Quais são as possíveis causas de falha por trincas em bornes de TC dentro de equipamentos GIS?
O equipamento de comutação isolado a gás (GIS), frequentemente chamado de "aparelho elétrico combinado SF6", é amplamente utilizado em sistemas de energia por sua alta confiabilidade, pequena área ocupada, baixo ruído e baixa perda. Ele encerra dispositivos de alta tensão como disjuntores, chaves de aterramento rápidas, transformadores de corrente e barramentos em uma casca metálica aterrada preenchida com gás SF6. Cada dispositivo está em uma câmara de gás separada com pressões diferentes. O bloco terminal do TC divide as câmaras de gás, conecta os componentes e facilita a manutenção. Uma estação conversora detectou que a pressão da câmara de gás do TC GIS de 750kV caiu cerca de 0,05MPa diariamente, persistindo mesmo após o reabastecimento de gás. Portanto, analisamos a falha do bloco terminal do TC.
1 Visão geral e análise de trincas do bloco terminal
1.1 Visão geral
Colocado em operação em 23-06-2017, o bloco terminal vazar gás em 06-11-2021 e apresentou trincas em 08-11-2021. O lado plano é o lado do TC, o convexo é o lado não-TC, com 12 furos rosqueados externos. O lado do TC tem três círculos de postes terminais de cobre amarelo equidistantes (1, 8, 15 por círculo, de dentro para fora); o círculo mais externo do lado não-TC tem 15 postes (A1-A5, B1-B5, C1-C5 no sentido anti-horário), correspondendo ao lado do TC nos círculos intermediários.
1.2 Inspeção macroscópica
Foi encontrada uma trinca de aproximadamente 30cm de comprimento no lado convexo, na curva da borda elevada, dividida em duas seções: uma trinca longa aberta (A1-B1) e uma trinca curta quase invisível (C5-A1). Foi realizada uma inspeção por penetrante para verificar a presença de outras trincas.
1.3 Inspeção por penetrante
Foi realizada uma inspeção por penetrante em ambos os lados do bloco terminal:
Lado convexo: Foram encontradas duas trincas, consistentes com a inspeção macroscópica em morfologia e comprimento (240mm e 60mm). A trinca curta ficou evidente após o teste, e nenhuma outra trinca foi detectada.
Lado plano: Foram encontradas duas trincas de diferentes comprimentos (aproximadamente 20mm e 8mm) no anel de vedação interno. Elas não atravessaram, com uma distância de ponta a ponta de cerca de 20mm.
1.4 Inspeção da superfície de fratura
Uma seção cortada de A4 mostrou trincas penetrantes no lado não-TC e trincas não-penetrantes no lado do TC. Placas condutoras quadradas e porcas hexagonais internas tinham mudanças estruturais abruptas, com infiltração de penetrante (lacunas entre inserções metálicas e resina epóxi). Foram observadas trincas finas (30° em relação ao eixo do bloco terminal) e superfícies de contato desiguais e manchadas (com trincas em ângulo de 45°).
1.5 Cálculo de força
Com o torque de parafuso de 25Nm fornecido pelo fabricante, usando T = kFd (k = 0,15), a pré-carga vertical única do parafuso foi de 13,9kN. Simulando a pré-carga máxima (parafuso M12, chave dinamométrica de 50cm) obteve-se um torque de 220Nm (44Nm com uma chave de 10cm), aumentando a pré-carga para 24,4kN (1,76 vezes o padrão). A fratura de 31,78mm de comprimento e 30° de ângulo tinha uma junção descontínua de 10,78mm (aumento do estresse na resina). A pré-carga excessiva e a concentração de estresse causaram o início e a propagação de trincas na resina.
2 Causas das trincas
O estresse de flexão excessivo na estrutura do assento descontínuo (buraco do parafuso na borda - poste terminal) causou trincas penetrantes. Ferramentas inadequadas ou aperto excessivo levaram a uma pré-carga excessiva do parafuso. A pressão do gás do lado do TC adicionou ao estresse de flexão. A má aderência metal-resina (lacunas) reduziu a seção transversal de suporte e causou concentração de estresse. Combinados, esses fatores racharam o bloco terminal, causando vazamento de gás.
3 Medidas preventivas
Use chaves dinamométricas conforme as especificações do fabricante para evitar aperto excessivo. Siga os processos de enchimento de gás para evitar diferenças de pressão. Otimize o design e a fundição do bloco terminal para evitar lacunas e inserções afiadas que causem estresse. Reforce as verificações de qualidade para rejeitar produtos defeituosos.
4 Conclusão
As trincas no bloco terminal do TC em equipamentos SF6 resultaram de aperto inadequado dos parafusos (pré-carga excessiva). As medidas propostas orientam outros usuários de energia.
