Análise e Medidas Correctivas dun Incidente de Malfuncionamento dun Interruptor Desconectador de 145kV

1. Introdución

Nas redes eléctricas de Indonesia, as chaves desligadoras de alta tensión (HVDs) de 145kV son cruciais para manter a fiabilidade da transmisión ao longo do seu terreo arquipelágico. No entanto, os incidentes de mal funcionamento representan riscos significativos para a estabilidade da rede. Este artigo investiga un mal funcionamento dunha chave desligadora de 145kV nunha subestación de Indonesia, analizando as causas raíz e propondo medidas correctivas, mentres se fai referencia aos estándares de protección IP66 e á conformidade con a IEC 60068-3-3 para mellorar a seguridade operativa.

2. Visión xeral do incidente en Indonesia

En marzo de 2024, unha chave desligadora de 145kV nunha subestación da illa de Java abriuse inesperadamente durante unha transferencia de carga rutinaria, activando en cascada unha serie de relés protectores. O incidente ocorreu nunha subestación costeira preto de Surabaya, onde a caixa da chave, clasificada como IP66, estaba teóricamente deseñada para resistir as condicións tropicais. A apertura non programada interrompeu o suministro eléctrico a 120.000 fogares e provocou un corte de carga de 30MW, con custos de reparación que superaron os 800.000 dólares. A análise posterior ao incidente revelou unha combinación de degradación ambiental e fallos no sistema de control como causas principais.

3. Análise das causas raíz
3.1 Vulnerabilidades do sistema de control
3.1.1 Indución de circuitos parasitos

O circuito de control DC da chave compartía un terra común co sistema de protección contra raios da subestación, un defecto de deseño identificado no 20% das subestações de 145kV en Indonesia (informe PLN 2023). Durante unha tormenta eléctrica nas proximidades, sobretensións transitórias induxiron picos de 12V DC nos cables de control, activando erróneamente o relé de apertura da chave. Semellante a un incidente en Bali en 2022, onde bucles de terra causaron un mal funcionamento dunha HVD de 145kV, este caso destacou a insuficiente isolación entre os circuitos de control e protección.

3.1.2 Envelhecemento do relé

O relé electromecánico da chave, clasificado para 100.000 operacións, había excedido 150.000 ciclos sen substitución. A rotura da aislación na bobina do relé, detectada mediante autopsia posterior ao fallo, permitiu que un arco eléctrico unise a contactos normalmente abertos. Os ensaios de ciclado térmico da IEC 60068-3-3 confirmaron posteriormente que a aislación epoxi do relé se degradaba a >60°C, unha temperatura común nas subestações de Indonesia sen aire acondicionado.

3.2 Degradación ambiental
3.2.1 Fallo do selo IP66

A pesar da certificación IP66, a juntura EPDM da chave mostraba fisuras de 3mm, permitindo a entrada de néboa salina. O aire costeiro en Java Oriental contén 0,05mg/m³ de íons de cloro, acelerando a corrosión. A análise SEM da juntura revelou que a trincadura por ozono foi resultado da exposición prolongada á radiación UV (índice anual UV >12) e humidade >85%. Esto comprometiu a protección contra polvo e auga da caixa, con compoñentes internos que mostraban depósitos de ferralla de 0,2mm en contactos de cobre.

3.2.2 Degradación da aislación por humidade

A alta humidade (90% de RH media) causou condensación no aislador compósito da chave, reducindo a resistividad superficial de 10¹²Ω a 10⁸Ω. Os datos de monitorización de descargas parciais (PD) mostraron que a actividade PD aumentou de 5pC a 25pC en seis meses, un precursor de flashover. A cuberta hidrófoba do aislador, conforme coa IEC 60068-3-3, perdeu a súa efectividade despois de tres anos en condicións tropicais, incapaz de repeler películas de auga.

3.3 Deficiencias de manutención
3.3.1 Lubrificación inadequada

A ligazón mecánica da chave tiña insuficiente graxa de silicón (grado NLGI 2), levando a un aumento do 15% na fricción no mecanismo de operación. Os sensores de temperatura rexistraron 40°C máis quente que a base nas articulacións pivotantes, causando un movemento stick-slip que xerou choques mecánicos, imitando comandos normais de apertura. Isto alinea cos resultados do informe da PLN en 2024, que mostrou que o 43% dos mal funcionamentos de HVDs de 145kV están relacionados coa lubricación negligida.

3.3.2 Calibración retardada dos sensores

O sensor de resistencia de contacto da chave, calibrado a ±10μΩ, non se verificara durante 18 meses. A precisión real había derivado a ±35μΩ, encubrindo unha degradación de contacto de 120μΩ (limiar crítico: 150μΩ). Tales retardos na calibración son comúns nas subestações remotas de Indonesia, onde o 37% das HVDs de 145kV carecen de manutención programada debido a dificultades logísticas.

4. Medidas correctivas comprehensivas
4.1 Redeseño do sistema de control
4.1.1 Arquitectura de terra aislada

Implemente un sistema de terra en estrela para os circuitos de control de HVDs de 145kV, separándoo dos terras de protección contra raios por 5m. Instale transformadores de aislamento de 1000V nos alimentadores de potencia de control, como se demostrou en un estudo de caso en Medan en 2023, que reduciu os mal funcionamentos inducidos por transientes en un 92%.

4.1.2 Actualización a relés sólidos-estado

Substitúa os relés electromecánicos por relés sólidos-estado (SSR) certificados por IEC 60950, clasificados para 10⁷ operacións. Os SSRs nun proxecto piloto en Semarang mostraron ausencia de picos de voltagem e tempos de conmutación 50% máis rápidos, eliminando os riscos de arcos eléctricos en ambientes húmidos.

4.2 Mejora da resiliencia ambiental
4.2.1 Revisión completa do sistema de selo IP66

• Substitución da juntura: Use juntas de fluorelastómero (FKM) con resistencia a temperaturas de 200°C, elongación de 300% e estabilizadores UV, cumprindo o anexo do clima tropical da IEC 60068-3-3.

• Modificación do drenaxe: Adicione orificios de drenaxe de 12mm con pantallas antinsectos nas caixas das chaves, reducindo o acumulamento de auga. Un ensaio en Xacarta mostrou que isto reduciu a humidade interna do 85% ao 55% en 24 horas.

4.2.2 Solucións avanzadas de aislación

• Recubrimento superhidrófobo: Aplique recubrimentos baseados en aerosol de SiO₂ (ángulo de contacto >150°) aos aisladores, estendendo a hidrofobicidade de 3 a 7 anos. Ensaios de campo en Bali reduciron a actividade de PD en un 80%.

• Integración de deshumidificadores: Instale deshumidificadores de efecto Peltier (capacidade de 3L/día) nas caixas, mantendo <40% de RH. Unha subestación en Sulawesi viu unha mellora do 65% na estabilidade da resistencia de contacto tras a instalación.

4.3 Optimización da manutención predictiva
4.3.1 Monitorización habilitada por IoT

Implemente unha rede de sensores 4G que mide:

• Resistencia de contacto (resolución de 0,1μΩ)

• Vibración do mecanismo (banda de frecuencia de 100Hz - 10kHz)

• Humidade/temperatura da caixa (±1% RH, ±0,5°C)

Os datos analízanse mediante unha plataforma AI baseada na nube (precisión do 94%) que predice fallos 72 horas antes, como se probou nun proxecto piloto en Papúa que reduciu as interrupcións non programadas en un 85%.

4.3.2 Programas de manutención regionalizados

Desenvolva planos de manutención baseados no clima:

5. Impacto técnico e económico
5.1 Melora das métricas de fiabilidade

• Aumento do MTBF: De 12.000 horas a 45.000 horas tras a intervención, superando o obxectivo da IEC 62271-102.

• Tempo de detección de fallos: Reducido de 4 horas a 15 minutos mediante a monitorización en tempo real IoT.

5.2 Análise de beneficios e custos

• Inversión inicial: $500.000 para unha subestación de 10 chaves en Indonesia

• Ahorros de 5 anos: $2,3 millóns de:

• Reducción do 75% no traballo de manutención

• Diminución do 90% nos custos de substitución de equipos

• Minimización do 88% nas perdas por interrupcións

6. Conclusión

O mal funcionamento da chave desligadora de 145kV en Indonesia subliña a necesidade de soluciones integradas que aborden as vulnerabilidades do sistema de control, a degradación ambiental e as lacunas de manutención. Mediante a implementación de caixas reforzadas IP66, compoñentes compatibles coa IEC 60068-3-3 e a manutención predictiva impulsada por IoT, a rede de 145kV de Indonesia pode alcanzar métricas de fiabilidade ao nivel dos estándares globais. Esta aproximación non só mitiga os riscos de mal funcionamento, senón que tamén apoia o obxectivo do país de dispor dunha infraestrutura eléctrica resiliente e inteligente capaz de satisfacer a crecente demanda enerxética en ambientes tropicais.