclo vicioso que finalmente resulta en cortocircuitos o explosiones.
Las causas de los problemas de disipación de calor incluyen principalmente tres aspectos: primero, la conductividad térmica del nitrógeno es solo un cuarto de la del SF₆, lo que resulta en una pobre conductividad térmica; segundo, el diseño compacto de las unidades de anillo principal ecológicas limita el espacio de la cámara de gas, restringiendo la refrigeración por convección natural; y tercero, el calor generado durante la operación de alta carga es difícil de disipar eficazmente, lo que lleva a incrementos de temperatura localizados.
En los últimos años, han surgido diversas soluciones innovadoras para abordar los problemas de disipación de calor. Las capas de enfriamiento radiativo pueden reducir la temperatura superficial de las unidades de anillo principal en 30,9°C durante el día, ofreciendo buenas propiedades mecánicas, resistencia al envejecimiento y a la corrosión. Los dispositivos de enfriamiento y deshumidificación inteligentes desarrollados, a través de la operación coordinada de ventiladores y deshumidificadores, pueden reducir la temperatura de las unidades de anillo principal en un 40% y la humedad en un 58%, resolviendo eficazmente los problemas de insuficiente disipación de calor. Además, la optimización del diseño de ventilación de la cámara de gas y el uso de materiales aislantes de alta conductividad térmica son métodos comunes de mejora.
4. Fallos de Componentes Mecánicos
El cuarto fallo común en las unidades de anillo principal aisladas con gas ecológico es el fallo de componentes mecánicos, que主要包括机械部件卡滞、传动部件磨损和密封部件老化。尽管气室的密封设计减少了潮湿环境对机械部件的影响，但长期密封也可能导致内部湿气积聚，影响操作机构的可靠性。
具体的机械故障表现包括无法分合闸、弹簧卡滞以及传动轴销磨损。例如，多次记录到由于机械部件老化导致的操作机构卡滞，通常与长时间不活动或维护不足有关。在环保设备中，机械故障也可能与气室内部空间紧凑和组件布局复杂有关。
机械故障的主要原因包括：首先，长期密封可能会影响操作机构的润滑状态；其次，紧凑的设计增加了机械部件的安装难度和维护复杂性；第三，环保设备对机械强度有更高的要求，以承受气室变形的风险。
优化润滑策略是解决机械部件故障的关键。建议使用聚脲基润滑脂（如Kl润滑脂），其具有优异的高低温适应性（-40°C至+120°C）、抗电弧性和长使用寿命（超过10年）。此外，定期维护（例如每3年更换一次润滑脂）并避免使用不兼容的润滑剂（如钙基或钠基润滑脂）也是防止机械故障的重要措施。
以下是翻译成西班牙语的内容：
4. Fallos de Componentes Mecánicos El cuarto fallo común en las unidades de anillo principal aisladas con gas ecológico es el fallo de componentes mecánicos, principalmente incluyendo atascamiento del mecanismo de operación, desgaste de las partes de transmisión y envejecimiento de los componentes de sellado. Aunque el diseño sellado de la cámara de gas reduce el impacto de ambientes húmedos en los componentes mecánicos, el sellado a largo plazo también puede llevar a la acumulación de humedad interna, afectando la confiabilidad del mecanismo de operación. Las manifestaciones específicas de los fallos mecánicos incluyen fallos en la apertura y cierre, atascamiento de resortes y desgaste de los pernos de transmisión. Por ejemplo, se han registrado múltiples casos de atascamiento del mecanismo de operación debido al envejecimiento de los componentes mecánicos, generalmente relacionados con largos períodos de inactividad o mantenimiento insuficiente. En el equipo ecológico, los fallos mecánicos también pueden estar relacionados con el espacio interno compacto de la cámara de gas y la compleja disposición de los componentes. Las causas de los fallos mecánicos incluyen principalmente: primero, el sellado a largo plazo puede afectar el estado de lubricación del mecanismo de operación; segundo, el diseño compacto aumenta la dificultad de instalación y la complejidad de mantenimiento de los componentes mecánicos; y tercero, el equipo ecológico tiene mayores requisitos de resistencia mecánica para soportar los riesgos de deformación de la cámara de gas. Optimizar las estrategias de lubricación es clave para abordar los fallos de los componentes mecánicos. Se recomienda el uso de grasas basadas en poliurea (como la grasa Kl), que ofrecen excelente adaptabilidad a altas y bajas temperaturas (-40°C a +120°C), resistencia al arco y larga vida útil (más de 10 años). Además, el mantenimiento regular (por ejemplo, cambio de grasa cada 3 años) y evitar lubricantes incompatibles (como grasas basadas en calcio o sodio) también son medidas importantes para prevenir fallos mecánicos.
