Mètodes de prova per a nou GIS d'isolament a gas de 35 kV
El GIS (Gas-Insulated Switchgear) ofereix avantatges com una estructura compacta, operació flexible, interbloqueig fiable, llarga vida útil, operació sense manteniment i petita superfície. També posseeix molts avantatges insubstituïbles en rendiment d'aislament, respecte ambiental i estalvi d'energia, i es va aplicant cada vegada més en empreses industrials i mineres, aeroports, ferrocarrils, metro, estacions eòliques i altres àmbits.
Una certa empresa tenia originalment un subestació interior de 35 kV equipada amb aparells d'isolament a l'aire de 10 bays. Aquesta actualització afegeix 4 bays nous. Tanmateix, l'àrea original del lloc no pot acomodar els requisits de les bays ampliades. A més, considerant els anys de servei de l'equipament i el seu rendiment de seguretat, la subestació de 35 kV s'està reconvertint amb aparells metàl·lics tancats aïllats amb gas SF₆. L'àrea existent de la sala d'aparells pot complir els requisits d'ampliació, i el rendiment de seguretat general de l'equipament elèctric s'incrementarà significativament.
Aquest article estudia, segons els components principals dels aparells, les següents proves respectivament: proves d'aislament de la caixa i les barres, proves del disjuntor de vacu, proves del transformador de tensió, proves del transformador de corrent, proves del paràlit protector de òxid metàl·lic i proves del cable d'alimentació.
1. Classificació i disposició de les proves
La secció de bus III d'una subestació de 35 kV consta d'un sistema de doble bus format per 14 unitats d'aparells aïllats amb gas SF₆ de tipus ZX2. Totes les parts vivents primàries dins de les caixes estan instal·lades dins de cassons plens de gas tancats, cosa que fa difícil realitzar directament proves preventives. Per tant, les proves s'han de realitzar formant circuits de prova utilitzant les unitats d'aparells veïnes. Moltes parts conductores, com els transformadors de tensió i les barres, utilitzen connexions de connecteur. Per assegurar un bon contacte en tots els joints de connecteur de les barres, s'han de realitzar mesuraments de resistència de contacte DC en tots els joints. Durant les proves, s'han d'instal·lar connectors de prova temporals als sockets dels cables per servir com a punts d'accés a la prova, el que augmenta la dificultat i la càrrega de treball de les proves. Per tant, la seqüència de proves s'hauria de disposar de manera raonable per reduir la càrrega de treball. Considerant els factors anteriors, les proves d'equipament elèctric per a la secció de bus III de 35 kV s'implementen mitjançant dos mètodes: proves internes de la caixa i proves externes de la caixa.
2. Proves característiques de l'equipament dins dels aparells
Les proves internes de la caixa es realitzen en dues rondes. En la primera ronda, es fan servir connectors de prova d'injecció de corrent de baixa tensió; aquests connectors són fàcils d'instal·lar—només cal inserir-los directament als sockets d'instal·lació dels cables dins dels aparells. En la segona ronda, es fan servir connectors de prova de alta tensió que s'inserten als sockets d'instal·lació dels cables dins dels aparells i s'atornen amb tornills per introduir la tensió de prova al equipament sota prova.
2.1 Proves de la primera ronda
2.1.1 Proves del disjuntor de vacu
En aquesta ronda, primer es realitzen proves de característiques mecàniques i proves de mecanisme d'operació, ambdós utilitzant un analitzador de característiques dinàmiques del disjuntor. Es grupeixen dues unitats d'aparells veïnes. Es connecten cables de prova trifàsica a un extrem, i l'altre extrem es terra. Es mesuren les característiques mecàniques i les tensions de bobina dels dos disjuntores connectats en sèrie—és a dir, quan es mesuren les característiques mecàniques d'un disjuntor, l'altre disjuntor es tanca per servir com a camí de prova. El mètode de prova és idèntic a procediments estàndard. Per a la bay del disjuntor de bus-tie 9AH, que uneix els busos principal i auxiliar del sistema de doble bus, es pot connectar en sèrie amb el disjuntor de l'esquerra 10AH i el disjuntor de la dreta 8AH (tres disjuntores totals) per utilitzar els camins de prova de 10AH i 8AH.
2.1.2 Prova de resistència de contacte DC de circuits conductors i joints de connecteur de barres
Per mesurar la resistència de contacte de tots els disjuntores de vacu, interruptors de desconnecte de bus principal/auxiliar i joints de connecteur de barres principal/auxiliar, encara es grupeixen en parelles les unitats d'aparells veïnes, però es provaven de manera seqüencial—és a dir, 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Per cada parella, quan els interruptors de desconnecte de bus principal (o auxiliar) de les dues unitats d'aparells veïnes estan tancats, es mesura la resistència DC trifàsica del camí de bus corresponent (principal o auxiliar). Es fa servir un analitzador de resistència de circuit amb una corrent de prova d'aproximadament 100 A. Per exemple, per al disjuntor de bus-tie 9AH, es pot connectar de manera similar en sèrie amb el 10AH de l'esquerra i el 8AH de la dreta per formar dos camins de prova: 10AH–bus principal–9AH–bus auxiliar–8AH i 10AH–bus auxiliar–9AH–bus principal–8AH. El mètode de prova és el mateix que per a altres unitats d'aparells, amb valors de resistència entre 200 i 300 μΩ.
2.1.3 Proves del transformador de corrent
Les parts conductores primàries dels transformadors de corrent dedicats aïllats amb gas instal·lats dins de la caixa estan tancades dins de la caixa; per tant, les seves proves s'han de completar simultàniament durant les proves internes de la caixa. En aquesta ronda, es realitzen primer proves de relació, comprovacions de polaritat i proves de la corba característica d'excitació. Aquestes proves es realitzen utilitzant un analitzador multifuncional de transformadors totalment automàtic.
Per a les proves de relació i comprovacions de polaritat: la configuració del circuit de prova és consistent amb la de les proves de característiques mecàniques del disjuntor—és a dir, es grupegen dues unitats d'aparells veïnes, amb els seus disjuntores i els interruptors de desconnecte de bus del mateix costat tancats. Es injecta corrent de gran intensitat fase per fase, i es prenen corrents induïdes secundàries dels terminals de corrent secundària corresponents per mesurar la relació i la polaritat de tots els transformadors de corrent connectats en sèrie al circuit. El mètode de prova és idèntic a procediments estàndard.
Per a la prova de la corba característica d'excitació: aquesta prova només requereix que el circuit primari estigui obert i es pot realitzar en qualsevol moment. Considerant que utilitza el mateix equip de prova i comparteix els mateixos terminals de corrent secundària que la prova de relació—és a dir, la corrent de prova s'injecta a través dels terminals de corrent secundària corresponents—es pot realitzar simultàniament amb la prova de relació per millorar l'eficiència del treball.
2.2 Proves d'aislament dels equips interiors de l'armari de distribució
En la segona ronda de proves, es realitzen simultàniament proves d'aislament de l'armari de distribució i les barres de distribució, incloent-hi: proves d'aislament de les parts en tensió del disjuntor respecte a terra i entre contactes, proves d'aislament de les parts en tensió del commutador de barra principal/auxiliar respecte a terra i entre contactes, proves d'aislament del primari al secundari i a terra de la transformadora de corrent, i proves d'aislament de totes les barres principals/auxiliars internes i les parts conductores respecte a terra i entre fases.
Cada unitat d'armari de distribució es sotmet a l'aplicació de tensió dues vegades. Primer, les barres principals i auxiliars interiors de l'armari es connecten a terra a través d'una unitat d'armari de distribució seleccionada, és a dir, el disjuntor i el commutador de barra principal (o auxiliar) de la unitat d'armari de distribució seleccionada es tanquen. A continuació, es tanquen el disjuntor de barra de coure i els seus commutadors de barra principal/auxiliar, i es col·loca un fil de terra temporal al conector del cable d'aquesta unitat d'armari de distribució, connectant així a terra tot el sistema de barres principals i auxiliars interiors de l'armari.
La unitat d'armari de distribució sota prova utilitza un connector de prova de alta tensió, que es fixa hermèticament al conector del cable per introduir la tensió de prova.
Durant la primera aplicació de tensió a la unitat d'armari de distribució, el disjuntor està obert, i el commutador de tres posicions de la barra principal està en la posició de terra (o en la posició de servei amb la barra a terra en un altre lloc), permetent proves de resistència a la tensió entre el primari i el secundari de la transformadora de corrent, i entre el primari i a terra, així com entre els contactes del disjuntor.
Durant la segona aplicació de tensió, el disjuntor està tancat, i tant el commutador de barra principal com el commutador de barra auxiliar de tres posicions estan en posició oberta, permetent proves de resistència a la tensió de tota la unitat de disjuntor a terra i entre els contactes dels commutadors de barra principal/auxiliar.
Per a la baia especial de disjuntor de barra de coure 9AH, les proves es poden programar juntes amb les proves de resistència a la tensió de les barres principals i auxiliars, necessitant un total de tres aplicacions de tensió. Durante la primera aplicació de tensió, el disjuntor de barra de coure i el commutador de barra principal estan tancats, mentre que el commutador de barra auxiliar està obert. La barra auxiliar es connecta a terra a través d'una altra unitat d'armari de distribució, i la tensió de prova s'introdueix a la barra principal a través d'una certa unitat d'armari de distribució. Es realitzen aleshores proves de resistència a la tensió al sistema de barra principal, a tot el disjuntor de barra de coure a terra, i al gap de contacte del commutador de barra auxiliar, tal com es mostra a la Figura 1.
Durant la segona aplicació de tensió, el disjuntor de barra de coure i el commutador de barra auxiliar estan tancats, mentre que el commutador de barra principal està obert. La barra principal es connecta a terra a través d'una altra unitat d'armari de distribució, i la tensió de prova s'introdueix a la barra auxiliar a través d'una certa unitat d'armari de distribució. Es realitza aleshores una prova de resistència a la tensió al sistema de barra auxiliar, a tot el disjuntor de barra de coure a terra, i al gap de contacte del commutador de barra principal.
Durant la tercera aplicació de tensió, es prova el gap de contacte del disjuntor de barra de coure a través de la barra auxiliar. Específicament, el commutador de barra auxiliar de la barra de coure està tancat, el disjuntor de barra de coure està obert, i el commutador de barra principal de la barra de coure està en la posició "terra". La tensió de prova s'introdueix a la barra auxiliar a través d'una certa unitat d'armari de distribució per realitzar la prova de resistència a la tensió al gap de contacte del disjuntor de barra de coure.
3.Proves realitzades fora de l'armari de distribució
Per a equips com paraigües, transformadores de tensió i cables, totes les proves es completen abans de la instal·lació.
3.1 Proves de paraigües d'òxid metàl·lic
Totes les baies de disjuntor de la secció de barra de 35 kV (excepte la baia de barra de coure) estan equipades amb paraigües d'òxid metàl·lic sense gap, escudades i d'inserció. Les proves es realitzen abans de la instal·lació del paraigües. Es mesura la resistència d'aislament abans i després de la prova. S'utilitza un generador de tensió de corrent contínua, i les proves es realitzen segons les especificacions del fabricant:
Tensió de referència en corrent contínua a 1 mA ≥ 73 kV
Corrent de fuga al 75% de U₁ₘₐ ≤ 50 μA
Durant la prova, s'ha d'instal·lar una màniga d'aislament dedicada al terminal d'alta tensió del paraigües; en cas contrari, en l'aire ambiental, es produirà un flashover superficial degut a l'alta tensió i la petita separació, danificant l'aislament superficial del paraigües—fent impossible la prova i posant en risc l'equipament.
3.2 Proves de transformador de tensió (VT)
S'installen un total de 14 transformadors de tensió monofàsics, d'inserció, específics per a armaris de distribució aïllats a gas, a la secció de barra de 35 kV. Els VT de barra difereixen dels VT de línia en que inclouen un voltatge residual addicional per a la mesura de la seqüència zero.
Proves de relació i polaritat: S'utilitza un tester multifuncional CT/VT per mesurar la relació de tensió entre el voltatge primari i cada voltatge secundari (inclos el voltatge residual) i verificar les relacions de polaritat.
Curva característica d'excitació: Utilitzant el mateix tester, s'aplica tensió d'excitació al voltatge secundari, i es registra la curva d'excitació al 20%, 50%, 80%, 100% i 120% de la tensió nominal secundària (és a dir, 20 V, 50 V, 80 V, 100 V i 120 V).
Durant la prova, s'ha d'instal·lar una capsa d'aislament temporal (aïllador cònic interior) al terminal d'alta tensió primari; en cas contrari, es produirà un flashover superficial, danificant l'aislament i impedint assolir la tensió de prova.
Resistència en corrent contínua dels voltatges: Es mesura la resistència en corrent contínua dels voltatges primari i secundari de cada VT.
Prova de tensió AC de suport: Com que aquests VT estan dissenyats específicament per a l'equip de commutació aïllat a gas, la seva aïllament extern no pot suportar tensions d'assaig elevades quan es prova fora del quadre. Per tant, no es realitza cap prova de suport AC de freqüència industrial al voltatge primari. En canvi, s'utilitza una prova de tensió induïda. Aquesta prova induïda es pot combinar amb la prova de característiques d'excitació—aplicant una tensió de 120 V durant 1 minut al costat secundari.
Aplicar 3 kV AC (freqüència industrial) durant 1 minut entre el terminal N del voltatge primari i tots els altres voltatges/terra.
Aplicar 2 kV AC (freqüència industrial) durant 1 minut entre cada voltatge secundari (o residual) i tots els altres voltatges/terra.
Proves en components auxiliars: Mesurar la resistència CC de la fusible del costat primari de cada VT i comprovar la resistència a l'aislament del protector de llambordes al punt neutre.
4.Precaucions durant les proves
4.1 Condicions bàsiques abans de les proves
El manòmetre de pressió de gas SF₆ ha de indicar dins la zona verda normal.
La carcassa de l'equip de commutació ha de ser fiablement terra, amb una resistència de terra que compleixi els requisits.
Verificar que les posicions reals i els indicadors d'estat dels interruptors de tres posicions i els circuit breakers són correctes.
Totes les presees no utilitzades de l'equip sotmès a prova han de ser tancades amb caps de plom aïllants.
Durant les proves de suport AC, els forats de terminació de cables, els forats de muntatge dels parafulmers i els forats de muntatge dels VT en baies que reben tensió han de ser tancats amb caps de plom aïllants dedicats; les àrees sense energitzar no requereixen tancament.
Confirmar que els extrems de la barra de distribució estan tancats amb caps de plom aïllants i que ambdós armaris extremes estan completament tancats.
4.2 Característiques especials de les proves de alta tensió
Debuteix la insuficiència de la resistència a l'aislament extern dels VT fora del quadre, la prova de tensió induïda al voltatge primari ha de combinar-se amb la prova d'excitació a tensió reduïda, que no replica totalment les condicions de suport estàndard. Addicionalment, les mesures de resistència de contacte DC reflecteixen la resistència total del camí sèrie—incloent els circuit breakers, els interruptors, les unions de les barres de distribució i els voltatges primaris dels CT—fent difícil identificar quin component específic excedeix els límits permessos si el valor total és fora d'especificacions.
4.3 Naturalesa especial dels mètodes de prova de alta tensió
Com que no és possible provar directament l'equip sellat dins de caixes omplertes de gas, els circuits de prova han de formar-se utilitzant unitats d'equip de commutació adjacents i les barres de distribució. Per tant, només es pot realitzar una prova completa de la secció III de la barra de 35 kV quan el sistema de barres està desenergitzat. No obstant això, certes proves es poden realitzar en baies desenergitzades individuals:
Totes les proves de CT (excepte les proves de ràtio)
Proves de suport als intervals de contacte dels circuit breakers i les seccions de línia
Proves de característiques mecàniques dels circuit breakers (excepte el circuit breaker de la barra de distribució)
Totes les proves en components extraïbles com cables, parafulmers i VT
4.4 Consideracions especials per a les normes de prova
Durant les proves internes de suport AC, ja que es proven els circuit breakers, els interruptors, els CT i les barres de distribució simultàniament, la tensió de prova ha de limitar-se a la resistència de suport més baixa entre ells—76 kV (la norma del CT)—resultant en nivells de stress inferiors als òptims per als altres components. Després de treure els voltatges secundaris per a la prova, la cablagem original ha de ser restaurada prontament per evitar contactes defectuosos o circuits oberts.
5.Conclusió
Les proves de alta tensió en equip de commutació aïllat a gas compacte involucren reptes únics i requisits operatius molt complexos. Per tant, un coneixement exhaustiu de les característiques de l'equip és essencial. La selecció d'equip de prova adequat i metodologies adaptades a aquestes característiques, i la resumida de procediments i normes de prova efectius, proporcionen referències valioses i bases tècniques per resoldre reptes d'enginyeria similars.
