Quelles sont les causes possibles de la rupture par fissuration des blocs terminaux de CT dans les équipements GIS
Le poste de coupure à isolation gazeuse (GIS), souvent appelé “SF6 appareil électrique combiné”, est largement utilisé dans les systèmes électriques pour sa haute fiabilité, son encombrement réduit, son faible niveau sonore et ses faibles pertes. Il enferme des dispositifs haute tension tels que des disjoncteurs, des commutateurs de mise à la terre rapides, des transformateurs de courant et des barres d'interconnexion dans une enveloppe métallique blindée remplie de gaz SF6 . Chaque dispositif se trouve dans une chambre à gaz distincte avec des pressions différentes. Le bloc de bornes du TC divise les chambres à gaz, connecte les composants et facilite l'entretien. Une station de conversion a constaté une baisse de pression d'environ 0,05 MPa par jour dans la chambre à gaz du TC 750 kV, persistant même après le rechargement du gaz. Ainsi, nous avons analysé la défaillance du bloc de bornes du TC.
1 Vue d'ensemble et analyse de la fissuration du bloc de bornes
1.1 Vue d'ensemble
Mis en service le 23-06-2017, le bloc de bornes a commencé à fuir du gaz le 06-11-2021 et a montré des fissures le 08-11-2021. Le côté plat est le côté TC, le côté convexe est le côté non-TC, avec 12 trous filetés externes. Le côté TC a trois cercles de plots de bornes en cuivre jaune équidistants (1, 8, 15 par cercle à partir de l'intérieur) ; le cercle externe du côté non-TC a 15 plots (A1-A5, B1-B5, C1-C5 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre), correspondant au côté TC dans les cercles intermédiaires.
1.2 Inspection macroscopique
Une fissure d'environ 30 cm de long a été trouvée sur le côté convexe, au virage de l'arête relevée, divisée en deux sections : une longue fissure largement ouverte (A1-B1) et une courte fissure à peine visible (C5-A1). Un test de pénétration a ensuite été effectué pour vérifier la présence d'autres fissures.
1.3 Test de pénétration
Un test de pénétration a été effectué sur les deux côtés du bloc de bornes :
Côté convexe : Deux fissures ont été trouvées, conformes à l'inspection macroscopique en morphologie et en longueur (240 mm et 60 mm). La courte fissure est devenue évidente après le test, et aucune autre fissure n'a été détectée.
Côté plat : Deux fissures de longueurs différentes (environ 20 mm et 8 mm) ont été trouvées au joint d'étanchéité interne. Elles n'ont pas traversé, avec une distance entre leurs extrémités d'environ 20 mm.
1.4 Inspection de la surface de fracture
Une section coupée à partir de A4 a montré des fissures pénétrantes du côté non-TC et des fissures non-pénétrantes du côté TC. Les plaques conductrices carrées et les écrous hexagonaux internes avaient des changements structurels abrupts, avec un retour de pénétrant (espaces entre les inserts métalliques et la résine époxy). Des microfissures (30° par rapport à l'axe du bloc de bornes) et des surfaces de contact inégales, tachetées (avec des fissures à 45°) ont été observées.
1.5 Calcul des forces
Avec un couple de serrage de boulon de 25 Nm du fabricant, en utilisant T = kFd ((k = 0.15), la précontrainte verticale d'un seul boulon était de 13,9 kN. En simulant la précontrainte maximale (boulon M12, clé dynamométrique de 50 cm) avec un couple de 220 Nm (44 Nm avec une clé de 10 cm), la précontrainte a augmenté à 24,4 kN (1,76× la norme). La fracture inclinée de 30° et longue de 31,78 mm avait une jointure discontinue de 10,78 mm (augmentation de la contrainte dans la résine). La précontrainte excessive et la concentration de contrainte ont provoqué l'initiation et la propagation de fissures dans la résine.
2 Causes de la fissuration
La contrainte de flexion excessive sur la structure de siège discontinue (trou de boulon d'arête - plot de borne) a causé des fissures pénétrantes. L'utilisation d'outils inappropriés ou le serrage excessif a conduit à une précontrainte excessive des boulons. La pression du gaz du côté TC a ajouté à la contrainte de flexion. La mauvaise liaison métal-résine (espaces) a réduit la section porteuse et causé une concentration de contrainte. Ces facteurs combinés ont fissuré le bloc de bornes, entraînant une fuite de gaz.
3 Mesures préventives
Utilisez des clés dynamométriques conformément aux spécifications du fabricant pour éviter le serrage excessif. Suivez les procédures de remplissage de gaz pour éviter les différences de pression. Optimisez la conception/fabrication du bloc de bornes pour éviter les espaces/goupilles pointues qui causent des contraintes. Renforcez les contrôles de qualité pour rejeter les produits défectueux.
4 Conclusion
La fissuration du bloc de bornes du TC dans l'appareil à SF6 est due au serrage inapproprié des boulons (précontrainte excessive). Les mesures proposées guident les autres utilisateurs d'électricité.
