¿Cuáles son las posibles causas del fallo por fisuración en los bornes de CT dentro del equipo GIS?
El equipo de conmutación aislado por gas (GIS), a menudo llamado “SF6 aparato eléctrico combinado”, se utiliza ampliamente en sistemas de energía debido a su alta confiabilidad, pequeño espacio físico, bajo ruido y baja pérdida. Encierra dispositivos de alta tensión como interruptores, interruptores de tierra rápidos, transformadores de corriente y barras colectoras en una carcasa metálica a tierra llena de gas SF6 . Cada dispositivo se encuentra en una cámara de gas separada con diferentes presiones. El bloque terminal del TC divide las cámaras de gas, conecta los componentes y facilita el mantenimiento. Una estación conversora encontró que la presión de la cámara de gas del TC de 750kV del GIS disminuyó ~0.05MPa diariamente, persistiendo después de rellenar el gas. Por lo tanto, analizamos el fallo del bloque terminal del TC.
1 Resumen y Análisis de la Ruptura del Bloque Terminal
1.1 Resumen
Puesto en operación el 23-06-2017, el bloque terminal comenzó a filtrar gas el 06-11-2021 y mostró grietas el 08-11-2021. El lado plano es el lado del TC, el convexo es el lado no-TC, con 12 orificios roscados externos. El lado del TC tiene tres círculos de postes terminales de cobre amarillo equidistantes (1, 8, 15 por círculo desde el interior); el círculo más externo del lado no-TC tiene 15 postes (A1-A5, B1-B5, C1-C5 en sentido antihorario), coincidiendo con el lado del TC en los círculos intermedios.
1.2 Inspección Macroscópica
Se encontró una grieta de aproximadamente 30 cm de longitud en el lado convexo, en el borde elevado, dividida en dos secciones: una grieta larga abierta (A1-B1) y una grieta corta apenas visible (C5-A1). Se realizó una prueba de penetrante para verificar la presencia de más grietas.
1.3 Prueba de Penetrante
Se realizó una prueba de penetrante en ambos lados del bloque terminal:
Lado convexo: Se encontraron dos grietas, consistentes con la inspección macroscópica en morfología y longitud (240 mm y 60 mm). La grieta corta se hizo evidente después de la prueba, y no se detectaron otras grietas.
Lado plano: Se encontraron dos grietas de diferentes longitudes (aproximadamente 20 mm y 8 mm) en el anillo de sellado interno. No atravesaban, con una distancia de extremo a extremo de aproximadamente 20 mm.
1.4 Inspección de la Superficie de Fractura
Una sección cortada desde A4 mostró grietas penetrantes en el lado no-TC y grietas no penetrantes en el lado del TC. Las láminas conductoras cuadradas y las tuercas hexagonales internas tenían cambios estructurales abruptos, con retroinfiltración de penetrante (espacios entre insertos metálicos y resina epoxi). Se observaron grietas finas (30° al eje del bloque terminal) y superficies de contacto desiguales y manchadas (con grietas a 45°).
1.5 Cálculo de Fuerza
Con un par de apriete de 25 Nm del fabricante, usando T = kFd ((k = 0.15), la precarga vertical de un solo perno fue de 13.9 kN. Simulando la máxima precarga (perno M12, llave dinamométrica de 50 cm) dio un par de 220 Nm (44 Nm con una llave de 10 cm), aumentando la precarga a 24.4 kN (1.76× estándar). La fractura de 30° y 31.78 mm de longitud tenía una unión discontinua de 10.78 mm (aumento de la tensión en la resina). La precarga excesiva y la concentración de tensión causaron la iniciación y propagación de la grieta en la resina.
2 Causas de la Ruptura
La tensión de flexión excesiva en la estructura de asiento discontinua (orificio de perno en el borde - poste terminal) causó grietas penetrantes. Herramientas inadecuadas o sobretorque llevaron a una precarga excesiva de los pernos. La presión del gas del lado del TC añadió tensión de flexión. Un mal acoplamiento metal-resina (huecos) redujo la sección resistente y causó concentración de tensión. En conjunto, estos factores provocaron la ruptura del bloque terminal, causando la fuga de gas.
3 Medidas Preventivas
Usar llaves dinamométricas según las especificaciones del fabricante para evitar el sobretorque. Seguir los procesos de llenado de gas para prevenir diferencias de presión. Optimizar el diseño y fundición del bloque terminal para evitar huecos e insertos afilados que causen tensión. Reforzar las comprobaciones de calidad para rechazar productos defectuosos.
4 Conclusión
La ruptura del bloque terminal del TC en el aparato SF6 resultó de un apriete inadecuado de los pernos (precarga excesiva). Las medidas propuestas guían a otros usuarios de energía.
