Els 5 controls de procés crítics per a la instal·lació i puesta en marxa de GIS

Aquest article esbossa breument les avantatges i les característiques tècniques dels equips GIS (Gas-Insulated Switchgear), i detalla diversos punts crítics de control de qualitat i mesures de control de processos durant la instal·lació in situ. Enfatitza que els ensayos de tensió in situ només poden reflectir parcialment la qualitat general i el treball d'instal·lació dels equips GIS. Només reforçant un control de qualitat integral a tot el procés d'instal·lació, especialment en àrees clau com l'entorn d'instal·lació, el tractament del sorbent, el tractament de les cambres de gas i els ensayos de resistència de circuit, es pot assegurar una puesta en servicio segura i fluida dels equips GIS.

Amb el desenvolupament dels sistemes elèctrics, es posen requisits més alts als rendiments mecànic i elèctric dels equips primaris de subestacions. Com a resultat, es van aplicant cada vegada més equips elèctrics avançats a les subestacions. Entre ells, el Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear (GIS) està guanyant una aplicació més ampla gràcies a les seves nombroses avantatges. Per tant, la instal·lació i puesta en servicio in situ del GIS ha esdevingut un aspecte central en la construcció de subestacions.

1. Característiques Tècniques dels Equips GIS

• Estructura compacta amb un petit impacte ambiental

• Alta fiabilitat operativa i excel·lents prestacions de seguretat

• Elimina les influències externes adverses

• Període d'instal·lació curt

• Manteniment fàcil i intervals llargs entre inspeccions

2. Punts Clau de Control de Processos i Mesures de Control en la Instal·lació del GIS

Degut a la gran integració i disseny compacte dels equips GIS, qualsevol omplerta durant la instal·lació in situ pot deixar riscos ocults que podrien conduir a fallades d'equipament o fins i tot accidents de xarxa. Basant-se en l'experiència de múltiples instal·lacions de subestacions GIS, és essencial exercir un estrict control sobre els següents aspectes clau durant la instal·lació i puesta en servicio.

2.1 Control de l'Entorn d'Instal·lació

El gas SF₆ és altament sensible a l'humitat i les impuretes, per tant, l'entorn d'instal·lació in situ ha de ser estricte controlat. Ja que les cambres de gas han de ser obertes durant la instal·lació, el treball només s'ha de realitzar amb temps sec i clar, amb una humitat ambiental inferior al 80%. Un cop oberta una cambra, el tractament al buit ha de continuar sense interrupcions per minimitzar el temps d'exposició. Per instal·lacions exteriors, la velocitat del vent no ha de superar l'escala de Beaufort 3. Si és necessari, s'han de implementar mesures de protecció local al voltant de l'àrea de la cambra oberta, i la generació de pols a la zona segura ha de ser estricte controlada. L'àrea d'instal·lació ha de mantenir-se netja i ordenada.

El personal no ha de portar roba de fibra suelta ni guants. El cabell ha de estar totalment cobert amb un gorro, i s'han de portar mascaretes. En condicions de calor, s'han de prendre mesures de refredament per evitar que el sudor introdueixi humitat a la cambra.

2.2 Maneig del Sorbent en les Cambres de Gas del GIS

El sorbent utilitzat en el GIS és típicament un tamís molecular 4A, que és no conductor, té una constant dielèctrica baixa i està lliure de pols. Presenta una capacitat d'adsorció forta i pot suportar temperatures altes i exposició a arcs. El sorbent s'ha de secar en un forn de secatge al buit a 200–300°C durant 12 hores. Immmediatament després del secatge, s'ha de retirar i instal·lar a la cambra en un període de 15 minuts. La cambra amb el sorbent instal·lat ha de començar el tractament al buit prontament per minimitzar l'exposició a l'aire.

Abans de la instal·lació, el sorbent s'ha de pesar i registrar per futurs referències durant la manutenició. Si el pes augmenta més del 25% durant la inspecció, això indica una absorció significativa d'humitat i requereix regeneració. El sorbent de les cambres d'extinció d'arc no es pot regenerar.

2.3 Tractament al Buit de les Cambres de Gas

El tractament al buit ha de començar immediatament després de l'ensamblatge de la cambra. S'ha d'instal·lar una válvula antiretorn a la tuberia de connexió, i una persona dedicada ha de monitoritzar el procés per evitar el reflux d'oli de la bomba a la cambra en cas de tall d'electricitat. Primer s'ha de iniciar la bomba de buit per verificar el seu funcionament correcte abans d'obrir totes les válvules de la tuberia. Quan es para, les válvules s'han de tancar abans d'apagar la bomba.

Després d'assolir una pressió absoluta interna inferior a 133 Pa, la bomba de buit ha de continuar funcionant durant 30 minuts addicionals, després de la qual s'ha de parar i aïllar. La pressió absoluta (PA) s'enregistra després de 30 minuts de parada. Després d'un altre període de 5 hores de parada, es torna a llegir la pressió (PB). La cambra es considera ben tancada si PB – PA < 67 Pa. Només després de passar aquest ensayo de tancament es pot carregar gas SF₆ qualificat a la cambra.

Durant el tractament al buit, s'ha d'evitar que un costat d'un aillador de disc (aislador tipo disco) estigui sota la pressió de funcionament nominal mentre que l'altre costat estigui sota un alt buit, ja que això podria causar danys mecànics. Si és necessari, s'ha de reduir la pressió del costat sota pressió a menys del 50% del valor nominal.

2.4 Aterrament de la Caixa

Degut a la densa disposició interna del GIS, la separació elèctrica entre conductors i entre conductors i la caixa metàl·lica és molt petita. En cas de trencament intern, corrents de falla grans fluiran a través dels conductors d'aterrament cap a la xarxa d'aterrament. Addicionalment, atès que la caixa del GIS està feta de material metàl·lic tancat, les fallades assimètriques del sistema poden induir tensions significatives a la caixa degut a l'inducció magnètica, que podrien enderrocar l'equipament o peril·losar el personal.

Per tant, el treball d'aterrament ha de complir elevats estàndards. Es recomana que les subestacions que utilitzen GIS utilitzin xarxes d'aterrament de coure per minimitzar la resistència total d'aterrament. Totes les connexions entre la caixa i la xarxa d'aterrament també han de fer-se amb materials de coure. Atès que hi ha ailladors de disc i juntes de goma entre les cambres de gas, s'han d'instal·lar barres de coure de connexió entre les caixes. La secció transversal d'aquestes barres de connexió ha de coincidir amb la de la xarxa d'aterrament principal.

El GIS utilitza un esquema d'aterrament multipunt. El nombre i la ubicació dels punts d'aterrament han de seguir les especificacions del fabricant i el disseny.

2.5 Ensayo de Resistència del Circuit Principal

L'ensayo de resistència del circuit principal és crucial en la instal·lació del GIS. No només verifica la integritat de les connexions de contacte entre mòduls, sinó que també confirma la seqüència de fase correcta de la barra principal. Per a l'equips de commutació totalment tancats, la fasing correcta i les connexions fiables són especialment crítiques. En la pràctica, s'han produït refeccions a causa de la fasing incorrecta o connexions de conductor inadequades.

Els fabricants solen proporcionar valors estàndard de resistència de contacte per a les connexions internes. La resistència de circuit s'ha de provar segment per segment durant l'ensamblatge, permetent la detecció i correcció precoç de contactes pobres. La resistència mesurada per cada segment no ha de superar la suma dels valors especificats pel fabricant per a totes les connexions dins d'aquest segment.

Després de l'ensamblatge complet, s'ha de realitzar un ensayo de resistència de circuit complet, i el resultat no ha de superar el valor teòric calculat.

Nota Especial: L'ensayo de resistència de circuit no s'ha de realitzar en les cambres que estiguin sotmeses a tractament al buit. Sota pressió subatmosfèrica, la resistència dielèctrica a l'interior de la cambra és extremadament baixa. Fins i tot uns quantos volts poden causar descàrregues superficials en els ailladors de disc, deixant traces de descàrrega que es converteixen en punts d'aislament feble i fonts potencials de falla durant l'operació. Per tant, s'han de realitzar controls cuidadosos abans de qualsevol mesura de resistència per evitar provar les cambres evacuades.

2.6 Ensayo de Tensió de Resistència

Les excel·lents propietats aïlladores del gas SF₆ permeten al GIS assolir un disseny compacte. El GIS utilitza caixes d'alumini alliat aterrades, i sota la pressió de funcionament, la separació entre els conductors interns o entre els conductors i la caixa aterrada és molt petita. Degut a la gran preassemblatge a fàbrica, els components crítics es lliuren preinstal·lats. Tanmateix, el desplaçament dels components durant el transport o la introducció de petites impuretes durant la instal·lació in situ poden distorsionar la distribució del camp elèctric intern. Diferent dels equips aïllats amb porcellana, fins i tot petits burlets o partícules en els interruptors GIS poden causar descàrregues o trencaments anòmals.

Per tant, l'ensayo de tensió de resistència in situ serveix com a defensa final per verificar el rendiment i la qualitat de la instal·lació del GIS.

Segons les regulacions d'acceptació, la tensió d'ensayo in situ és l'80% de la tensió d'ensayo a fàbrica. Per exemple, per a un GIS de 110 kV, la tensió d'ensayo de resistència del circuit principal és l'80% de la tensió d'ensayo a fàbrica: 230 kV × 80% = 184 kV, aplicada durant 1 minut. L'ensayo s'ha de realitzar almenys 24 hores després de la càrrega completa de gas. Els paràrritos de sobretensió i els transformadors de tensió no s'han d'incloure en l'ensayo. Els cables d'eixida de alta tensió s'han de provar conjuntament després de connectar-los al GIS. Abans de l'ensayo, s'ha de mesurar i confirmar la resistència d'aislament satisfactòria.

Procediment d'Ensayo: Augmentar la tensió a una velocitat de 3 kV/s fins a la tensió de funcionament nominal (63,5 kV), mantenir-la durant 1-3 minuts per observar l'estat de l'equipament, després augmentar-la a 184 kV i mantenir-la durant 1 minut. Repetir aquest procediment per cada fase.

El GIS que supera l'ensayo de tensió de resistència pot ser posat en servei. No obstant això, aquest ensayo no pot detectar tots els possibles defectes. En servei, el GIS ha de suportar no només la tensió de freqüència de la xarxa, sinó també les sobretensions de raig i de commutació. La intensitat de camp de trencament del gas SF₆ varia amb el tipus de tensió. Per a sistemes d'electrodos cilíndrics coaxials, la tensió de trencament del 50% de SF₆ es pot expressar empíricament com:

U₅₀ = (AP + B)μd

On:
P — Pressió de la cambra
d — Separació elèctrica (mm)
μ — Factor d'utilització del camp elèctric
A, B — Constants depenents de la forma d'ona de la tensió

Així, la tensió de trencament varia amb el tipus de tensió i la polaritat. Diferents defectes interns mostren diferents sensibilitats a diverses formes d'ona de tensió. La tensió AC de freqüència de la xarxa és sensible a la trencació d'aislament causada per humitat, impuretes o partícules metàl·liques en el SF₆, però menys sensible a raspallades superficials o a condicions pobres de la superfície del conductor.

Per tant, els ensayos de tensió de freqüència de la xarxa no poden detectar tots els defectes interns. Reforçar els controls de processos durant la instal·lació i millorar la qualitat global de la instal·lació segueix sent la mesura més important per assegurar l'operació segura del GIS.

3. Conclusió

Aquest article analitza els punts clau de control de processos i qualitat en la instal·lació i puesta en servicio in situ dels equips GIS. Demostra que els ensayos de tensió in situ només poden reflectir parcialment la qualitat general i el treball d'instal·lació del GIS instal·lat. Més important encara, ressalta que només a través d'un estrict control de cada procés d'instal·lació—assegurant la plena conformitat amb els procediments i instruccions de treball—es pot assegurar una puesta en servicio segura i fiable dels equips GIS des del principi.

Es espera que aquest resum pugui servir com a referència útil per als companys de la indústria de la construcció elèctrica.