Métodos de Prueba para el Nuevo GIS de 35 kV IEE-Business Aislado en Gas
El GIS (Gas-Insulated Switchgear) ofrece ventajas como una estructura compacta, operación flexible, interbloqueo confiable, larga vida útil, operación sin mantenimiento y pequeño espacio físico. También posee muchas ventajas insustituibles en rendimiento de aislamiento, amigabilidad con el medio ambiente y ahorro de energía, y se aplica cada vez más en empresas industriales y mineras, aeropuertos, ferrocarriles, metros, estaciones eólicas y otros campos.
Una cierta empresa tenía una subestación interior de 35 kV originalmente equipada con interruptores aéreos compuestos por 10 celdas. Esta actualización agrega 4 nuevas celdas. Sin embargo, el área del sitio original no puede acomodar los requisitos de expansión de las celdas. Además, considerando los años de servicio del equipo y su rendimiento de seguridad, la subestación de 35 kV está siendo renovada con interruptores metálicos cerrados a gas SF₆. El área existente de la sala de interruptores puede cumplir con los requisitos de expansión, y el rendimiento de seguridad general del equipo eléctrico mejorará significativamente.
Este artículo estudia, según los componentes principales del interruptor, las siguientes pruebas respectivamente: pruebas de aislamiento del cubículo y de la barra colectora, pruebas de interruptor de circuito a vacío, pruebas de transformador de voltaje, pruebas de transformador de corriente, pruebas de pararrayos de óxido metálico y pruebas de cables de potencia.
1. Clasificación de Ítems de Prueba y Orden de Secuencia
La Sección de Barra III de una subestación de 35 kV consta de un sistema de doble barra formado por 14 unidades de interruptores a gas SF₆ tipo ZX2. Todas las partes vivas primarias dentro de los gabinetes están instaladas dentro de recintos sellados llenos de gas, lo que hace que las pruebas preventivas directas sean difíciles. Por lo tanto, las pruebas deben realizarse formando circuitos de prueba utilizando unidades de interruptores adyacentes. Muchas partes conductoras, como transformadores de voltaje y barras colectoras, utilizan conexiones de enchufe. Para garantizar un buen contacto en todas las uniones de enchufe de las barras, se deben realizar mediciones de resistencia de contacto DC en todas las uniones. Durante las pruebas, se deben instalar enchufes de prueba temporales en los zócalos de los cables para servir como puntos de acceso de prueba, lo que aumenta la dificultad y la carga de trabajo de las pruebas. Por lo tanto, la secuencia de pruebas debe ser razonablemente organizada para minimizar la carga de trabajo. Considerando los factores anteriores, las pruebas de equipos eléctricos para la Sección de Barra III de 35 kV se implementan a través de dos métodos: pruebas internas del gabinete y pruebas externas del gabinete.
2. Pruebas Características de Equipos Dentro del Interruptor
Las pruebas internas del gabinete se llevan a cabo en dos rondas. En la primera ronda, se utilizan enchufes de inyección de corriente de baja tensión; estos enchufes son fáciles de instalar, simplemente se insertan directamente en los zócalos de instalación de cables dentro del interruptor. En la segunda ronda, se insertan enchufes de prueba de alta tensión en los zócalos de instalación de cables dentro del interruptor y se aseguran con tornillos para introducir el voltaje de prueba en el equipo bajo prueba.
2.1 Pruebas de la Primera Ronda
2.1.1 Pruebas de Interruptor de Circuito a Vacío
En esta ronda, primero se realizan pruebas de características mecánicas y pruebas de mecanismos de operación, ambas utilizando un probador de características dinámicas de interruptor. Se agrupan dos unidades de interruptores adyacentes. Se conectan cables de prueba trifásicos en un extremo, y el otro extremo se conecta a tierra. Se miden las características mecánicas y los voltajes de operación de bobina de los dos interruptores conectados en serie, es decir, al medir las características mecánicas de un interruptor, el otro interruptor se cierra para servir como camino de prueba. El método de prueba es idéntico a los procedimientos estándar. Para la celda de interruptor de unión de barra 9AH, que une las barras principal y auxiliar del sistema de doble barra, puede conectarse en serie con el interruptor izquierdo 10AH y el interruptor derecho 8AH (tres interruptores en total) para utilizar los caminos de prueba de 10AH y 8AH.
2.1.2 Prueba de Resistencia de Contacto DC de Circuitos Conductores y Uniones de Enchufe de Barras
Para medir la resistencia de contacto de todos los interruptores de circuito a vacío, interruptores de desconexión de barras principal/auxiliar y uniones de enchufe de barras principal/auxiliar, las unidades de interruptores adyacentes aún se agrupan en pares, pero se prueban secuencialmente, es decir, 1AH–2AH, 2AH–3AH, ..., 13AH–14AH. Para cada par, cuando los interruptores de desconexión de barras principal (o auxiliar) de las dos unidades de interruptores adyacentes están cerrados, se mide la resistencia de contacto DC trifásica del camino de barras correspondiente (principal o auxiliar). Se utiliza un probador de resistencia de bucle con una corriente de prueba de aproximadamente 100 A. Por ejemplo, para el interruptor de unión de barra 9AH, se puede conectar en serie de manera similar con el 10AH izquierdo y el 8AH derecho para formar dos caminos de prueba: 10AH–barrera principal–9AH–barrera auxiliar–8AH y 10AH–barrera auxiliar–9AH–barrera principal–8AH. El método de prueba es el mismo que para otras unidades de interruptores, con valores de resistencia que van desde 200 a 300 μΩ.
2.1.3 Pruebas de Transformador de Corriente
Las partes conductoras primarias de los transformadores de corriente dedicados aislados a gas instalados dentro del gabinete están selladas dentro del recinto; por lo tanto, sus pruebas deben completarse simultáneamente durante las pruebas internas del gabinete. En esta ronda, primero se realizan pruebas de relación, comprobaciones de polaridad y pruebas de curva característica de excitación. Estas pruebas se realizan utilizando un probador multifuncional totalmente automático de transformadores.
Para las pruebas de relación y comprobaciones de polaridad: la configuración del circuito de prueba es consistente con la de las pruebas de características mecánicas del interruptor, es decir, se agrupan dos unidades de interruptores adyacentes, con sus interruptores y interruptores de desconexión de barras del mismo lado cerrados. Se inyecta corriente elevada fase por fase, y se extraen corrientes inducidas secundarias de los terminales de corriente secundaria correspondientes para medir la relación y la polaridad de todos los transformadores de corriente conectados en serie en el bucle. El método de prueba es idéntico a los procedimientos estándar.
Para la prueba de la curva característica de excitación: esta prueba solo requiere que el circuito primario esté abierto y se puede realizar en cualquier momento. Considerando que utiliza el mismo equipo de prueba y comparte los mismos terminales de corriente secundaria que la prueba de relación, es decir, la corriente de prueba se inyecta a través de los terminales de corriente secundaria correspondientes, se puede realizar simultáneamente con la prueba de relación para mejorar la eficiencia del trabajo.
2.2 Pruebas de aislamiento del equipo dentro del armario de distribución
En la segunda ronda de pruebas, se realizan simultáneamente las pruebas de aislamiento del armario de distribución y de las barras colectoras, incluyendo: pruebas de aislamiento de las partes vivas del interruptor a tierra y entre contactos, pruebas de aislamiento de las partes vivas del interruptor de conexión principal/auxiliar a tierra y entre contactos, pruebas de aislamiento del primario al secundario y a tierra del transformador de corriente, y pruebas de aislamiento de todas las barras colectoras principales/auxiliares internas y partes conductoras a tierra y entre fases.
Cada unidad de armario de distribución se somete a la aplicación de tensión dos veces. Primero, las barras colectoras principales y auxiliares dentro del gabinete se conectan a tierra a través de una unidad de armario de distribución seleccionada, es decir, el interruptor y ya sea el interruptor de desconexión de la barra colectora principal (o auxiliar) de la unidad de armario de distribución seleccionada están cerrados. Luego, el interruptor de acoplamiento de barras y sus interruptores de desconexión de barras principales/auxiliares se cierran, y se instala un cable de tierra temporal en el enchufe del cable de esa unidad de armario de distribución, lo que conecta a tierra todo el sistema de barras colectoras principales y auxiliares dentro del gabinete.
La unidad de armario de distribución bajo prueba utiliza un conector de prueba de alta tensión, que se aprieta firmemente en el enchufe del cable para introducir la tensión de prueba.
Durante la primera aplicación de tensión a la unidad de armario de distribución, su interruptor está abierto, y el interruptor de desconexión de la barra colectora principal de tres posiciones está configurado en la posición de tierra (o configurado en la posición de servicio con la barra conectada a tierra en otro lugar), permitiendo las pruebas de resistencia a la tensión entre el primario-secundario del transformador de corriente y el primario-tierra, así como entre los contactos del interruptor.
Durante la segunda aplicación de tensión, el interruptor está cerrado, y ambos interruptores de desconexión de barras colectoras principales y auxiliares de tres posiciones están en la posición abierta, permitiendo las pruebas de resistencia a la tensión de todo el conjunto del interruptor a tierra y entre los contactos del interruptor de desconexión de barras colectoras principales/auxiliares.
Para la bahía especial del interruptor de acoplamiento de barras 9AH, las pruebas pueden programarse junto con las pruebas de resistencia a la tensión de las barras colectoras principales y auxiliares, requiriendo un total de tres aplicaciones de tensión. Durante la primera aplicación de tensión, el interruptor de acoplamiento de barras y el interruptor de desconexión de la barra colectora principal están cerrados, mientras que el interruptor de desconexión de la barra colectora auxiliar está abierto. La barra colectora auxiliar se conecta a tierra a través de otra unidad de armario de distribución, y la tensión de prueba se introduce en la barra colectora principal a través de una cierta unidad de armario de distribución. Luego se realizan pruebas de resistencia a la tensión en el sistema de la barra colectora principal, en todo el interruptor de acoplamiento de barras a tierra y en el espacio de contacto del interruptor de desconexión de la barra colectora auxiliar, como se muestra en la Figura 1.
Durante la segunda aplicación de tensión, el interruptor de acoplamiento de barras y el interruptor de desconexión de la barra colectora auxiliar están cerrados, mientras que el interruptor de desconexión de la barra colectora principal está abierto. La barra colectora principal se conecta a tierra a través de otra unidad de armario de distribución, y la tensión de prueba se introduce en la barra colectora auxiliar a través de una cierta unidad de armario de distribución. Luego se realiza una prueba de resistencia a la tensión en el sistema de la barra colectora auxiliar, en todo el interruptor de acoplamiento de barras a tierra y en el espacio de contacto del interruptor de desconexión de la barra colectora principal.
Durante la tercera aplicación de tensión, se prueba el espacio de contacto del interruptor de acoplamiento de barras a través de la barra colectora auxiliar. Específicamente, el interruptor de desconexión de la barra colectora auxiliar de acoplamiento de barras está cerrado, el interruptor de acoplamiento de barras está abierto, y el interruptor de desconexión de la barra colectora principal de acoplamiento de barras está configurado en la posición de "tierra". La tensión de prueba se introduce en la barra colectora auxiliar a través de una cierta unidad de armario de distribución para realizar la prueba de resistencia a la tensión en el espacio de contacto del interruptor de acoplamiento de barras.
3. Pruebas realizadas fuera del armario de distribución
Para equipos como pararrayos, transformadores de voltaje y cables, todas las pruebas se completan antes de la instalación.
3.1 Pruebas de pararrayos de óxido metálico
Todas las bahías de interruptores en la Sección III de la Barra de 35 kV (excepto la bahía de acoplamiento de barras) están equipadas con pararrayos de óxido metálico, sin brecha, blindados, de tipo enchufable. Las pruebas se realizan antes de la instalación del pararrayos. Se mide la resistencia de aislamiento tanto antes como después de la prueba. Se utiliza un generador de alta tensión de corriente continua, y las pruebas se realizan según las especificaciones del fabricante:
Tensión de referencia de corriente continua a 1 mA ≥ 73 kV
Corriente de fuga al 75% de U₁ₘₐ ≤ 50 μA
Durante la prueba, debe instalarse una manga aislante dedicada en el terminal de alta tensión del pararrayos; de lo contrario, en el aire ambiente, ocurrirá un flashover superficial debido a la alta tensión y el pequeño espacio, dañando el aislamiento superficial del pararrayos—haciendo imposible la prueba y arriesgando el daño del equipo.
3.2 Pruebas de transformador de voltaje (TV)
Se instalan un total de 14 transformadores de voltaje monofásicos, de tipo enchufable, específicos para gabinetes aislados por gas en la Sección III de la Barra de 35 kV. Los TV de la barra son diferentes de los TV de línea en que incluyen un viento residual adicional para la medición de voltaje de secuencia cero.
Pruebas de relación y polaridad: Se utiliza un probador multifuncional de CT/TV para medir la relación de tensión entre el viento primario y cada viento secundario (incluido el viento residual) y verificar las relaciones de polaridad.
Curva característica de excitación: Utilizando el mismo probador, se aplica tensión de excitación al viento secundario, y se registra la curva de excitación al 20%, 50%, 80%, 100% y 120% de la tensión nominal secundaria (es decir, 20 V, 50 V, 80 V, 100 V y 120 V).
Durante la prueba, debe instalarse una tapa aislante temporal (aislador de cono interno) en el terminal de alta tensión primario; de lo contrario, ocurrirá un flashover superficial, dañando el aislamiento y evitando que se alcance la tensión de prueba.
Resistencia de corriente continua de los vientos: Se mide la resistencia de corriente continua de ambos vientos primarios y secundarios de cada TV.
Prueba de tensión AC sostenida: Dado que estos VTs están diseñados específicamente para equipos de conmutación aislados por gas, su aislamiento externo no puede soportar altas tensiones de prueba cuando se prueban fuera del gabinete. Por lo tanto, no se realiza ninguna prueba de tensión AC sostenida en la bobina primaria. En su lugar, se utiliza una prueba de tensión inducida. Esta prueba inducida se puede combinar con la prueba de características de excitación, aplicando tensión durante 1 minuto a 120 V en el lado secundario.
Aplicar 3 kV AC (frecuencia de red) durante 1 minuto entre el terminal N de la bobina primaria y todas las demás bobinas/tierra.
Aplicar 2 kV AC (frecuencia de red) durante 1 minuto entre cada bobina secundaria (o residual) y todas las demás bobinas/tierra.
Pruebas en componentes auxiliares: Medir la resistencia DC del fusible del lado primario de cada VT y verificar la resistencia de aislamiento del protector de chispa del punto neutro.
4.Precauciones durante la prueba
4.1 Condiciones básicas antes de la prueba
El manómetro de presión de gas SF₆ debe indicar dentro del rango verde normal.
La carcasa del equipo de conmutación debe estar conectada a tierra de manera confiable, con una resistencia de tierra que cumpla con los requisitos.
Verificar que las posiciones reales e indicadores de estado de los interruptores desconectores de tres posiciones y los interruptores sean correctos.
Todos los enchufes no utilizados en el equipo bajo prueba deben estar sellados con tapones aislantes.
Durante las pruebas de tensión AC sostenida, los orificios de terminación de cables, orificios de montaje de protectores contra sobretensiones y orificios de montaje de VT en celdas que reciben tensión deben estar sellados con tapones aislantes dedicados; las áreas sin tensión no requieren sellado.
Confirmar que los extremos de la barra colectora estén sellados con tapones aislantes y que ambos gabinetes de extremo estén completamente cerrados.
4.2 Características especiales de las pruebas de alta tensión
Debido a la insuficiente resistencia del aislamiento externo de los VT fuera del gabinete, la prueba de tensión inducida en la bobina primaria debe combinarse con la prueba de excitación a tensión reducida, lo que no replica completamente las condiciones de resistencia estándar. Además, las mediciones de resistencia de contacto DC reflejan la resistencia total del camino en serie completo, incluyendo interruptores, desconectores, uniones de enchufes de barras y CT primarios, lo que dificulta identificar qué componente específico excede los límites permitidos si el valor total está fuera de especificación.
4.3 Naturaleza especial de los métodos de prueba de alta tensión
Debido a que la prueba directa de equipos sellados dentro de recintos llenos de gas es imposible, los circuitos de prueba deben formarse utilizando unidades de equipos de conmutación adyacentes y barras colectoras. Por lo tanto, solo se puede realizar una prueba completa de toda la Sección III de la Barra de 35 kV cuando el sistema de barras está desenergizado. Sin embargo, ciertas pruebas pueden realizarse en celdas individuales desenergizadas:
Todas las pruebas de CT (excepto las pruebas de relación)
Pruebas de resistencia en los huecos de contacto de los interruptores y secciones del lado de línea
Pruebas de características mecánicas de los interruptores (excepto el interruptor de unión de barras)
Todas las pruebas en componentes extraíbles como cables, protectores contra sobretensiones y VT
4.4 Consideraciones especiales para los estándares de prueba
Durante las pruebas internas de tensión AC sostenida, ya que se prueban simultáneamente interruptores, desconectores, CT y barras colectoras, la tensión de prueba debe limitarse a la calificación de resistencia más baja entre ellos, 76 kV (el estándar de CT), resultando en niveles de estrés inferiores al óptimo para otros componentes. Después de quitar las bobinas secundarias para la prueba, el cableado original debe restaurarse de inmediato para evitar malos contactos o circuitos abiertos.
5.Conclusión
Las pruebas de alta tensión en equipos de conmutación aislados por gas compactos implican desafíos únicos y requisitos operativos altamente complejos. Por lo tanto, es esencial tener un conocimiento profundo de las características del equipo. La selección de equipos de prueba y metodologías apropiadas adaptadas a estas características, y la elaboración de procedimientos y estándares de prueba efectivos, proporciona una valiosa referencia y base técnica para resolver desafíos de ingeniería similares.
