Interruptor de desconexió d'alt voltatge AC segons la norma IEC 62271-102
Disconnectors i interruptors de terra de alta tensió: Funció, tipus i proves rutinàries
Funció dels disconnectors d'alta tensió
Els disconnectors d'alta tensió tenen un paper crucial en els sistemes elèctrics d'alta tensió proporcionant aïllament elèctric i visible entre diferents parts del sistema. Aquest aïllament és essencial tant per a les operacions diàries com per a les activitats de manteniment o reparació. Les dues formes principals d'aïllament són:
Aïllament per a l'operació normal: Durant l'operació normal, certs components del sistema elèctric, com els reactors shunt, poden ser necessaris només durant períodes de càrrega lleugera. Aquests components es poden desconnectar utilitzant interrumptors i després aïllar amb disconnectors quan no són necessaris (per exemple, durant períodes de càrrega màxima). Això permet una gestió eficient dels recursos del sistema elèctric.
Aïllament per a manteniment i reparació: Quan les línies de transmissió, transformadors, interrumptors o altres equips de la subestació requereixen manteniment o reparació, és crucial aïllar aquests components del restant del sistema per assegurar la seguretat. Els disconnectors d'aire proporcionen una ruptura visible al circuit, permetent als treballadors confirmar que la secció del sistema en la qual estan treballant està desenergitzada i segura d'accedir.
Tipus de disconnectors d'aire d'alta tensió i interruptors de terra
Els disconnectors d'aire d'alta tensió i els interruptors de terra existeixen en diversos tipus i disposicions de muntatge. Els quatre tipus més comuns són:
Tipus de ruptura vertical: En aquest tipus, el contacte mòbil es mou verticalment per obrir o tancar el disconnector. Aquest disseny és adequat per a aplicacions on l'espai és limitat, ja que requereix menys espai horitzontal.
Tipus de ruptura central lateral: El contacte mòbil en aquest tipus es trenca al centre del disconnector, amb els contactes a cada costat que romandran estacionaris. Aquest disseny proporciona una indicació visual clara de la posició oberta i sovint s'utilitza en aplicacions de quadres de distribució.
Tipus de ruptura doble lateral: Aquest tipus té contactes mòbils que es trenquen a ambdós costats del disconnector. Proporciona un aïllament més robust i sovint s'utilitza en subestacions d'alta tensió on l'aïllament fiable és crític.
Tipus pantògraf: El tipus pantògraf utilitza un mecanisme de forquilla per separar els contactes. Aquest disseny és particularment útil per a aplicacions d'alta tensió on es requereixen grans distàncies entre contactes per assegurar un aïllament adequat.
Proves rutinàries de disconnectors d'alta tensió i interruptors de terra
Les proves rutinàries s'efectuen per assegurar que els disconnectors d'alta tensió i els interruptors de terra compleixen les normes i especificacions requerides. Aquestes proves estan dissenyades per revelar qualsevol defecte en materials o construcció sense prejudicar les propietats o la fiabilitat dels equips. Segons les normes IEC 62271-1 i IEC 62271-102, es realitzen típicament les següents proves rutinàries:
Prova dielèctrica del circuit principal: S'aplica una prova de freqüència de corrent contínua a curta durada amb una freqüència de 50 o 60 Hz al circuit principal. La tensió de prova es especifica en les normes IEC corresponents i s'ha d'ajustar basant-se en el factor d'altitud.
El propòsit d'aquesta prova és verificar la resistència a l'aislament del disconnector i assegurar que pot suportar la tensió nominal sense produir-se un trencament. Els valors de tensió de prova es proporcionen en les taules de les normes, i s'ha de considerar el factor d'altitud per tenir en compte la reducció de la resistència dielèctrica de l'aire a major altitud.
Prova d'operació mecànica: Aquesta prova assegura que el disconnector pot funcionar correctament en condicions normals d'operació. Comprova la fluïdesa dels mecanismes d'obertura i tancament, així com l'alineació dels contactes. La prova també verifica que el disconnector pot gestionar el nombre especificat d'operacions sense fallar.
Prova d'augment de temperatura: Aquesta prova mesura l'augment de temperatura del disconnector en condicions de corrent nominal. L'objectiu és assegurar que l'augment de temperatura no superi els límits permessos, el que podria portar a un sobrecalentament i a possibles danys a l'equip.
Prova de suport a curtcircuït: Aquesta prova evalua la capacitat del disconnector per suportar els efectes tèrmics i electrodinàmics d'un defecte de curtcircuït. Encara que els disconnectors no estan dissenyats per interrompre curtcircuïts, han de poder romandre íntegres i aïllar de manera segura la secció defectuosa del sistema.
Prova d'operació de l'interruptor de terra: Per als interruptors de terra, es realitza una prova separatament per assegurar que l'interruptor connecta correctament el sistema a terra. Aquesta prova comprova la fiabilitat de la funció de terra, que és crítica per a la seguretat durant les operacions de manteniment i reparació.
Prova de resistència a l'aislament: Aquesta prova mesura la resistència a l'aislament entre les parts vivents i terra per assegurar que no hi ha cap corrent de fuga. Una resistència a l'aislament elevada indica que l'aislament del disconnector està en bones condicions.
Inspecció visual: Es realitza una inspecció visual exhaustiva per comprovar qualsevol dany físic, corrosió o desgast en el disconnector i els seus components. Aquesta inspecció ajuda a identificar qualsevol problema que pugui afectar el rendiment o la seguretat de l'equip.
Importància de les proves rutinàries
Les proves rutinàries són essencials per assegurar que els disconnectors d'alta tensió i els interruptors de terra funcionen correctament i poden aïllar de manera segura. Aquestes proves solen realitzar-se a la instal·lació del fabricant, però, si s'acorda, també es poden fer in situ. Les proves ajuden a identificar qualsevol defecte o debilitat en l'equip abans que sigui instal·lat o posat en servei, assegurant que el sistema elèctric opera de manera fiable i segura.
Adherint-se a les normes IEC 62271-1 i IEC 62271-102, els fabricants i operadors poden mantenir la integritat i el rendiment dels disconnectors d'alta tensió i els interruptors de terra, augmentant així la seguretat i eficiència general del sistema elèctric.
Quan l'aislament del disconnector i l'interruptor de terra es proporciona només per aïllants de nucli sòlid i aire a pressió ambiental, la prova de suport a tensió de freqüència de corrent contínua pot ometre's si es verifiquen les dimensions entre les parts conductores – entre fases, a través de dispositius de commutació oberts i entre les parts conductores i el marc – mitjançant mesures dimensionals.
Proves dielèctriques d'interruptors de terra i circuits auxiliars/controls en disconnectors d'alta tensió
Prova dielèctica d'interruptors de terra
En realitzar una prova dielèctica d'interruptors de terra, la tensió de prova s'aplica amb l'interruptor de terra en posició oberta. La prova es realitza en dos condicions específiques per assegurar un aïllament adequat entre les diferents parts de l'interruptor:
Entre terminals aïllats adjacents (amb bases a terra): La tensió de prova s'aplica entre terminals aïllats adjacents mentre que les bases de l'interruptor estan a terra. Això assegura que hi ha suficient aïllament entre els terminals per prevenir qualsevol curtcircuït accidental o trencament elèctric.
Entre tots els terminals aïllats connectats junts (amb bases a terra): En aquesta condició, tots els terminals aïllats es connecten junts, i la tensió de prova s'aplica entre aquest grup de terminals i les bases a terra. Aquesta prova comprova la integritat total de l'aïllament de l'interruptor, assegurant que no hi ha cap corrent de fuga entre els terminals i la terra.
2. Prova dielèctica de circuits auxiliars i controls en el mecanisme d'operació
Inspecció i verificació de conformitat
Qualitat del material i de la montatge: Se'n inspecciona la naturalesa dels materials utilitzats en els circuits auxiliars i de control, la qualitat de la montatge, el acabat i qualsevol revestiment protector contra la corrosió. Això assegura que els components són adequats per a l'ús previst i no es degradaran amb el temps.
Aïllament tèrmic: Es realitza una inspecció visual per verificar la instal·lació satisfactòria de l'aïllament tèrmic. Un aïllament tèrmic adequat és crucial per prevenir el sobrecalentament i assegurar la llargada de vida de l'equip.
Rutes de conductors i cables: Se'n comprova la ruta dels conductors, cables i calorífers per assegurar que estan instal·lats correctament i no suposen cap risc de dany o interferència. També es realitzen comprovacions de resistència als calorífers per assegurar que funcionen correctament.
Proves funcionals
Funcionalitat dels circuits de baixa tensió: Es realitza una prova funcional de tots els circuits de baixa tensió, inclosos relés, contactors i electroímans d'interbloqueig, per verificar que els circuits auxiliars i de control funcionen correctament en conjunció amb altres parts del disconnector. També s'ha de comprovar el mecanisme d'interbloqueig per assegurar que funciona com s'espera.
Protecció contra el xoc elèctric: Es realitzen inspeccions visuals per verificar que hi ha protecció adequada contra el contacte directe amb el circuit principal i que les parts dels equips auxiliars i de control, que podrien tocar-se durant l'operació normal, són accessible de manera segura. Això assegura que els operadors estan protegits contra el xoc elèctric.
Proves dielèctriques de circuits auxiliars i de control
Proves de freqüència de corrent contínua: Només es realitzen proves de freqüència de corrent contínua en els circuits auxiliars i de control. La tensió de prova és de 1 kV o 2 kV amb una durada d'1 segon a una freqüència de 50 o 60 Hz. Aquesta prova assegura que l'aïllament dels circuits de baixa tensió pot suportar la tensió nominal sense produir-se un trencament.
3. Mesura de la resistència del circuit principal
Per a la prova rutinària, es mesura la caiguda de tensió en corrent contínua o la resistència de cada pol del circuit principal en condicions tan similars com sigui possible a les utilitzades durant la prova de tipus. Específicament: La temperatura de l'aire ambiental i els punts de mesura haurien de ser tan propers com sigui possible als de la prova de tipus.
La resistència mesurada no hauria de superar 1,2 × Ru, on Ru és la resistència mesurada abans de la prova d'augment de temperatura. Això assegura que la resistència del circuit principal roman dins dels límits acceptables, indicant que els contactes estan en bones condicions i el circuit pot portar la corrent nominal sense sobrecalentaments excessius.
4. Comprovacions de disseny i visual
Els disconnectors i interruptors de terra han de passar inspeccions exhaustives de disseny i visual per assegurar que compleixen la especificació de compra. Això inclou:
Verificació de conformitat: Assegurar que tots els components, materials i construcció compleixen els requisits especificats en la comanda o contracte.
Inspecció de components: Comprovar qualsevol defecte visible, com creixalls, corrosió o mala montatge, que puguin afectar el rendiment o la seguretat de l'equip.
Etiquetatge i marques: Verificar que totes les etiquetes, marques i identificacions necessàries estan presents i legibles, incloent-hi les tensions nominals, instruccions d'operació i avisos de seguretat.
5. Proves d'operació mecànica
Es realitzen proves d'operació mecànica per assegurar que els disconnectors o interruptors de terra funcionen correctament dins dels límits de tensió i pressió d'abastament especificats dels seus mecanismes d'operació. Aquestes proves es realitzen sense tensió o corrent al circuit principal. Es verifiquen els següents aspectes:
Rendiment del mecanisme d'operació
Angle de rotació de l'eix de sortida del mecanisme d'operació: Es mesura l'angle de rotació de l'eix de sortida del mecanisme d'operació per assegurar que coincideix amb les especificacions de disseny. Això assegura que els contactes es mouen a les posicions correctes durant les operacions d'obertura i tancament.
Mesura del moment de gir de l'eix de sortida del mecanisme d'operació: Es mesura el moment de gir necessari per operar el mecanisme per assegurar que queda dins dels límits especificats. Un moment de gir excessiu pot indicar problemes mecànics, mentre que un moment de gir insuficient pot portar a una operació incompleta.
Corrent del motor del mecanisme d'operació: Es registra la corrent consumida pel motor durant l'operació per verificar que queda dins del rang acceptable. Nivells anòmalos de corrent poden indicar problemes amb el motor o l'abastament elèctric.
Temps d'operació: Es mesura el temps necessari per completar un cicle complet (tancament-obertura) del disconnector o interruptor de terra. Això assegura que el dispositiu opera dins dels límits de temps requerits, que són crítics per la coordinació i la protecció del sistema.
Cicles d'operació
Es realitzen els següents cicles d'operació per provar la fiabilitat i la resistència del disconnector o interruptor de terra:
10 cicles de tancament-obertura a la tensió d'abastament mínima (85%): El disconnector o interruptor de terra s'opera 10 vegades a l'85% de la tensió d'abastament nominal per assegurar que funciona correctament en condicions de baixa tensió.
10 cicles de tancament-obertura a la tensió d'abastament màxima (110%): El disconnector o interruptor de terra s'opera 10 vegades al 110% de la tensió d'abastament nominal per verificar el seu rendiment en condicions de tensió alta.
50 cicles de tancament-obertura a la tensió d'abastament nominal (100%): El disconnector o interruptor de terra s'opera 50 vegades a la tensió d'abastament nominal per provar la seva fiabilitat i resistència a llarg termini en condicions normals d'operació.
Durant aquests cicles d'operació, es registren o evaluen els següents caràcters:
Temps d'operació: Es mesura el temps necessari per cada cicle de tancament-obertura per assegurar la consistència.
Consum d'energia màxim: Es registra l'energia consumida pel mecanisme d'operació durant cada cicle per verificar que queda dins dels límits especificats.
Operació manual (si s'aplica): Per a disconnectors amb mecanismes manuals, es registra la força màxima necessària per operar el dispositiu. Això assegura que l'operació manual queda dins de límits segurs i ergonòmics.
Contactes auxiliars i dispositius indicadors de posició
Es verifica el bon funcionament dels contactes auxiliars i dels dispositius indicadors de posició (si n'hi ha). Aquests components proporcionen informació crítica als sistemes de control i han de funcionar de manera fiable per assegurar el bon funcionament del sistema.
Inspecció post-prova
Després de completar les proves d'operació mecànica, cap part del disconnector o interruptor de terra hauria de estar danysada. El dispositiu hauria de romandre en bones condicions de funcionament, sense signes de desgast, deformació o malfuncionament.
Mesura de la resistència del circuit principal
Es mesura la resistència del circuit principal abans i després de la prova de resistència mecànica. La resistència no hauria de variar més del 20% respecte al valor mesurat abans de la prova. Això assegura que els contactes no s'han deteriorat ni desalineat durant el procés de prova, cosa que podria afectar el rendiment elèctric del dispositiu.
Consideracions especials per a l'equip de alta tensió
Per a disconnectors i interruptors de terra amb una tensió nominal de 52 kV o superior, les proves d'operació mecànica rutinàries poden realitzar-se en subconjunts. Això permet procediments de prova més manejables mentre s'assegura que el rendiment global del dispositiu compleix les normes requerides.
Conclusió
Realitzant aquestes comprovacions exhaustives de disseny i visual, així com les proves d'operació mecànica, els fabricants i operadors poden assegurar que els disconnectors d'alta tensió i els interruptors de terra són fiables, segurs i capaços de realitzar les seves funcions previstes en diverses condicions d'operació. Aquestes proves ajuden a identificar qualsevol problema potencial en una fase inicial, assegurant que l'equip està preparat per a la instal·lació i el servei en sistemes elèctrics d'alta tensió.
