Que son as posibles causas do fallo por fisuración nas bornetas de CT dentro do equipo GIS

O equipamento de manobra a gas (GIS), coñecido tamén como “aparato eléctrico combinado SF₆”, é amplamente utilizado nos sistemas de enerxía polo seu alta fiabilidade, pequena pegada, baixo ruído e baixas perdas. Encerra dispositivos de alta tensión como interruptores, interruptores de terra rápidos, transformadores de corrente e barras de distribución nunha carcasa metálica aterrizada chea de gas SF₆. Cada dispositivo está situado en unha cámara de gas separada con diferentes presións. O terminal do transformador de corrente divide as cámaras de gas, conecta os componentes e facilita o mantemento. Unha estación conversora detectou que a presión da cámara de gas do GIS CT de 750kV diminuía ~0,05MPa diariamente, persistindo despois do rellenado de gas. Así, analizamos a falla do terminal do transformador de corrente.

1 Resumo e Análise da Falla do Terminal
1.1 Resumo

Pusto en servizo o 2017-06-23, o terminal comezou a perder gas o 2021-11-06 e mostrou fisuras o 2021-11-08. O lado plano é o lado do CT, o convexo é o lado non-CT, con 12 orificios roscados exteriores. O lado do CT ten tres círculos de postos de terminal de cobre amarelo equidistantes (1, 8, 15 por círculo desde o interior); o círculo máis externo do lado non-CT ten 15 postos (A1-A5, B1-B5, C1-C5 no sentido antihorario), coincidente co lado do CT nos círculos medios.

1.2 Inspección Macroscópica

Encontrouse unha fisura de ~30cm no lado convexo, na curva do bordo elevado, dividida en dúas seccións: unha fisura larga aberta (A1-B1) e unha fisura corta pouco aberta (C5-A1, case invisível). Seguidamente realizouse unha proba de penetrante para comprobar se había máis fisuras.

1.3 Proba de Penetrante

Realizouse unha proba de penetrante en ambos os lados do terminal:

• Lado convexo: Encontráronse dúas fisuras, consistentes coa inspección macroscópica en morfología e lonxitude (240mm e 60mm). A fisura corta tornouse evidente despois da proba, e non se detectaron outras fisuras.

• Lado plano: Encontráronse dúas fisuras de diferentes longitudes (aproximadamente 20mm e 8mm) no anel de sellado interno. Non traspasaban completamente, con unha distancia de extremo a extremo de aproximadamente 20mm.

1.4 Inspección da Superficie de Fractura

Unha sección cortada en A4 mostrou fisuras penetrantes no lado non-CT e fisuras non penetrantes no lado CT. As placas condutoras cadradas e as tarrachas hexagonais internas tiñan cambios estruturais súbitos, con retroinfiltración de penetrante (entre os insertos metálicos e a resina epoxi). Observáronse fisuras finas (30° respecto ao eixo do terminal) e superficies de contacto desiguais e manchas (con fisuras a 45°).

1.5 Cálculo de Forzas

Con un par de aperto de 25Nm indicado polo fabricante, usando T = kFd (k = 0,15), a carga vertical pre-aplicada dun único parafuso foi de 13,9kN. Simulando a máxima carga pre-aplicada (parafuso M12, llave dinamométrica de 50cm) obtívose un par de aperto de 220Nm (44Nm con unha llave de 10cm), aumentando a carga pre-aplicada a 24,4kN (1,76× o estándar). A fractura de 30° e 31,78mm de lonxitude tiña unha unión discontinua de 10,78mm (aumento de estrés na resina). A carga pre-aplicada excesiva e a concentración de estrés causaron a iniciación e propagación de fisuras na resina.

2 Causas das Fisuras

O estrés flexionante excesivo na estrutura discontinua do asiento (orificio de parafuso no borde - poste de terminal) provocou fisuras penetrantes. O uso de ferramentas incorrectas ou o aperto excesivo levou a unha carga pre-aplicada excesiva. A presión de gas do lado CT adicionou estrés flexionante. A mala adhesión metal-resina (gaps) reduciu a sección resistente e causou concentración de estrés. Combinados, estos factores provocaron a fisura do terminal, causando a fuga de gas.

3 Medidas Preventivas

Usar llaves dinamométricas segundo as especificacións do fabricante para evitar o aperto excesivo. Seguir os procesos de rellenado de gas para evitar diferencias de presión. Optimizar o deseño y fundición do terminal para evitar gaps e inserts afilados que causen estrés. Fortalecer as comprobacións de calidade para rexeitar produtos defectuosos.

4 Conclusión

A fisura do terminal do transformador de corrente no aparato SF₆ resultou do aperto incorrecto dos parafusos (carga pre-aplicada excesiva). As medidas propostas orientan a outros usuarios de enerxía.